[發(fā)明專利]一種基于連通區(qū)域特征的海面漂浮小目標(biāo)檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010543795.6
• 申請日: 2020-06-15
• 公開（公告）號(hào): CN111707998B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許述文;陳康權(quán);白曉惠;水鵬朗
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S7/41
• 分類號(hào): G01S7/41
• 代理公司: 鄭州芝麻知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 41173
• 代理人: 王越

1.一種基于連通區(qū)域特征的海面漂浮小目標(biāo)檢測方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1)構(gòu)造U-Net網(wǎng)絡(luò)

U-Net網(wǎng)絡(luò)由卷積層、池化層和正則化層重復(fù)拼接而成，使用ReLU激活函數(shù)處理卷積層輸出，卷積核大小設(shè)置為3×3×n_f，并且每次下采樣核個(gè)數(shù)n_f加倍，每次上采樣核個(gè)數(shù)n_f減半；

步驟2)制作U-Net網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練數(shù)據(jù)集

步驟2a)獲取雷達(dá)回波數(shù)據(jù)：

利用雷達(dá)發(fā)射機(jī)對海面發(fā)送信號(hào)，雷達(dá)接收機(jī)接收由海面反射回來的回波數(shù)據(jù)，獲取雷達(dá)回波數(shù)據(jù)，該回波數(shù)據(jù)分為純雜波數(shù)據(jù)和包含目標(biāo)的回波數(shù)據(jù)；從包含目標(biāo)回波數(shù)據(jù)中選取部分距離單元作為訓(xùn)練單元，訓(xùn)練單元時(shí)間序列為：z(n),n＝1,2,...,N；將純雜波的距離單元作為參考單元，參考單元時(shí)間序列為：z_p(n),n＝1,2,...,N，p＝1,2,...,Q，Q為參考單元數(shù)，N為時(shí)間序列的長度；

步驟2b)對訓(xùn)練單元時(shí)間序列z和參考單元時(shí)間序列z_p進(jìn)行塊白化，再利用近似最大似然估計(jì)方法迭代得到每個(gè)子區(qū)間的雜波向量的散斑協(xié)方差矩陣；使用經(jīng)迭代后的協(xié)方差矩陣對訓(xùn)練單元回波和參考單元回波進(jìn)行分塊白化，可以得到白化后的訓(xùn)練單元回波向量和參考單元回波向量；

步驟2c)制作白化時(shí)頻圖數(shù)據(jù)集：

計(jì)算訓(xùn)練單元的平滑維格納-威利分布和參考單元的平滑維格納-威利分布；再將訓(xùn)練單元的平滑維格納-威利分布和參考單元的平滑維格納-威利分布保存為時(shí)頻圖像格式，得到白化后的訓(xùn)練單元時(shí)頻圖像數(shù)據(jù)集和參考單元的時(shí)頻圖像數(shù)據(jù)集；

步驟2d)制作訓(xùn)練單元白化時(shí)頻圖數(shù)據(jù)集對應(yīng)的訓(xùn)練標(biāo)簽：

使用圖像標(biāo)注工具labelme對訓(xùn)練單元時(shí)頻圖數(shù)據(jù)集中目標(biāo)所在連通區(qū)域進(jìn)行標(biāo)注，標(biāo)注后生成json文件，將json文件解析得到所需的標(biāo)簽圖片集；

步驟3)訓(xùn)練U-Net網(wǎng)絡(luò)：

采用300張訓(xùn)練單元的時(shí)頻圖作為訓(xùn)練集，30張訓(xùn)練單元的時(shí)頻圖作為驗(yàn)證集，利用Adam算法進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練；

步驟4)計(jì)算檢測統(tǒng)計(jì)量：

將時(shí)頻圖輸入到U-Net網(wǎng)絡(luò)獲得RGB格式的連通區(qū)域提取圖，并將連通區(qū)域提取圖轉(zhuǎn)化為二值圖像，背景灰度值設(shè)置為0，目標(biāo)灰度值設(shè)置為255，則通過統(tǒng)計(jì)大于0的像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)可得到連通區(qū)域的面積，即檢測統(tǒng)計(jì)量D；

步驟5)確定檢測門限：

將含有純雜波的參考單元的白化時(shí)頻圖數(shù)據(jù)集輸入訓(xùn)練好的U-Net網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算檢測統(tǒng)計(jì)量D，并通過蒙特卡洛仿真得到檢測門限T；

步驟6)檢測：

將待檢測單元的變化時(shí)頻圖輸入訓(xùn)練好的U-Net網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算檢測統(tǒng)計(jì)量D；其中，待檢測單元為未知單元；比較檢測統(tǒng)計(jì)量D和檢測門限T的大小，根據(jù)比較結(jié)果對目標(biāo)檢測進(jìn)行判決：

如果D≥T，則認(rèn)為有目標(biāo)；

如果D＜T，則認(rèn)為無目標(biāo)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于連通區(qū)域特征的海面漂浮小目標(biāo)檢測方法，其特征在于：所述的步驟2b)的具體步驟為：

將訓(xùn)練單元時(shí)間序列z和參考單元時(shí)間序列z_p分別截為長度為M不重疊的短向量，即：

z＝[z₁,z₂,...,z_m,...,z_N/M]^T

z_p＝[z_p,1,z_p,2,...,z_p,m,...,z_p,N/M]^T,p＝1,2,...,Q

其中向量z_m表示訓(xùn)練單元時(shí)間訓(xùn)練的第m個(gè)短向量，z_p,m表示參考單元時(shí)間序列的第m個(gè)短向量，m＝1,2,...,N/M，利用近似最大似然估計(jì)方法迭代得到每個(gè)子區(qū)間的雜波向量的散斑協(xié)方差矩陣：

使用經(jīng)迭代后的協(xié)方差矩陣對訓(xùn)練單元回波和參考單元回波進(jìn)行分塊白化，可以得到白化后的訓(xùn)練單元回波向量和參考單元回波向量：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于連通區(qū)域特征的海面漂浮小目標(biāo)檢測方法，其特征在于：所述的步驟2c)的具體步驟為：

步驟2c)制作白化時(shí)頻圖數(shù)據(jù)集：

計(jì)算訓(xùn)練單元的平滑維格納-威利分布和參考單元的平滑維格納-威利分布：

其中，上標(biāo)*表示共軛，g(m)為時(shí)間平滑窗，h(k)為頻率平滑窗，E表示時(shí)間平滑窗長的一半，F(xiàn)表示頻率平滑窗長的一半，Δf_d為歸一化多普勒頻率的采樣間隔，n＝1,2,...,N,l＝1,2,...,N；

將經(jīng)平滑維格納-威利分布和參考單元的平滑維格納-威利分布計(jì)算的訓(xùn)練單元的時(shí)頻矩陣都保存為圖像格式，得到白化后的訓(xùn)練單元時(shí)頻圖數(shù)據(jù)集。