[发明专利]基于PPCA模型的强噪声背景下雷达距离像统计识别方法

权利要求书

1.一种基于PPCA模型的强噪声背景下雷达距离像统计识别方法，包括

A.训练步骤：

(A1)按照目标所在的方位将目标的所有高信噪比环境下获得的一维高分 距离像HRRP回波数据划分成多个数据段，每段称为一帧；

(A2)将各帧内的HRRP回波数据平移对齐；

(A3)将各帧内所有平移对齐后的HRRP数据进行强度归一化；

(A4)分别对各个帧内强度归一化后的数据建立一个PPCA模型，求取模 型参数均值方差加载矩阵并将其保存为模板 j＝1，2，…，C，C是总的目标类别数，k＝1，2，…，K_j， K_j是第j类目标的总的方位帧数目；

B.测试步骤

(B1)对需要测试的样本进行强度归一化，得到归一化后的测试样本

(B2)将归一化后的测试样本分别与各类目标模板中的均值向量平移对齐，得到对齐后的测试样本j＝1，2，…，C，k＝1，2，…，K_j；

(B3)估计待测试样本的信噪比范围，对于信噪比大于30dB的测试样本 执行步骤(B4)至(B5)，对于信噪比小于30dB的测试样本执行步骤(B6)至(B11)；

(B4)利用训练过程得到的PPCA模板，计算测试样本对应于各类目标所 有帧的距离值：

Fppcajk(x‾testjk*)=ln|σ‾jk2+ID+A‾jk+A‾jk+T|+(x‾testjk*-m‾jk+)T(σ‾jk2+ID+A‾jk+A‾jk+T)-1(x‾testjk*-m‾jk+)]]>

其中，I_D为D×D单位矩阵，其它参数含义与步骤(A4)中参数含义相同，T表示对 矩阵或向量的转置操作，D是距离像的维数；

(B5)找出步骤(B4)计算出的距离值中最小的一个，若该距离值对应的 模板属于第j类目标，j＝1，2，…，C，则判定测试样本属于第j类目标，测试过程 结束；

(B6)将步骤(B4)中各类目标所有帧的距离值改写为：

Fppcajk(x‾testjk*)=-Dln(Ps,jk+Pw,jk-)+ln|Ωd,jk+Pw,jk-DId(1D-dΣi=d+1Dωi,jk+Pw,jk-D)ID-d|+(Ps,jk+Pw,jk-x‾testjk*-Ps,jk+Pw,jk+m‾jk+)T*]]>

UjkΩd,jk+Pw,jk-DId(1D-dΣi=d+1Dωi,jk+Pw,jk-D)ID-d-1UjkT(Ps,jk+Pw,jk-x‾testjk*-Ps,jk+Pw,jk+m‾jk+)]]>

其中，Ω_d，jk是无噪信号的协方差矩阵从大到小排列的前d个特征值组成的 对角矩阵，ω_i，jk，i＝d+1，…，D是后D-d个特征值，D是距离像的维数，d是 隐变量的维数，P_s，jk是j类目标的第k帧的信号能量，分别是j类目 标的第k帧高、低信噪比条件下的噪声能量，U_jk是协方差矩阵的特征向量矩阵， I_D-d为(D-d)×(D-d)单位矩阵，I_d为d×d单位矩阵；

(B7)对步骤(B6)改写后的各帧距离值关于求导数，并令之为零， 最终等价为求解D个一元三次方程：

z3Ps,jk+Pw,jk+m‾jk+Tup,jkx‾testjk*Tup,jkD+z2[(Dωp,jk′-Ps,jk)(D(x‾testjk*Tup,jk)2-1)-(Ps,jk+Pw,jk+)(m‾jk+Tup,jk)2D]]]>

-zD(ωp,jk′D-Ps,jk)Ps,jk+Pw,jk+m‾jk+Tup,jkx‾testjk*Tup,jk-(Dωp,jk′-Ps,jk)2=0]]>

p＝1，…，D

其中u_p，jk是协方差矩阵的特征向量U_jk的第p列，当p≤d 时，ωp,jk′=ωp,jk+Pw,jk-D;]]>当p＞d时，ωp,jk′=1D-dΣi=d+1Dωi,jk+Pw,jk-D,]]>ω_i，jk，i＝1,…，d 是无噪信号的协方差矩阵前d个特征值；

(B8)利用卡丹公式求解步骤(B7)中的一元三次方程，并通过判断方程 的根与常用信噪比范围的关系，得到步骤(B6)中的距离值的最小值对 应的参数z，把它记为然后利用关系式求得第j类目标第k 帧的第p个距离单元对应的噪声能量：p＝1，...，D；

(B9)求距离值近似最小值对应的低信噪比环境下的噪声能量：

pw,jk-*=Σp=d+1Dpw,(p),jk-*;]]>

(B10)计算测试样本到各类目标所有帧的距离值：

Fppcajk(x‾testjk*)=Σp=1D[-ln(Ps,jk+Pw,jk-*)+ln(ωp,jk′+Pw,jk-*D)]+1ωp,jk′+Pw,jk-*D*]]>

Σp=1D(Ps,jk+Pw,jk-*x‾testjk*-Ps,jk+Pw,jk+m‾jk+)Tup,jk*up,jkT(Ps,jk+Pw,jk-*x‾testjk*-Ps,jk+Pw,jk+m‾jk+)]]>

(B11)从步骤(B10)计算出的各类目标所有帧的距离值中找到最小的一个， 若该距离值对应的模板属于第j类目标，j＝1，2，…，C，则判定测试样本属于第j类 目标，测试过程结束。