基于神经网络的改进当前统计模型方法、装置、存储介质及计算机设备

文档序号:8729 发布日期:2021-09-17 浏览:84次 英文

基于神经网络的改进当前统计模型方法、装置、存储介质及计 算机设备

技术领域

本发明涉及雷达数据处理领域

技术领域

,具体为一种基于神经网络的改进当前统计模型方法、装置、存储介质及设备。

背景技术

近年来,目标跟踪是雷达数据处理的核心关键技术,其通过航迹起始、航迹预测、以及滤波算法可以通过雷达采集到的量测信息进行目标的实时状态估计,得到目标的运动轨迹和运动参数,从而实现对目标的追踪并完成雷达终端显示。其中,航迹预测以及滤波算法属于目标跟踪的一环,其对于是否能高精度估计目标状态至关重要。现有的航迹预测方法处于航迹起始之后,而滤波算法位于航迹预测之后,两部分都涉及到目标运动建模。常用的基本目标运动模型则包括匀速模型、常加速度模型、协同转弯模型、Singer模型、当前统计模型和Jerk模型等。

公开号为CN111157983A提供的一种雷达目标跟踪方法,其根据目标机动特性的变化对模型的参数进行调整,实现了实时自适应的目标跟踪更新,实现了高精度目标跟踪,提高雷达识别精度,但是该方法目标跟踪模型主要为匀速模型、匀加速模型、当前统计模型、转弯模型、连续转弯模型而且几种模型均采用贝叶斯滤波的方式表现,该统计模型方法存在模型简单、能力有限、泛化性不足等问题,在实际运用中,由于目标机动性未知,现有算法跟踪效果时好时坏,难以在目标任何机动情况下均取得稳定、良好的跟踪效果。同时当前统计模型方法还存在参数无法自适应调整的问题,当目标突发机动则跟踪误差会大幅度升高。需要人工进行调整,并且调整后的跟踪效果也难以达到实时最优,因此,现有的当前统计模型方法存在模型简单、复杂度低、通适性差、缺乏学习能力等问题,难以根本整体上解决高精度跟踪问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于神经网络的改进当前统计模型方法、系统、存储介质及计算机设备,以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:

一种基于神经网络的改进当前统计模型方法,包括以下步骤:

S1:搭建基于神经网络的改进当前统计模型,将神经网络作为反馈网络与传统统计模型连结,获取符合目标机动情况的最大加速度值;

S2:选取训练集和标签集,按照设定归一标准化规则对训练集和标签集进行预处理;

S3:设置训练参数,使用训练参数对神经网络进行训练,使其最终达到收敛;

S4:将待处理的目标估计状态和量测输入到上述改进模型中,得到目标当前时刻状态估计值。

优选的,所述步骤S1中目标当前状态值的估计具体包括以下步骤:

S101:在每一个跟踪时刻,将上一时刻的目标状态估计值和当前时刻的量测值按照归一化标准进行归一化处理;

S102:处理后的数值进入反馈网络,得到当前时刻符合目标机动情况的最大加速度值。

优选的,所述神经网络输入层节点数与状态、量测维数和对应,隐层层数为1,隐层节点为7,输出层节点为1,网络关系式为:

所述步骤S103中当前统计模型通过测和滤波算法得到当前时刻的状态估计值。

优选的,所述步骤S2中所述训练集包括多个机动等级的目标数据集,将目标数据集切分处理后获得训练集和标签集,所述标签集为每个时刻的目标真实状态。

优选的,所述归一标准化规则为Min-Max标准化方式。

优选的,所述步骤S3中使用MSE作为损失函数并以端到端的方式训练反向传播神经网络;

其中损失函数为:

其中,m为训练数据数。

优选的,所述步骤S3中神经网络训练过程中采用Adam优化方法。

为实现上述目的,本发明另外还提供一种基于神经网络的改进当前统计模型系统,其中,所述系统包括:

模型构建模块,用于搭建基于神经网络的改进当前统计模型,并将神经网络作为反馈网络与传统统计模型连结,从而估计目标当前状态值;

数据集预处理模块,用于选取训练集和标签集,并按照设定归一标准化规则对训练集和标签集进行预处理;

网络训练模块,用于设置训练参数,并使用训练参数对神经网络进行训练,使其最终达到收敛;以及;

估计值计算模块,用于将待处理的目标估计状态和量测输入到上述改进模型中,得到目标当前时刻状态估计值。

为实现上述目的,本发明另外还提供一种基于神经网络的改进当前统计模型存储介质,其中,所述存储介质上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时能够实现上述的使用神经网络改进当前统计模型的步骤。

为实现上述目的,本发明另外还提供一种基于神经网络的改进当前统计模型设备,其中,所述设备包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的使用神经网络改进当前统计模型的算法程序,所述使用神经网络改进当前统计模型的算法程序配置为实现上述的使用神经网络改进当前统计模型的步骤。

与现有技术相比,本发明的有益效果是:

本发明的改进当前统计模型方法基于反向传播神经网络的学习,借助神经网络的非线性表达能力,增强了传统当前统计模型的自适应调整能力,其中反向传播神经网络作为反馈网络,来根据目标状态估计值和量测值输出自适应调整最大加速度,最后将最大加速度输出到传统当前统计模型中进行当前状态估计,建立起目标状态、量测和最大加速度之间的映射,极大地减少目标发生机动时的跟踪误差。

附图说明

图1为本发明神经网络改进当前统计模型的方法流程图;

图2为本发明神经网络改进当前统计模型系统的结构示意图;

图3为本发明反向传播神经网络原理框图;

图4为本发明基于神经网络的改进当前统计模型网络结构框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

实施例:

请参阅图1至图4,本发明提供一种技术方案:

一种基于神经网络的改进当前统计模型方法,包括以下步骤:

S1:搭建基于神经网络的改进当前统计模型,将神经网络作为反馈网络与传统统计模型连结,获取符合目标机动情况的最大加速度值。

其中,目标当前状态值的估计具体包括以下步骤:

S101:在每一个跟踪时刻,将上一时刻的目标状态估计值和当前时刻的量测值按照归一化标准进行归一化处理;

S102:处理后的数值进入反馈网络,得到当前时刻符合目标机动情况的最大加速度值。

其中,所述神经网络输入层节点数与状态、量测维数和对应,隐层层数为1,隐层节点为7,输出层节点为1,网络关系式为:

S2:选取训练集和标签集,按照设定归一标准化规则对训练集和标签集进行预处理。

其中,所述训练集包括多个机动等级的目标数据集,将目标数据集切分处理后获得训练集和标签集,所述标签集为每个时刻的目标真实状态,归一标准化规则为Min-Max标准化方式。

S3:设置训练参数,使用训练参数对神经网络进行训练,使其最终达到收敛。

其中,训练参数包括学习率和优化器参数,这些参数根据训练、测试效果可进行调整,最终选取一个最优参数值,使用MSE作为损失函数并以端到端的方式训练反向传播神经网络;

其中损失函数为:

其中,m为训练数据数,另外,所述神经网络训练过程中采用Adam优化方法,通过训练反向传播神经网络,增强了传统当前统计模型的自适应调整能力。

S4:将待处理的目标估计状态和量测输入到上述改进模型中,得到目标当前时刻状态估计值。

其中,将输出的amax输入到传统当前统计模型中,当前统计模型按照步骤S102获得最大加速度来估计目标当前状态值,当前统计模型在自适应最大加速度的基础上,通过将最大加速度输出到传统当前统计模型中进行当前状态估计,通过预测和滤波算法得到当前时刻的状态估计值,建立起目标状态、量测和最大加速度之间的映射,极大地减少目标发生机动时的跟踪误差。

为实现上述目的,本发明另外还提供一种基于神经网络的改进当前统计模型系统,其中,所述系统包括:

模型构建模块,用于搭建基于神经网络的改进当前统计模型,并将神经网络作为反馈网络与传统统计模型连结,从而估计目标当前状态值;

数据集预处理模块,用于选取训练集和标签集,并按照设定归一标准化规则对训练集和标签集进行预处理;

网络训练模块,用于设置训练参数,并使用训练参数对神经网络进行训练,使其最终达到收敛;以及;

估计值计算模块,用于将待处理的目标估计状态和量测输入到上述改进模型中,得到目标当前时刻状态估计值。

为实现上述目的,本发明另外还提供一种基于神经网络的改进当前统计模型存储介质,其中,所述存储介质上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时能够实现上述的使用神经网络改进当前统计模型的步骤。

所述存储介质可以包括:能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是,计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减,例如在某些司法管辖区,根据立法和专利实践,计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

为实现上述目的,本发明另外还提供一种基于神经网络的改进当前统计模型设备,其中,所述设备包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的使用神经网络改进当前统计模型的算法程序,所述使用神经网络改进当前统计模型的算法程序配置为实现上述的使用神经网络改进当前统计模型的步骤。

所述设备可以是桌上型计算机、工业电脑、数控设备、工业机器人、服务器等计算设备。本领域技术人员可以理解,所述设备包括处理器和存储器,所述存储器用于存储指令的描述仅是设备的示例,并不构成对设备的限定,可以包括更多或更少的部件,或者组合某些部件,或者不同的部件,例如设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

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