[發(fā)明專利]高頻地波雷達(dá)工作頻率優(yōu)選方法、系統(tǒng)、存儲(chǔ)介質(zhì)及應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110371066.1
• 申請(qǐng)日: 2021-04-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113126038B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-05-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于長(zhǎng)軍;梁娜;劉愛(ài)軍;王霖瑋;呂哲;權(quán)太范
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）
• 主分類號(hào): G01S7/36
• 分類號(hào): G01S7/36;G01S13/88
• 代理公司: 北京匯捷知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11531
• 代理人: 盛君梅

本發(fā)明屬于雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種高頻地波雷達(dá)工作頻率優(yōu)選方法、系統(tǒng)、存儲(chǔ)介質(zhì)及應(yīng)用，通過(guò)獲取頻譜數(shù)據(jù)，采用二維OS算法和二重門限算法對(duì)頻譜數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到抗沖擊干擾處理的頻譜信息；構(gòu)建LSTM網(wǎng)絡(luò)，并進(jìn)行模型訓(xùn)練和預(yù)測(cè)偏差進(jìn)行評(píng)價(jià)；選用二次曲線梯形窗，在整個(gè)頻譜上滑動(dòng)這個(gè)窗函數(shù)提取窗內(nèi)平均功率譜和起伏度信息，計(jì)算滑窗總分，進(jìn)而根據(jù)分?jǐn)?shù)選出最佳工作頻率。本發(fā)明中的頻譜預(yù)測(cè)方案的改進(jìn)增強(qiáng)了選頻的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性；通過(guò)LSTM模型預(yù)測(cè)時(shí)間序列，訓(xùn)練學(xué)習(xí)當(dāng)前時(shí)刻的頻譜信息而非簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)頻移，使預(yù)測(cè)更接近真實(shí)值，大大增強(qiáng)了可靠性，通過(guò)二次曲線梯形窗進(jìn)行滑窗選頻，能有效躲開(kāi)干擾頻段。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高頻地波雷達(dá)工作頻率優(yōu)選方法、系統(tǒng)、存儲(chǔ)介質(zhì)及應(yīng)用。

背景技術(shù)

目前：高頻地波雷達(dá)因其低成本、易維護(hù)，具有超視距、全天候等優(yōu)點(diǎn)用于對(duì)海監(jiān)測(cè)，但其工作頻段(3～30MHz)電磁環(huán)境復(fù)雜，存在大量短波通信業(yè)務(wù)、電臺(tái)干擾、沖擊干擾、噪聲，影響其工作性能。尋找適合其工作的“寂靜頻率”能有效提升雷達(dá)性能，故而尋求一種能為高頻地波雷達(dá)推薦較優(yōu)工作頻率的方法。長(zhǎng)短期記憶網(wǎng)絡(luò)LSTM(Long?Short-TermMemory)，是反饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的一種類型。循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(RNN)由于引入反饋機(jī)制，具備初步的記憶能力，但由于需要保留所有狀態(tài)的信息，能處理的信息長(zhǎng)度有限，且在反向傳播更新權(quán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)梯度消失和梯度爆炸的問(wèn)題，長(zhǎng)期記憶能力不足。而引入了輸入門，輸出門，遺忘門的長(zhǎng)短期記憶網(wǎng)絡(luò)(LSTM)，引入記憶單元，產(chǎn)生了梯度長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)流動(dòng)的路徑，并且自循環(huán)的權(quán)重也在每次迭代中進(jìn)行更新。這樣的設(shè)計(jì)可以避免橫向深度導(dǎo)致的信息丟失，也解決了RNN模型在更新權(quán)重時(shí)容易產(chǎn)生的梯度消失問(wèn)題。遺忘門通過(guò)刪除記憶單元中的部分歷史信息來(lái)控制信息的保存；輸入門則對(duì)當(dāng)前時(shí)刻和上一時(shí)刻的輸出狀態(tài)進(jìn)行篩選，調(diào)節(jié)進(jìn)入LSTM細(xì)胞的有用信息。這樣的工作模式使基于長(zhǎng)短期記憶網(wǎng)絡(luò)模型的算法善于處理長(zhǎng)序列數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)時(shí)間序列預(yù)測(cè)。

雷達(dá)在實(shí)際工程應(yīng)用中，采用的頻譜預(yù)測(cè)方案多為當(dāng)前平移預(yù)測(cè)模型。而這一模型是將當(dāng)前時(shí)刻數(shù)據(jù)平移作為下一時(shí)刻的頻譜數(shù)據(jù)。而高頻地波雷達(dá)的工作環(huán)境復(fù)雜，雖然通過(guò)抗沖擊干擾算法消除天電干擾，但是依然存在大量噪聲和干擾，采用該方案直接將頻譜平移將忽略復(fù)雜多變的電磁環(huán)境，無(wú)法達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的效果，影響選頻的準(zhǔn)確性。

滑窗選頻方案實(shí)際采用的“多重門限-平均功率方案”是通過(guò)選取三道逐漸降低的門限來(lái)進(jìn)行粗測(cè)選頻，最終選取的頻段位于干擾相對(duì)低的范圍。采取三道門限一定程度上提高了準(zhǔn)確度，但需要多次實(shí)驗(yàn)測(cè)試積累才能獲取合適的門限參數(shù)，在復(fù)雜多變的電磁環(huán)境中，該方法缺乏一定的靈活性。

通過(guò)上述分析，現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題及缺陷為：

(1)現(xiàn)有的頻譜預(yù)測(cè)方案忽略了復(fù)雜多變的電磁環(huán)境，無(wú)法達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的效果，影響選頻的準(zhǔn)確性。

(2)現(xiàn)有的滑窗選頻方案需要多次實(shí)驗(yàn)測(cè)試積累才能獲取合適的門限參數(shù)，靈活性低。

解決以上問(wèn)題及缺陷的難度為：由于電磁環(huán)境復(fù)雜多變，若由當(dāng)前監(jiān)測(cè)到的頻譜選擇“寂靜頻率”應(yīng)用到雷達(dá)，在頻譜發(fā)生較大變化時(shí)，該“寂靜頻率”無(wú)法達(dá)到較好的效果。所以一個(gè)能根據(jù)現(xiàn)有頻率信息有效預(yù)測(cè)下一時(shí)刻的頻譜的方案是必要的?；斑x頻根據(jù)一定準(zhǔn)則進(jìn)行打分，選取的準(zhǔn)則作為選頻元素具有參考意義，且受小干擾的影響小。綜上，需要尋找一種能由當(dāng)前頻譜信息有效預(yù)測(cè)下一時(shí)刻頻譜，并且能依據(jù)一定選頻原則篩選出最優(yōu)頻率的方案。

解決以上問(wèn)題及缺陷的意義為：在復(fù)雜電磁環(huán)境中有效預(yù)測(cè)頻譜，為后續(xù)尋找最優(yōu)工作頻率提供了較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息，可近似達(dá)到實(shí)時(shí)選頻的效果。適宜的滑窗選頻方案能高效利用頻譜的特征信息尋找較優(yōu)頻率，在此優(yōu)選頻率上工作的雷達(dá)性能得到提升。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種高頻地波雷達(dá)工作頻率優(yōu)選方法、系統(tǒng)、存儲(chǔ)介質(zhì)及應(yīng)用。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種高頻地波雷達(dá)工作頻率優(yōu)選方法、系統(tǒng)、存儲(chǔ)介質(zhì)及應(yīng)用包括：