一种用于海上目标特征检测的虚警率动态调整方法
本发明涉及一种海上目标特征检测的虚警率动态调整方法，属于雷达目标检测。
背景技术：
：：1、虚警率控制一直是雷达检测领域的重要问题。特征检测相较于传统检测方法具有更好的检测性能，但特征不同于幅度，无法从概率密度的角度给出最优的检测方案，针对特征检测器的虚警率控制方法也停留在初值虚警率的控制上。在特征检测中，由于杂波数据和目标数据的数量差异性，检测问题常被归类为异常检测，检测器的虚警率控制环节也可以看作是对海杂波特性认知的一环。众所周知，海杂波的空时非高斯、非平稳特性是造成海杂波特性认知困难的根本原因，这意味着实现真正意义上的恒虚警检测就需要实时感知大场景中随着空间和时间变化的海杂波特性。2、当前的特征检测虚警率控制方法着重于在训练杂波数据的范围内，将检测器的虚警率保持在预设虚警率水平上。海杂波特征的空间概率分布与训练检测器时使用的海杂波特征空间概率相同，是该类虚警率控制方法在接收到训练杂波数据以外的杂波数据时仍生效的基本条件。但由于海杂波具有空时非平稳性、非均匀性，且空间维度上的非平稳性、非均匀性的不稳定程度往往大于时间维度，即使从足够多的距离分辨单元收集了足够多的杂波数据，也无法完成对当前具有时变非平稳性的杂波空间概率密度的精确估计，仅能够让杂波训练样本集尽可能多的包含杂波非平稳性引起的特征分布变化情况。故增大特征检测器的训练样本数不仅增加了单次检测需要的时间，还不利于检测过程中的虚警率控制。3、因此，亟需一种时间代价小的虚警率在线调整方法，能够根据实时的海杂波特性对判决区域进行重新规划，以应对随时间和空间变化的海杂波特性，对于虚警率的控制十分重要。技术实现思路1、为解决上述现有技术存在的不足之处，提供一种海上目标特征检测的虚警率动态调整方法，该方法应用于凸包检测器和svm检测器以形成目标检测方法，从而提高检测器的虚警控制能力。2、本发明的一种海上目标特征检测的虚警率动态调整方法，其特殊之处在于包括以下步骤：3、步骤1：从雷达回波信号的时域和频域中提取特征；4、步骤2：根据提取出的杂波特征、目标回波特征进行凸包检测器和svm检测器的训练，使用初值虚警率控制方法，根据预设虚警率的数值，对虚警率进行初步控制；5、步骤3：根据输入的回波数据进行检测工作，每经过一段时间则统计该段时间的统警率，作为实际虚警率的估计，根据实际虚警率和预设虚警率确定判决区域的调节幅度，进行虚警率的再调节，达到缩小与预设虚警率差值的目的；6、步骤4：返回步骤3继续进行检测工作，直至检测工作结束；7、步骤5：利用实测数据对所提方法进行验证，以航道浮标作为待检测的海面小目标，在hh和vv（hh极化指雷达发射与接收的电磁波均为水平极化波，vv极化指雷达发射与接收的电磁波均为垂直极化波）两种极化方式下，对所提方法进行性能验证。8、优选的，步骤1中提取的特征来源于时域和频域，下述是三个典型的特征的具体提取方法：9、1）相对平均幅度10、相对平均幅度定义为待检测单元在相干脉冲数内的时域平均幅度与参考单元的时域平均幅度的比值，用于反映海杂波回波与目标回波之间的差异，海杂波单元的相对平均幅度值为1。由于目标回波的幅度相较于海杂波回波大，目标单元的相对平均幅度往往大于海杂波单元的相对平均幅度；11、12、式中，表示待检测单元长度为n的回波向量，表示待检测单元长度为n的回波序列，指回波序列下标，指待检测单元的回波平均幅度，表示参考单元长度为n的回波序列，指参考单元的回波平均幅度，p为参考单元数目，表示待检测单元的相对平均幅度特征；13、（2）相对多普勒峰高14、多普勒谱按照下式计算：15、16、式中，指多普勒频率，指脉冲重复周期，指回波序列下标，指回波序列长度，表示待检测单元长度为n的回波序列，指回波序列的多普勒谱，根据多普勒谱提取出多普勒峰高和峰高所在位置；17、使用、对供参考的多普勒单元进行界定，其中指多普勒主峰的宽度，指可供参考的多普勒频带单元；18、<mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mtablecolumnalign="center"><mtr><mtd><mi>δ</mi><mi>=</mi><mi>[</mi><mi>−</mi><msub><mi>δ</mi><mn>1</mn></msub><mi>,</mi><mi>−</mi><msub><mi>δ</mi><mn>2</mn></msub><mi>]</mi><mi>∪</mi><mi>[</mi><msub><mi>δ</mi><mn>2</mn></msub><mi>,</mi><msub><mi>δ</mi><mn>1</mn></msub><mi>]</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>rdph</mi><mi>(</mi><mi>x</mi><mi>)</mi><mi>=</mi><mfrac><mrow><mi>max</mi><mi>(</mi><mi>x</mi><mi>(</mi><msub><mi>f</mi><mi>d</mi></msub><mi>))</mi></mrow><mrow><mfrac><mn>1</mn><mrow><mi>#</mi><mi>δ</mi></mrow></mfrac><mstyledisplaystyle="true"><msub><mo>∑</mo><mrow><msub><mi>f</mi><mi>d</mi></msub><mi>∈</mi><msubsup><mi>f</mi><mi>d</mi><mi>max</mi></msubsup><mi>(</mi><mi>x</mi><mi>)</mi><mo>+</mo><mi>δ</mi></mrow></msub><mrow><mi>x</mi><mi>(</mi><msub><mi>f</mi><mi>d</mi></msub><mi>)</mi></mrow></mstyle></mrow></mfrac></mtd></mtr></mtable></mstyle>19、指多普勒频率，指取最大值时对应的频率，指可供参考的多普勒频率范围，指落入频率区间的多普勒单元数目，、指估计相对多普勒峰高的频率范围，表示待检测单元长度为n的回波向量，指待检测单元回波向量的多普勒峰高。引入参考单元后，待检测单元的相对多普勒峰高特征值如下式计算：20、21、表示待检测单元的相对多普勒峰高特征，表示待检测单元长度为n的回波向量，表示待检测单元长度为n的回波向量，p指参考单元的数量，指待检测单元回波向量的多普勒峰高， 指参考单元单元回波向量的多普勒峰高。22、（3）相对多普勒熵23、随机性的差别用熵来进行衡量，随机性越大意味着信息量越大，熵就越大；24、25、指多普勒频率，指回波序列的多普勒谱，指回波序列的归一化多普勒谱，表示待检测单元长度为n的回波向量，指待检测单元长度为n的回波向量的熵。26、引入参考单元后，待检测单元的相对多普勒熵特征值如下式计算：27、。28、p指参考单元的数量，表示待检测单元长度为n的回波向量，表示待检测单元长度为n的回波向量，指待检测单元长度为n的回波向量的熵，指待检测单元长度为n的回波向量的熵，表示待检测单元的相对多普勒熵特征29、优选的，所述步骤2的具体步骤如下：30、（1）凸包分类器的训练、虚警控制31、根据收集到的杂波三特征样本，将杂波特征样本集转化为由三角形切面围成的凸区域，作为原始判决区域，一旦待检测特征样本点落入判决区域内，则将待检测特征样本点判断为杂波；形成原始判决区域后，对判决区域的样本点进行剔除，缩小判决区域以控制虚警率；根据杂波三特征和目标三特征的区域分布情况，从训练使用的杂波三特征样本点中选取出空间分布与目标三特征空间分布更相似的样本点，满足以下条件：32、33、式中待删除的训练样本点集，表示原始训练特征点集中的均值点，表示原始训练特征点集，指特征点集合内的特征向量样本，指样本集为杂波样本集；34、 从待删除的训练样本点集中筛选出作为顶点的样本点，作为待剔除的样本点集，找出该待剔除样本点集中距离原始样本点集中心点欧几里得距离最远的点，作为当前轮次中需要剔除的样本点，将其剔除掉后重新形成判决区域，直至剩余样本点数和原始样本点总数满足以下关系，则表示虚警率的初步控制完毕；35、<mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mtablecolumnalign="center"><mtr><mtd><mn>1</mn><mi>−</mi><msub><mi>p</mi><mi>f</mi></msub><mi>≈</mi><mfrac><mrow><mi>#{</mi><mi>i</mi><mi>:</mi><msub><mi>ξ</mi><mi>i</mi></msub><mi>∈</mi><mi>ω</mi><mi>}</mi></mrow><mi>i</mi></mfrac><mi>or</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>#{</mi><mi>i</mi><mi>:</mi><msub><mi>ξ</mi><mi>i</mi></msub><mi>∈</mi><mi>ω</mi><mi>}</mi><mi>=</mi><mi>[</mi><mi>i</mi><mi>×</mi><mi>(</mi><mn>1</mn><mi>−</mi><msub><mi>p</mi><mi>f</mi></msub><mi>)]</mi></mtd></mtr></mtable></mstyle>（8）36、指预设的虚警率，指虚警率控制后杂波特征样本形成的判决区域，指虚警率控制前杂波特征样本的总数。指判决区域内特征样本点的数目。37、凸包检测器的判决准则按下式概括：38、<mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>ς</mi><mi>≡</mi><mi>max{det([</mi><msubsup><mi>v</mi><mi>q</mi><mrow><mi>(</mi><mn>1</mn><mi>)</mi></mrow></msubsup><mi>−</mi><mi>x</mi><mi>,</mi><msubsup><mi>v</mi><mi>q</mi><mrow><mi>(</mi><mn>2</mn><mi>)</mi></mrow></msubsup><mi>−</mi><mi>x</mi><mi>,</mi><msubsup><mi>v</mi><mi>q</mi><mrow><mi>(</mi><mn>3</mn><mi>)</mi></mrow></msubsup><mi>−</mi><mi>x</mi><mi>]),</mi><mi>q</mi><mi>=</mi><mn>1</mn><mi>,</mi><mn>2</mn><mi>,...,</mi><mi>q</mi><mi>}</mi><mi>≤</mi><mn>0</mn></mstyle>39、式中表示当前待检测特征向量，<mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>[</mi><msubsup><mi>v</mi><mi>q</mi><mrow><mi>(</mi><mn>1</mn><mi>)</mi></mrow></msubsup><mi>,</mi><msubsup><mi>v</mi><mi>q</mi><mrow><mi>(</mi><mn>2</mn><mi>)</mi></mrow></msubsup><mi>,</mi><msubsup><mi>v</mi><mi>q</mi><mrow><mi>(</mi><mn>3</mn><mi>)</mi></mrow></msubsup><mi>]</mi></mstyle>表示组成凸包表面的三角形的三个顶点的坐标，按照顺时针排列，下标表示组成凸包表面的三角形的序号，其最大值为表示凸包表面共由个不同的三角形顶点相互连接组成，为判决结果，若该值小于零则说明待检测特征向量在凸包判决区域内，将待检测特征向量判断为杂波向量，反之则将待检测特征向量判断为目标向量；40、（2）svm分类器的训练、虚警控制41、根据收集到的杂波三特征样本和目标三特征样本，将各个特征样本点打上对应的标签，其中目标特征样本标签为+1，表示为目标类，在svm分类器中表示为正样本，杂波特征样本点标记为-1，表示为杂波类，在svm分类器中表示为负样本，后使用软间隔svm约束准则寻找对应的超平面；42、<mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mtablecolumnalign="left"><mtr><mtd><munder><mi>min</mi><mrow><mi>ω</mi><mi>,</mi><mi>b</mi><mi>,</mi><mi>ξ</mi></mrow></munder><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac><msup><mrow><mo>‖</mo><mi>ω</mi><mo>‖</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><mstyledisplaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mi>=</mi><mn>1</mn></mrow><mi>m</mi></munderover><mrow><mi>(</mi><mfrac><mrow><mn>1</mn><mi>−</mi><msub><mi>y</mi><mi>i</mi></msub></mrow><mn>2</mn></mfrac><msub><mi>β</mi><mn>0</mn></msub><mo>+</mo><mfrac><mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><msub><mi>y</mi><mi>i</mi></msub></mrow><mn>2</mn></mfrac><msub><mi>β</mi><mn>1</mn></msub><mi>)</mi><msub><mi>c</mi><mi>i</mi></msub></mrow></mstyle></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>s</mi><mi>.</mi><mi>t</mi><mi>.</mi><mi>c</mi><mn>1</mn><mi>:</mi><msub><mi>y</mi><mi>i</mi></msub><mi>[</mi><mi>k</mi><mi>(</mi><mi>ω</mi><mi>,</mi><msub><mi>f</mi><mi>i</mi></msub><mi>)</mi><mi>−</mi><mi>b</mi><mi>]</mi><mi>≥</mi><mn>1</mn><mi>−</mi><msub><mi>ξ</mi><mi>i</mi></msub><mi>,</mi><mi>i</mi><mi>=</mi><mn>1</mn><mi>,</mi><mn>2</mn><mi>,...,</mi><mi>m</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>c</mi><mn>2</mn><mi>:</mi><msub><mi>c</mi><mi>i</mi></msub><mi>≥</mi><mn>0</mn><mi>,</mi><mi>i</mi><mi>=</mi><mn>1</mn><mi>,</mi><mn>2</mn><mi>,...,</mi><mi>m</mi></mtd></mtr></mtable></mstyle>43、式中，、为超平面权重系数，为第i个特征样本，为核变换函数，为惩罚因子，为杂波样本的惩罚参数，为目标样本的惩罚参数；44、为初步控制虚警率，杂波样本的惩罚参数会在惩罚参数上界和惩罚参数下界之间反复调整，当超平面形成后，将训练svm时使用的杂波数据输入到分类器中，统计误分类为目标的杂波特征点个数以得到训练样本范围内的虚警率；45、当虚警率偏高时，使用如下式子更新惩罚参数和惩罚参数上下界；46、47、为杂波样本的惩罚参数，为杂波样本的惩罚参数上界，为杂波样本的惩罚参数下界。48、当虚警率偏低时，使用如下式子更新惩罚参数和长发参数上下界；49、50、为杂波样本的惩罚参数，为杂波样本的惩罚参数上界，为杂波样本的惩罚参数下界。51、该更新步骤反复进行至从训练杂波特征样本中得到的虚警率与预设虚警率之间的差值在一个预设好的范围内，此时虚警率的控制工作完成；52、（13）53、指从训练杂波特征样本中得到的虚警率，指预设虚警率，指二者的差值，通常取。54、svm检测器指的判决准则可按下式概括：55、56、式中是待检测的特征向量，为对应的检测结果，、为超平面权重系数57、优选的，所述步骤3的具体步骤为：58、当检测器初步虚警控制完毕后，开始实际检测工作；通过检测未知数据得到的虚警率作为一种对海面特性感知的手段，每经过一段预先设置好的时间段，则统计在该时间段内检测器检测杂波单元得到的虚警率，作为实际虚警率的估计，为保证检测器能够对海面特性做出正确的响应，根据大量实验观察，将预设虚警率与实际虚警率的关系建立为斜率为1，截距变化的一次函数关系：59、 （15）60、在实际检测过程中，由于截距是未知的，需要对该值进行估计。截距的估计作为检测器对杂波环境的一种反映，通过实际虚警率和预设虚警率之间的差值得到，通过统计得到的实际虚警率和预设虚警率的差值对截距进行更新，使用更新后的关系式指导检测器的判决区域更新，在行为上则是改变输入到检测器中的需要让其维持的虚警率的数值，通过不断改变该数值来控制判决区域的大小，将调节好的检测器应用于下一时间段的检测工作中；61、（16）62、指在实际检测过程中统计得到的虚警率，指预设虚警率63、估计出截距后，使用截距计算出检测器此时应该调节到的虚警率数值；64、（17）65、 指当前检测器设置的虚警率，指当前检测器应该调节到的虚警率，指先前估算的截距。66、本发明的一种海上目标特征检测的虚警率动态调整方法，有益效果如下：67、1、能够完成训练数据的复用，在一定时间范围内不需要重新收集数据，在虚警率波动幅度大致不变的条件下将虚警率维持在给定虚警率附近；68、2、能够在足够小的时间代价下，完成虚警率的控制，一定程度上确保检测的实时性；69、3、该方法能够适用于多种特征检测方法中，利于评价检测器的性能。在经过hh、vv实测数据验证后，可非常有效的改善检测器的虚警控制能力。当前第1页12当前第1页12
技术特征：
技术总结
本发明涉及一种海上目标特征检测的虚警率动态调整方法，属于雷达目标检测技术领域。包括：步骤1）从雷达回波信号的时域和频域中提取特征；步骤2）根据提取出的杂波特征、目标回波特征进行凸包检测器和SVM检测器的训练，对虚警率进行初步控制；步骤3）根据输入的回波数据进行检测工作，每经过一段时间则统计该段时间的统警率，作为实际虚警率的估计，根据实际虚警率和预设虚警率确定判决区域的调节幅度，进行虚警率的再调节；步骤4）返回步骤3）续进行检测工作；步骤5）利用实测数据对所提方法进行验证。本发明应用于凸包检测器和SVM检测器以形成目标检测方法，从而提高检测器的虚警控制能力。
技术研发人员：董云龙,丁昊,韦继丰,刘瑜,于恒力,曹政,刘宁波,何爽辉
受保护的技术使用者：中国人民解放军海军航空大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5
背景技术：
：：1、虚警率控制一直是雷达检测领域的重要问题。特征检测相较于传统检测方法具有更好的检测性能，但特征不同于幅度，无法从概率密度的角度给出最优的检测方案，针对特征检测器的虚警率控制方法也停留在初值虚警率的控制上。在特征检测中，由于杂波数据和目标数据的数量差异性，检测问题常被归类为异常检测，检测器的虚警率控制环节也可以看作是对海杂波特性认知的一环。众所周知，海杂波的空时非高斯、非平稳特性是造成海杂波特性认知困难的根本原因，这意味着实现真正意义上的恒虚警检测就需要实时感知大场景中随着空间和时间变化的海杂波特性。2、当前的特征检测虚警率控制方法着重于在训练杂波数据的范围内，将检测器的虚警率保持在预设虚警率水平上。海杂波特征的空间概率分布与训练检测器时使用的海杂波特征空间概率相同，是该类虚警率控制方法在接收到训练杂波数据以外的杂波数据时仍生效的基本条件。但由于海杂波具有空时非平稳性、非均匀性，且空间维度上的非平稳性、非均匀性的不稳定程度往往大于时间维度，即使从足够多的距离分辨单元收集了足够多的杂波数据，也无法完成对当前具有时变非平稳性的杂波空间概率密度的精确估计，仅能够让杂波训练样本集尽可能多的包含杂波非平稳性引起的特征分布变化情况。故增大特征检测器的训练样本数不仅增加了单次检测需要的时间，还不利于检测过程中的虚警率控制。3、因此，亟需一种时间代价小的虚警率在线调整方法，能够根据实时的海杂波特性对判决区域进行重新规划，以应对随时间和空间变化的海杂波特性，对于虚警率的控制十分重要。技术实现思路1、为解决上述现有技术存在的不足之处，提供一种海上目标特征检测的虚警率动态调整方法，该方法应用于凸包检测器和svm检测器以形成目标检测方法，从而提高检测器的虚警控制能力。2、本发明的一种海上目标特征检测的虚警率动态调整方法，其特殊之处在于包括以下步骤：3、步骤1：从雷达回波信号的时域和频域中提取特征；4、步骤2：根据提取出的杂波特征、目标回波特征进行凸包检测器和svm检测器的训练，使用初值虚警率控制方法，根据预设虚警率的数值，对虚警率进行初步控制；5、步骤3：根据输入的回波数据进行检测工作，每经过一段时间则统计该段时间的统警率，作为实际虚警率的估计，根据实际虚警率和预设虚警率确定判决区域的调节幅度，进行虚警率的再调节，达到缩小与预设虚警率差值的目的；6、步骤4：返回步骤3继续进行检测工作，直至检测工作结束；7、步骤5：利用实测数据对所提方法进行验证，以航道浮标作为待检测的海面小目标，在hh和vv（hh极化指雷达发射与接收的电磁波均为水平极化波，vv极化指雷达发射与接收的电磁波均为垂直极化波）两种极化方式下，对所提方法进行性能验证。8、优选的，步骤1中提取的特征来源于时域和频域，下述是三个典型的特征的具体提取方法：9、1）相对平均幅度10、相对平均幅度定义为待检测单元在相干脉冲数内的时域平均幅度与参考单元的时域平均幅度的比值，用于反映海杂波回波与目标回波之间的差异，海杂波单元的相对平均幅度值为1。由于目标回波的幅度相较于海杂波回波大，目标单元的相对平均幅度往往大于海杂波单元的相对平均幅度；11、12、式中，表示待检测单元长度为n的回波向量，表示待检测单元长度为n的回波序列，指回波序列下标，指待检测单元的回波平均幅度，表示参考单元长度为n的回波序列，指参考单元的回波平均幅度，p为参考单元数目，表示待检测单元的相对平均幅度特征；13、（2）相对多普勒峰高14、多普勒谱按照下式计算：15、16、式中，指多普勒频率，指脉冲重复周期，指回波序列下标，指回波序列长度，表示待检测单元长度为n的回波序列，指回波序列的多普勒谱，根据多普勒谱提取出多普勒峰高和峰高所在位置；17、使用、对供参考的多普勒单元进行界定，其中指多普勒主峰的宽度，指可供参考的多普勒频带单元；18、<mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mtablecolumnalign="center"><mtr><mtd><mi>δ</mi><mi>=</mi><mi>[</mi><mi>−</mi><msub><mi>δ</mi><mn>1</mn></msub><mi>,</mi><mi>−</mi><msub><mi>δ</mi><mn>2</mn></msub><mi>]</mi><mi>∪</mi><mi>[</mi><msub><mi>δ</mi><mn>2</mn></msub><mi>,</mi><msub><mi>δ</mi><mn>1</mn></msub><mi>]</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>rdph</mi><mi>(</mi><mi>x</mi><mi>)</mi><mi>=</mi><mfrac><mrow><mi>max</mi><mi>(</mi><mi>x</mi><mi>(</mi><msub><mi>f</mi><mi>d</mi></msub><mi>))</mi></mrow><mrow><mfrac><mn>1</mn><mrow><mi>#</mi><mi>δ</mi></mrow></mfrac><mstyledisplaystyle="true"><msub><mo>∑</mo><mrow><msub><mi>f</mi><mi>d</mi></msub><mi>∈</mi><msubsup><mi>f</mi><mi>d</mi><mi>max</mi></msubsup><mi>(</mi><mi>x</mi><mi>)</mi><mo>+</mo><mi>δ</mi></mrow></msub><mrow><mi>x</mi><mi>(</mi><msub><mi>f</mi><mi>d</mi></msub><mi>)</mi></mrow></mstyle></mrow></mfrac></mtd></mtr></mtable></mstyle>19、指多普勒频率，指取最大值时对应的频率，指可供参考的多普勒频率范围，指落入频率区间的多普勒单元数目，、指估计相对多普勒峰高的频率范围，表示待检测单元长度为n的回波向量，指待检测单元回波向量的多普勒峰高。引入参考单元后，待检测单元的相对多普勒峰高特征值如下式计算：20、21、表示待检测单元的相对多普勒峰高特征，表示待检测单元长度为n的回波向量，表示待检测单元长度为n的回波向量，p指参考单元的数量，指待检测单元回波向量的多普勒峰高， 指参考单元单元回波向量的多普勒峰高。22、（3）相对多普勒熵23、随机性的差别用熵来进行衡量，随机性越大意味着信息量越大，熵就越大；24、25、指多普勒频率，指回波序列的多普勒谱，指回波序列的归一化多普勒谱，表示待检测单元长度为n的回波向量，指待检测单元长度为n的回波向量的熵。26、引入参考单元后，待检测单元的相对多普勒熵特征值如下式计算：27、。28、p指参考单元的数量，表示待检测单元长度为n的回波向量，表示待检测单元长度为n的回波向量，指待检测单元长度为n的回波向量的熵，指待检测单元长度为n的回波向量的熵，表示待检测单元的相对多普勒熵特征29、优选的，所述步骤2的具体步骤如下：30、（1）凸包分类器的训练、虚警控制31、根据收集到的杂波三特征样本，将杂波特征样本集转化为由三角形切面围成的凸区域，作为原始判决区域，一旦待检测特征样本点落入判决区域内，则将待检测特征样本点判断为杂波；形成原始判决区域后，对判决区域的样本点进行剔除，缩小判决区域以控制虚警率；根据杂波三特征和目标三特征的区域分布情况，从训练使用的杂波三特征样本点中选取出空间分布与目标三特征空间分布更相似的样本点，满足以下条件：32、33、式中待删除的训练样本点集，表示原始训练特征点集中的均值点，表示原始训练特征点集，指特征点集合内的特征向量样本，指样本集为杂波样本集；34、 从待删除的训练样本点集中筛选出作为顶点的样本点，作为待剔除的样本点集，找出该待剔除样本点集中距离原始样本点集中心点欧几里得距离最远的点，作为当前轮次中需要剔除的样本点，将其剔除掉后重新形成判决区域，直至剩余样本点数和原始样本点总数满足以下关系，则表示虚警率的初步控制完毕；35、<mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mtablecolumnalign="center"><mtr><mtd><mn>1</mn><mi>−</mi><msub><mi>p</mi><mi>f</mi></msub><mi>≈</mi><mfrac><mrow><mi>#{</mi><mi>i</mi><mi>:</mi><msub><mi>ξ</mi><mi>i</mi></msub><mi>∈</mi><mi>ω</mi><mi>}</mi></mrow><mi>i</mi></mfrac><mi>or</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>#{</mi><mi>i</mi><mi>:</mi><msub><mi>ξ</mi><mi>i</mi></msub><mi>∈</mi><mi>ω</mi><mi>}</mi><mi>=</mi><mi>[</mi><mi>i</mi><mi>×</mi><mi>(</mi><mn>1</mn><mi>−</mi><msub><mi>p</mi><mi>f</mi></msub><mi>)]</mi></mtd></mtr></mtable></mstyle>（8）36、指预设的虚警率，指虚警率控制后杂波特征样本形成的判决区域，指虚警率控制前杂波特征样本的总数。指判决区域内特征样本点的数目。37、凸包检测器的判决准则按下式概括：38、<mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>ς</mi><mi>≡</mi><mi>max{det([</mi><msubsup><mi>v</mi><mi>q</mi><mrow><mi>(</mi><mn>1</mn><mi>)</mi></mrow></msubsup><mi>−</mi><mi>x</mi><mi>,</mi><msubsup><mi>v</mi><mi>q</mi><mrow><mi>(</mi><mn>2</mn><mi>)</mi></mrow></msubsup><mi>−</mi><mi>x</mi><mi>,</mi><msubsup><mi>v</mi><mi>q</mi><mrow><mi>(</mi><mn>3</mn><mi>)</mi></mrow></msubsup><mi>−</mi><mi>x</mi><mi>]),</mi><mi>q</mi><mi>=</mi><mn>1</mn><mi>,</mi><mn>2</mn><mi>,...,</mi><mi>q</mi><mi>}</mi><mi>≤</mi><mn>0</mn></mstyle>39、式中表示当前待检测特征向量，<mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mi>[</mi><msubsup><mi>v</mi><mi>q</mi><mrow><mi>(</mi><mn>1</mn><mi>)</mi></mrow></msubsup><mi>,</mi><msubsup><mi>v</mi><mi>q</mi><mrow><mi>(</mi><mn>2</mn><mi>)</mi></mrow></msubsup><mi>,</mi><msubsup><mi>v</mi><mi>q</mi><mrow><mi>(</mi><mn>3</mn><mi>)</mi></mrow></msubsup><mi>]</mi></mstyle>表示组成凸包表面的三角形的三个顶点的坐标，按照顺时针排列，下标表示组成凸包表面的三角形的序号，其最大值为表示凸包表面共由个不同的三角形顶点相互连接组成，为判决结果，若该值小于零则说明待检测特征向量在凸包判决区域内，将待检测特征向量判断为杂波向量，反之则将待检测特征向量判断为目标向量；40、（2）svm分类器的训练、虚警控制41、根据收集到的杂波三特征样本和目标三特征样本，将各个特征样本点打上对应的标签，其中目标特征样本标签为+1，表示为目标类，在svm分类器中表示为正样本，杂波特征样本点标记为-1，表示为杂波类，在svm分类器中表示为负样本，后使用软间隔svm约束准则寻找对应的超平面；42、<mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mtablecolumnalign="left"><mtr><mtd><munder><mi>min</mi><mrow><mi>ω</mi><mi>,</mi><mi>b</mi><mi>,</mi><mi>ξ</mi></mrow></munder><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac><msup><mrow><mo>‖</mo><mi>ω</mi><mo>‖</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><mstyledisplaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mi>=</mi><mn>1</mn></mrow><mi>m</mi></munderover><mrow><mi>(</mi><mfrac><mrow><mn>1</mn><mi>−</mi><msub><mi>y</mi><mi>i</mi></msub></mrow><mn>2</mn></mfrac><msub><mi>β</mi><mn>0</mn></msub><mo>+</mo><mfrac><mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><msub><mi>y</mi><mi>i</mi></msub></mrow><mn>2</mn></mfrac><msub><mi>β</mi><mn>1</mn></msub><mi>)</mi><msub><mi>c</mi><mi>i</mi></msub></mrow></mstyle></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>s</mi><mi>.</mi><mi>t</mi><mi>.</mi><mi>c</mi><mn>1</mn><mi>:</mi><msub><mi>y</mi><mi>i</mi></msub><mi>[</mi><mi>k</mi><mi>(</mi><mi>ω</mi><mi>,</mi><msub><mi>f</mi><mi>i</mi></msub><mi>)</mi><mi>−</mi><mi>b</mi><mi>]</mi><mi>≥</mi><mn>1</mn><mi>−</mi><msub><mi>ξ</mi><mi>i</mi></msub><mi>,</mi><mi>i</mi><mi>=</mi><mn>1</mn><mi>,</mi><mn>2</mn><mi>,...,</mi><mi>m</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>c</mi><mn>2</mn><mi>:</mi><msub><mi>c</mi><mi>i</mi></msub><mi>≥</mi><mn>0</mn><mi>,</mi><mi>i</mi><mi>=</mi><mn>1</mn><mi>,</mi><mn>2</mn><mi>,...,</mi><mi>m</mi></mtd></mtr></mtable></mstyle>43、式中，、为超平面权重系数，为第i个特征样本，为核变换函数，为惩罚因子，为杂波样本的惩罚参数，为目标样本的惩罚参数；44、为初步控制虚警率，杂波样本的惩罚参数会在惩罚参数上界和惩罚参数下界之间反复调整，当超平面形成后，将训练svm时使用的杂波数据输入到分类器中，统计误分类为目标的杂波特征点个数以得到训练样本范围内的虚警率；45、当虚警率偏高时，使用如下式子更新惩罚参数和惩罚参数上下界；46、47、为杂波样本的惩罚参数，为杂波样本的惩罚参数上界，为杂波样本的惩罚参数下界。48、当虚警率偏低时，使用如下式子更新惩罚参数和长发参数上下界；49、50、为杂波样本的惩罚参数，为杂波样本的惩罚参数上界，为杂波样本的惩罚参数下界。51、该更新步骤反复进行至从训练杂波特征样本中得到的虚警率与预设虚警率之间的差值在一个预设好的范围内，此时虚警率的控制工作完成；52、（13）53、指从训练杂波特征样本中得到的虚警率，指预设虚警率，指二者的差值，通常取。54、svm检测器指的判决准则可按下式概括：55、56、式中是待检测的特征向量，为对应的检测结果，、为超平面权重系数57、优选的，所述步骤3的具体步骤为：58、当检测器初步虚警控制完毕后，开始实际检测工作；通过检测未知数据得到的虚警率作为一种对海面特性感知的手段，每经过一段预先设置好的时间段，则统计在该时间段内检测器检测杂波单元得到的虚警率，作为实际虚警率的估计，为保证检测器能够对海面特性做出正确的响应，根据大量实验观察，将预设虚警率与实际虚警率的关系建立为斜率为1，截距变化的一次函数关系：59、 （15）60、在实际检测过程中，由于截距是未知的，需要对该值进行估计。截距的估计作为检测器对杂波环境的一种反映，通过实际虚警率和预设虚警率之间的差值得到，通过统计得到的实际虚警率和预设虚警率的差值对截距进行更新，使用更新后的关系式指导检测器的判决区域更新，在行为上则是改变输入到检测器中的需要让其维持的虚警率的数值，通过不断改变该数值来控制判决区域的大小，将调节好的检测器应用于下一时间段的检测工作中；61、（16）62、指在实际检测过程中统计得到的虚警率，指预设虚警率63、估计出截距后，使用截距计算出检测器此时应该调节到的虚警率数值；64、（17）65、 指当前检测器设置的虚警率，指当前检测器应该调节到的虚警率，指先前估算的截距。66、本发明的一种海上目标特征检测的虚警率动态调整方法，有益效果如下：67、1、能够完成训练数据的复用，在一定时间范围内不需要重新收集数据，在虚警率波动幅度大致不变的条件下将虚警率维持在给定虚警率附近；68、2、能够在足够小的时间代价下，完成虚警率的控制，一定程度上确保检测的实时性；69、3、该方法能够适用于多种特征检测方法中，利于评价检测器的性能。在经过hh、vv实测数据验证后，可非常有效的改善检测器的虚警控制能力。当前第1页12当前第1页12
技术特征：
1.一种海上目标特征检测的虚警率动态调整方法，其特征在于包括以下步骤：
2.按照权利要求1所述的一种海上目标特征检测的虚警率动态调整方法，其特征在于步骤1）中提取的特征来源于时域和频域，下述是三个典型的特征的具体提取方法：
3.按照权利要求1所述的一种海上目标特征检测的虚警率动态调整方法，其特征在于所述步骤2）的具体步骤如下：
4.按照权利要求1所述的一种海上目标特征检测的虚警率动态调整方法，其特征在于所述步骤3）的具体步骤为：
技术总结
本发明涉及一种海上目标特征检测的虚警率动态调整方法，属于雷达目标检测技术领域。包括：步骤1）从雷达回波信号的时域和频域中提取特征；步骤2）根据提取出的杂波特征、目标回波特征进行凸包检测器和SVM检测器的训练，对虚警率进行初步控制；步骤3）根据输入的回波数据进行检测工作，每经过一段时间则统计该段时间的统警率，作为实际虚警率的估计，根据实际虚警率和预设虚警率确定判决区域的调节幅度，进行虚警率的再调节；步骤4）返回步骤3）续进行检测工作；步骤5）利用实测数据对所提方法进行验证。本发明应用于凸包检测器和SVM检测器以形成目标检测方法，从而提高检测器的虚警控制能力。
技术研发人员：董云龙,丁昊,韦继丰,刘瑜,于恒力,曹政,刘宁波,何爽辉
受保护的技术使用者：中国人民解放军海军航空大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5
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