1.一种基于FAST四特征的海面小目标检测方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1、先获取待检测信号并对待检测信号进行去噪预处理,待检测信号包括海杂波信号和海杂波与目标回波信号,分别对海杂波信号与目标回波信号打上“0”标签与“1”标签,将检测问题归为二元假设检验;
步骤2、将原始信号通过短时傅里叶变换转化为二维时频分布谱图,通过取模运算获得原始信号的能量分布信息并进行归一化处理,获得所需归一化时频分布谱图;
步骤3、利用FAST算法提取出四项特征并进行归一化处理,将归一化后的四特征结合为四维特征向量;
步骤4、构建XGBoost分类器模型,对所提取特征进行评估分类,利用遗传优化算法对XGBoost网络超参数组进行寻优,得到最优超参数组并更新判决门限;
步骤5、将数据样本输入分类器中,获得预测值,通过与判决门限对比,判断回波信号中是否有目标。
2.根据权利要求1所述的一种基于FAST四特征的海面小目标检测方法,其特征在于,所述步骤1中二元假设检验如下式:式中,c表示海杂波信号,s表示目标回波信号,H0假设表示回波信号中仅有海杂波信号,H1假设表示回波信号中含有目标回波。
3.根据权利要求1所述的一种基于FAST四特征的海面小目标检测方法,其特征在于,所述步骤2具体包括如下步骤:步骤2.1、对原始信号进行短时傅里叶变换,公式如下:
式中,h(τ)为窗函数,s(t)为原始信号;
步骤2.2、进行取模运算,运算公式为:
SPEC(t,ω)=||STFT(t,ω)||
步骤2.3、对时频分布谱图进行归一化处理,归一化公式为:步骤2.4、运算过程中,涉及到平均函数μ(n,l)和标准差函数σ(n,l),其公式为:
4.根据权利要求1所述的一种基于FAST四特征的海面小目标检测方法,其特征在于,所述步骤3中提取出的FAST四项特征如下:ξ1:时频分布谱图中候选特征点的个数;
ξ2:候选特征点的平均分布能量;
ξ3:对候选特征点进行聚类得到的簇数;
ξ4:最大簇中的候选特征点数;
式中,特征值ξ1直接由FAST算法统计候选特征点而得,特征值ξ2、ξ3由特征值ξ1计算而得,DBSCAN算法被使用来计算ξ3,ξ4在ξ3所有簇中选择候选特征点最多的簇,再统计簇内的候选特征点点数。
5.根据权利要求4所述的一种基于FAST四特征的海面小目标检测方法,其特征在于,在提取特征ξ3时,所使用的聚类方法DBSCAN算法,通过设定最大扫描半径rmax与最小包含点数Ptmin,任选一个候选特征点开始,如果扫描半径范围内的点数大于Ptmin,则与当前点与附近点形成一个簇;如果扫描半径范围内的点数小于Ptmin,则被认为是噪声点,将其去除。
6.根据权利要求5所述的一种基于FAST四特征的海面小目标检测方法,其特征在于,所述步骤3中对四项特征进行归一化处理的公式如下:
7.根据权利要求6所述的一种基于FAST四特征的海面小目标检测方法,其特征在于,将每一种特征作为一个维度,构建四维特征空间,得到四维空间向量:
8.根据权利要求1所述的一种基于FAST四特征的海面小目标检测方法,其特征在于,所述步骤4具体包括如下步骤:步骤4.1、对XGBoost网络中的超参数设置范围,并对超参数组进行二进制编码处理;
步骤4.2、计算超参数组的适应度值,适应度值选取为待检测信号经XGBoost网络的检测概率;
步骤4.3、使用选择算子、交叉算子、突变算子,对超参数进行遗传算法迭代更新;
步骤4.4、判断适应度值是否收敛,如果适应度值收敛,当前迭代终止,输出最优超参数组;否则,返回步骤4.3,继续迭代;
步骤4.5、获取检测器评估分类的实际为海杂波数据的n组预测值,并按从大到小排列,记为ρ1,ρ2,…,ρn,选定虚警率Pfa,其计算公式为步骤4.6、计算判决门限γ,其计算公式为
9.根据权利要求8所述的一种基于FAST四特征的海面小目标检测方法,其特征在于,所述选择算子为通过轮盘赌方法,计算每个个体的适应度值构成轮盘比例进行随机选择;所述交叉算子为设立阈值k,在基因的第k个位置进行交叉;所述突变算子为根据突变概率选择基因突变位置,进行0‑1转换,防止局部寻优。
10.根据权利要求9所述的一种基于FAST四特征的海面小目标检测方法,其特征在于,所述步骤5中判断标准为:当ρ>γ时,判断为检测信号中有目标,属于H1假设;当ρ<γ时,判断为检测信号中无目标,属于H0假设。