[發明專利]一種基于CNN的機載氣象雷達氣象目標檢測方法

在審

• 申請號: 202011501637.0
• 申請日: 2020-12-18
• 公開（公告）號: CN112698291A
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 喻慶豪;朱岱寅;吳迪;王宇
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41;G01S13/95
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 向文

1.一種基于CNN的機載氣象雷達氣象目標檢測方法，其特征在于：包括如下步驟：

S1：通過雙通道垂直陣列接收系統接收雷達數據，接收到的雷達數據分為通道1回波數據和通道2回波數據；

S2：根據通道1回波數據計算CPA值；

根據通道2回波數據計算多普勒速度值；

根據通道1回波數據和通道2回波數據計算干涉相位值，并對干涉相位進行補償；

S3：將步驟S2中獲取的CPA值、多普勒速度值和補償后的干涉相位值三種參數信息整合成三維數據；

S4：利用訓練好的CNN模型對步驟S3中得到的三維數據進行檢測，得到氣象目標檢測結果。

2.根據權利要求1所述的一種基于CNN的機載氣象雷達氣象目標檢測方法，其特征在于：所述步驟S2中CPA值的計算方法為：

式中，x_i＝I_i+jQ_i為時間序列樣本，即通道1回波數據的方位樣本，I_i和Q_i是一對相位正交的調制信號。

3.根據權利要求1所述的一種基于CNN的機載氣象雷達氣象目標檢測方法，其特征在于：所述步驟S2中多普勒速度值的計算方法為：

其中，R(T_r)為樣本自相關函數，T_r為脈沖重復間隔，λ為信號的波長，arctan{·}是反正切函數算子，Im[·]為取虛部操作，Re[·]為取實部操作。

4.根據權利要求1所述的一種基于CNN的機載氣象雷達氣象目標檢測方法，其特征在于：所述步驟S2中干涉相位的計算方法為：

InP＝arg{[S_D+S_S]·[S_D-S_S]^*}

式中，[·]^*為共軛算子，arg{·}表示相位運算符，S_D和S_S分別是差通道和和通道回波信號。

5.根據權利要求4所述的一種基于CNN的機載氣象雷達氣象目標檢測方法，其特征在于：所述步驟S2中干涉相位的補償量為：

PC＝2πdH/Rλ

式中，R為探測距離，H為載機飛行高度，d為陣元間距。

6.根據權利要求1所述的一種基于CNN的機載氣象雷達氣象目標檢測方法，其特征在于：所述步驟S4中CNN模型的訓練方法為：通過訓練集對CNN模型進行訓練，訓練集的原始數據需要先通過計算得到三種判別函數，即所述步驟S2中的CPA值、多普勒速度值和補償后的涉相位值，并將其整合成三維數據，然后分成若干組數據，最后根據先驗信息將這些數據分別賦予地雜波和氣象目標的標簽。

7.根據權利要求6所述的一種基于CNN的機載氣象雷達氣象目標檢測方法，其特征在于：所述步驟S4中CNN模型對三維數據的檢測方法為：

根據CNN的卷積計算原理，將三種判別函數整合成一個三維數組，在處理過程中，CNN被視為滑動窗口檢測器，需要在數據中逐像素點滑動并輸出判斷結果，每個待檢測像素點的最終檢測結果取決于待測單元周圍三維數據在CNN中的輸出。