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专利号: 2018112055681
申请人: 赣南师范大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2023-12-04
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于主成分分析的多重分形特征飞机目标分类方法包括以下步骤:

(1)从雷达回波数据中选择m组回波数据作为时域训练样本集,X={x1,x2,…,xi,…,xm},xi表示第i个时域训练样本信号;从雷达回波数据中选择n组回波数据作为时域测试样本集:X′={x1′,x2′,…,xj′,…,xn′},xj′表示第j个时域训练样本信号;

(2)由时域训练样本集X经过分数阶傅里叶变换得到分数阶Fourier域飞机回波的训练样本集Y={y1,y2,…,yi,…,ym},yi表示第i个分数阶Fourier域时域训练样本,分数阶Fourier域样本总数为m;由时域测试样本集X′经过分数阶傅里叶变换得到分数阶Fourier域飞机回波的测试样本集Y′={y1′,y2′,…,yj′,…,yn′},yj′表示第j个分数阶Fourier域时域测试样本,分数阶Fourier域测试样本集数量为n;

(3)设定合理的分数阶傅里叶变换阶数P的计算步长和范围,P=[p1,p2,…,pi,…,pk],pi为分数阶傅里叶变换阶数,pi-pi-1=0.02,且p1=0,pk=2,在阶数p的范围内确定分数阶Fourier域飞机目标回波的最优变换阶数popr,进而确定最优飞机目标回波的最优分数阶Fourier域,并在最优分数阶Fourier域计算飞机目标回波信号,在最优分数阶Fourier域,训练数据为Z={z1,z2,…,zi,…,zm},zi表示第i个训练样本,最优分数阶Fourier域训练样本总数为m,测试数据为Z′={z1′,z2′,…,zj′,…,zn′},zj′表示第j测试样本,最优分数阶Fourier域测试样本总数为n;

(4)在最优分数阶Fourier域分析飞机目标回波的多重分形特性,其中包括质量指数τ(q)与分形尺度的关系、多重分形谱f(σ)和奇异指数σ之间的关系,σ表示不同多重分形小区域内的生长概率;

(5)在最优分数阶Fourier域对飞机目标回波进行多重分形分析的基础上,提取训练样本多重分形特征,组成训练特征向量,Tr=[tr1,tr2,…,trk,…,trm],Tr维数为m×10,其中trk为第k个最优分数阶Fourier域训练样本的特征向量,在最优分数阶Fourier域对飞机目标回波进行多重分形分析,并提取测试样本多重分形特征,组成测试特征向量,Te=[te1,te2,…,tek,…,ten],Te维数为n×10,其中tek为第k个最优分数阶Fourier域测试样本的特征向量,trk=[trk1,trk2,…,trk10]′,trk1为多重分形谱质量指数对称度,trk2为多重分形谱宽度,trk3最大、最小概率子集分形维数差,trk4多重分形谱非对称指数,trk5质量指数曲线截距,trk6~trk8拟合多重分形谱曲线的一次、二次及常数项系数,trk9~trk10质量指数曲线的拟合截距与斜率,tek=[tek1,tek2,…,tek10]′,所对用的测试特征向量集合与训练特征集合相同;

(6)对最优分数阶Fourier域多重分形特征向量Tr=[tr1,tr2,…,trm]和Te=[te1,te2,…,ten]进行归一化,得到归一化后的特征向量Tr′=[tr1′,tr2′,…,trm′]和Te′=[te1′,te2′,…,ten′];

(7)对归一化的多重分形特征向量进行主成分分析,根据设定阈值提取特征用于飞机目标的分类研究,阈值的设定影响特征向量的的选取;

(8)利用多重分形特征对飞机目标进行分类研究,利用训练特征向量Tr′=[tr1′,tr2′,…,trm′]对分类器进行训练,将测试向量Te′=[te1′,te2′,…,ten′]输入到训练后的分类器,识别出输入的测试样本的飞机类别。

2.根据权利要去1所述的基于主成分分析的多重分形特征飞机目标分类方法,其特征在于,步骤2中飞机目标回波的分数阶傅里叶变换由下式确定:Kp(u,t)=Aaexp[jπ(u2cotα-2utcscα+t2+t2cotα)],f(t)表示时域的飞机目标回波数据,fp(u)为分数阶Fourier域的飞机目标回波。

3.根据权利要去1所述的基于主成分分析的多重分形特征飞机目标分类方法,其特征在于,步骤3中最优分数阶Fourier变换阶数可由如下三阶Renyi信息熵公式确定:v=-1/2∑klog(|FRFTP(K)|3)

其中,FRFT(k)代表分数阶傅里叶变换后的飞机目标信号,pi为分数阶傅里叶变换阶数P=[p1,p2,…,pk],V为对应于飞机目标回波信号的三阶Renyi信息熵,V=[v1,v2,…,vi,…,vk],若vi=max(V),i≤k,则最优分数域变换阶数popr=pi。

4.根据权利要求1所述的基于主成分分析的多重分形特征飞机目标分类方法,其特征在于,步骤4中质量指数和多重分形谱可按如下步骤进行:

4a)质量指数τ(q)求解公式,如下所示:

从lnΓ(q,ε)-lnε曲线的斜率可以得到τ(q),pi(ε)为雷达回波小区域内的生长概率,N为雷达飞机目标回波划分小区域的总数;

4b)多重分形谱:f(σ)=σ×q-τ(q),σ称为奇异指数,表示不同分形小区域的分形概率。

5.根据权利要求1所述的基于主成分分析的多重分形特征飞机目标分类方法,其特征在于,步骤5中提取的多重分形特征,按照如下步骤进行:

5a)计算质量指数对称度Rτ

Rτ=|max(τ(q))/min(τ(q))|;

5b)多重分形谱宽度Δσ

Δσ=σmax-σmin;

5c)最大、最小概率子集分形维数差Δf

Δf=|f(σmin)-f(σmax)|;

5d)多重分形谱非对称指数Rσ

5e)质量指数曲线的截距

τ(q)min=τ(q)|q=-40;

5f)多重分形谱曲线的一次项、二次项及常数项系数

f(σ)=aσ2+2bσ+c,

即取:f1(σ)=b,f2(σ)=a,f0(σ)=c;

5g)质量指数曲线的拟合截距与斜率

τ(q)=kq+b,

即取:τ1(q)=k,τ2(q)=b。

6.根据权利要求1所述的基于主成分分析的多重分形特征飞机目标分类方法,其特征在于,步骤6中对特征向量进行归一化,按如下公式进行:其中,Tr′i表示归一化后的第i个样本的多重分形特征向量,max(Trij)表示第i个样本第j个特征向量的最大值,Te′i表示归一化后的第i个样本的多重分形特征向量,max(Teij)表示第i个样本第j个特征向量的最大值。

7.根据权利要求1所述的基于主成分分析的多重分形特征飞机目标分类方法,其特征在于,步骤8选择的支持向量机作为分类器,其具体步骤如下所示:

8a)设定SVM的训练参数,其中包括核函数的惩罚系数、操作系数和可容忍偏差

8b)支持向量机采用如下所示的高斯核函数,如下所示:

K(xi,xj)=exp(-||xi-xj||2/σ2)。