[發(fā)明專利]一種基于雙通道雙向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的飛行器軌跡預(yù)測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110065729.7
• 申請(qǐng)日: 2021-01-18
• 公開（公告）號(hào): CN112859898B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 莊學(xué)彬;謝揚(yáng)帆;陳洪波;席澤璞;曾昆
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/08
• 分類號(hào): G05D1/08;G05D1/10;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利商標(biāo)代理有限公司 44202
• 代理人: 郭浩輝;顏希文

1.一種基于雙通道雙向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的飛行器軌跡預(yù)測(cè)方法，應(yīng)用于高超聲速飛行器，其特征在于，所述方法包括：

構(gòu)建飛行軌跡的預(yù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)集；

構(gòu)建雙通道雙向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；

通過所述預(yù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)集對(duì)所述雙通道雙向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行預(yù)訓(xùn)練；

通過實(shí)時(shí)軌跡數(shù)據(jù)對(duì)所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行再訓(xùn)練；

通過訓(xùn)練后的雙通道雙向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)無觀測(cè)數(shù)據(jù)段進(jìn)行軌跡預(yù)測(cè)；

所述雙通道雙向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括線性特征學(xué)習(xí)模塊和非線性特征學(xué)習(xí)模塊，

所述線性特征學(xué)習(xí)模塊包括六個(gè)線性全連接層，每個(gè)線性全連接層學(xué)習(xí)對(duì)應(yīng)變量在線性窗口LW內(nèi)的線性特征，并對(duì)下一時(shí)刻的軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，組合成預(yù)測(cè)值的線性部分：

所述非線性特征學(xué)習(xí)模塊包括全局特征學(xué)習(xí)通道以及局部特征學(xué)習(xí)通道，所述全局特征學(xué)習(xí)通道的輸出與局部特征學(xué)習(xí)通道的輸出同時(shí)輸入一非線性全連接層，所述非線性全連接層的輸出結(jié)果為預(yù)測(cè)值的非線性部分：其中，全局特征學(xué)習(xí)通道：輸入大小為數(shù)據(jù)窗口W的歸一化軌跡數(shù)據(jù)，該通道由一個(gè)全局卷積網(wǎng)絡(luò)和一個(gè)雙向門口循環(huán)單元串聯(lián)而成；輸入的軌跡數(shù)據(jù)首先經(jīng)過全局卷積網(wǎng)絡(luò)，提取各維度變量在數(shù)據(jù)窗口內(nèi)的全局相關(guān)關(guān)系；全局卷積網(wǎng)絡(luò)輸出的數(shù)據(jù)輸入雙向門控循環(huán)單元，雙向門控單元將從順時(shí)序以及逆時(shí)序兩個(gè)方向?qū)W習(xí)輸入數(shù)據(jù)的時(shí)序特征；局部特征學(xué)習(xí)通道：輸入大小為數(shù)據(jù)窗口W的歸一化軌跡數(shù)據(jù)，該通道由一個(gè)局部卷積網(wǎng)絡(luò)和一個(gè)雙向門口循環(huán)單元串聯(lián)而成；輸入的軌跡數(shù)據(jù)首先經(jīng)過局部卷積網(wǎng)絡(luò)，提取各維度變量在數(shù)據(jù)窗口內(nèi)的局部相關(guān)關(guān)系；局部卷積網(wǎng)絡(luò)輸出的數(shù)據(jù)輸入雙向門控循環(huán)單元，雙向門控單元將從順時(shí)序以及逆時(shí)序兩個(gè)方向?qū)W習(xí)輸入數(shù)據(jù)的時(shí)序特征；

所述雙通道雙向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出結(jié)果為

所述雙通道雙向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為：

x_T+1＝f(x_T-W+1,x_T-W+2,…,x_T),x_t＝(X_t,Y_t,Z_t,V_t,θ_t,σ_t)

其中，f()表示雙通道雙向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，其輸入為W個(gè)飛行數(shù)據(jù)x_t，輸出為下一時(shí)刻的飛行數(shù)據(jù)x_T+1。

2.如權(quán)利要求1所述的基于雙通道雙向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的飛行器軌跡預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述預(yù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)集的構(gòu)建方法，具體為：

將收集到的飛行器的軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗，去除飛行數(shù)據(jù)中的噪點(diǎn)、零點(diǎn)后，按照飛行器的機(jī)動(dòng)模式對(duì)軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，將軌跡數(shù)據(jù)中表示飛行器空間位置的三個(gè)變量由高度、經(jīng)度、緯度轉(zhuǎn)換為地心坐標(biāo)系中的X、Y、Z坐標(biāo)值，同時(shí)每一個(gè)時(shí)刻的軌跡數(shù)據(jù)表示為x＝(X,Y,Z,V,θ,σ)，每一條軌跡數(shù)據(jù)可以表示為R＝{x₁,x₂,…,x_n}；其中，V、θ、σ分別表示速度、彈道傾角、航向角，n表示軌跡數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度；

通過歸一化算法將所述軌跡數(shù)據(jù)的每個(gè)變量分別歸一化到區(qū)間[0,1]中，同時(shí)根據(jù)設(shè)置的數(shù)據(jù)窗口大小W，從t＝W+1時(shí)刻的數(shù)據(jù)開始，將前W個(gè)時(shí)刻的數(shù)據(jù)x_t-W,x_t-W+1,…,x_t-1與時(shí)刻t的數(shù)據(jù)x_t組合成數(shù)據(jù)塊d_t＝{x_t-W,x_t-W+1,…,x_t-1|x_t}，按照時(shí)間的先后順序?qū)④壽E數(shù)據(jù)X＝{x₁,x₂,…,x_n}處理成D＝{d_w+1,d_w+2,…,d_n}的格式；

合并對(duì)應(yīng)機(jī)動(dòng)模式下的預(yù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)集：其中i表示機(jī)動(dòng)模式的種類，k_i表示機(jī)動(dòng)模式i對(duì)應(yīng)的飛行軌跡數(shù)目。