發(fā)布時間：2020-04-06 10:23

【摘要】：雷達高分辨距離像數(shù)據(jù)(High Resolution Range Profile,HRRP)是寬帶雷達信號在發(fā)射到目標后得到的散射點子回波在雷達射線方向上的向量和,它反映了目標的物理結構特性,具有十分重要的研究價值。相比于二維SAR圖像和ISAR圖像,HRRP數(shù)據(jù)不需要目標相對于雷達有一定的轉角,更易于獲取和處理。隨著雷達技術的逐漸發(fā)展,軍事戰(zhàn)爭對于HRRP目標識別技術的需求越發(fā)迫切。因此,本文主要是圍繞國家自然科學基金,青年千人基金以及國防預研項目,針對雷達高分辨距離像識別,分別從HRRP距離單元的時序相關性、HRRP的平移敏感性以及HRRP的方位敏感性等問題作為切入點,提出了不同的機器學習算法來有針對性地解決具體的問題。本論文的內(nèi)容主要包括如下五個部分:1、簡要地回顧了機器學習的一些基礎理論知識,對分類任務進行了定義。除此之外,我們還詳細地介紹了兩種經(jīng)典的神經(jīng)網(wǎng)絡模型,即深度置信網(wǎng)絡和堆棧自編碼器。2、傳統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡方法在進行識別的過程中僅僅考慮了HRRP樣本的包絡信息,而忽略了樣本距離單元之間的相關性。本章針對這個問題,提出了一種循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡投票模型(Recurrent Neural Network with voting Strategy,RNNvot),該模型將原始的HRRP數(shù)據(jù)通過滑窗轉化為序列形式,并且采用循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡模型對其進行提取特征并輸出類別。循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡模型輸出的是類別序列,而HRRP序列特征對應于單個類別,因此,我們又進一步地采用投票機制將所有時刻的信息進行融合,輸出最終的類別。3、傳統(tǒng)的解決HRRP平移敏感性的方法有兩種,一種是采用相對對齊方法,將所有的樣本都同模板進行平移對齊,但是這種方法的計算量較大。另一種方法是提取平移不變特征,將原始時域數(shù)據(jù)轉化為其他平移穩(wěn)健的特征空間,該方法確實可以有效地解決平移敏感性問題,但是它改變了數(shù)據(jù)的時序相關特性,丟失了可分性的信息。本章提出了一種雙向截斷長短時記憶網(wǎng)絡模型(Bidirectional Truncated Long-short Term Memory,BTLSTM),該方法首先采用一種截斷機制提取目標區(qū)域,并依據(jù)目標區(qū)域提取平移穩(wěn)健的輸入特征,為了考慮雙向的時序相關性,模型采用雙向LSTM模型對穩(wěn)健的輸入提取可分性特征,并采用投票機制輸出樣本的類別�；�于實測數(shù)據(jù)的實驗結果表明當前的方法不僅可以有效地進行識別,而且對于平移敏感性非常穩(wěn)健。4、針對HRRP數(shù)據(jù)不同距離單元對于最終識別的貢獻不同的問題,提出了一種注意循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡模型(Target-Aware Recurrent Attentional Network,TARAN)。具體地,我們利用循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡模型來探索HRRP樣本中距離單元之間的時序相關性,并設計了一種注意機制,該機制通過自動地學習不同時刻輸入數(shù)據(jù)的權值來決定不同區(qū)域在識別中的貢獻,然后對不同時刻的隱層特征進行加權求和作為最終的識別特征,并采用分類器輸出類別。由于RNN的記憶功能和注意機制,與傳統(tǒng)方法相比,TARAN不僅可以有效地進行識別,而且對于平移敏感性是魯棒的。此外,我們還分析了譜圖特征和時域序列特征對于識別性能的影響。5、HRRP數(shù)據(jù)存在方位敏感性,這使得不同方位角的HRRP樣本的距離單元之間的時序相關性存在一定的差異。為了解決這個問題,本章提出了一個高斯混合-張量循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡模型(Gaussian Mixture Model-Tensor Recurrent Neural Network,GMMTRNN)。具體地,該模型首先采用三維張量參數(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡中的二維參數(shù),然后采用高斯混合模型對不同時刻的輸入進行聚類,并由聚類的結果選擇三維張量參數(shù)中的矩陣作為當前時刻的參數(shù)提取特征,輸出類別。相比于傳統(tǒng)的循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡模型,GMM-TRNN模型在不同時刻的參數(shù)是非共享的,且不同時刻的參數(shù)由輸入數(shù)據(jù)來決定,可以更有效地表達HRRP數(shù)據(jù)。
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN957.52;TP18

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本文編號：2616387