【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，具體涉及一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速提取方法及系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)在自然界中普遍存在，大到宇宙天體，小到原子核外電子，均存在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。對(duì)于目標(biāo)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的精確測量一直以來都是研究熱點(diǎn)，對(duì)于合作目標(biāo)而言，可以通過做標(biāo)記加視覺測量方法進(jìn)行轉(zhuǎn)速測量；而對(duì)于非合作目標(biāo)而言，例如空間中的失穩(wěn)碎片、中段飛行的導(dǎo)彈等目標(biāo)，其轉(zhuǎn)速測量始終難以解決。
2、動(dòng)量是物理學(xué)中的一個(gè)名詞，表示物體質(zhì)量和速度的乘積，指的是運(yùn)動(dòng)物體的作用效果。動(dòng)量是一個(gè)矢量，其方向與速度方向相同。自從光的波粒二象性被確立以來，人們就發(fā)現(xiàn)當(dāng)把光子也攜帶有動(dòng)量(mc)，不過這一動(dòng)量一般指的都是線性動(dòng)量。1992年，首次確認(rèn)了電磁波中軌道角動(dòng)量(oam)的存在，這一發(fā)現(xiàn)表明光子除了可以存在沿著光束傳播方向的動(dòng)量之外，還可以攜帶有繞著光束傳播軸旋轉(zhuǎn)的動(dòng)量。旋轉(zhuǎn)多普勒效應(yīng)(rde)就是在人們研究軌道角動(dòng)量時(shí)發(fā)現(xiàn)的一種新型物理效應(yīng)。
3、旋轉(zhuǎn)多普勒效應(yīng)本質(zhì)上還是一種多普勒效應(yīng)，這種效應(yīng)的產(chǎn)生也是來自于波源和物體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。只不過區(qū)別在于，經(jīng)典線性多普勒效應(yīng)的產(chǎn)生是由于物體沿著波源傳播方向的運(yùn)動(dòng)引起，而旋轉(zhuǎn)多普勒效應(yīng)則是來源于物體在垂直與波源傳播方向截面內(nèi)的相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)引起。經(jīng)典多普勒效應(yīng)的早期發(fā)現(xiàn)來源于人們對(duì)運(yùn)動(dòng)聲源的觀測，后來發(fā)現(xiàn)多普勒效應(yīng)存在于各類型的波束中，尤其是自上世紀(jì)六十年代激光專利技術(shù)以來，光波的多普勒效應(yīng)逐漸被人們重視起來，并研制了各類型的激光多普勒測量儀。一束普通激光的照射一個(gè)旋轉(zhuǎn)目標(biāo)后，旋轉(zhuǎn)目標(biāo)接收到的
4、δf＝f0vcosθ/c??????(1)
5、其中，f0表示激光光源的頻率，v表示物體的運(yùn)動(dòng)速度，c表示光速，α是物體運(yùn)動(dòng)速度方向和波源傳播方向的夾角。
6、顯然，當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)方向和波源傳播方向之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)夾角為90°時(shí)，所產(chǎn)生的線性多普勒頻移大小為零。當(dāng)經(jīng)典平面波垂直照射旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)物體表面上時(shí)，由于每個(gè)微小散射點(diǎn)均是在垂直于平面波傳播方向，產(chǎn)生的多普勒頻移為零，因此經(jīng)典線性多普勒效應(yīng)難以實(shí)現(xiàn)物體轉(zhuǎn)速的測量。而旋轉(zhuǎn)多普勒效應(yīng)則不同，當(dāng)波源垂直共軸照射于旋轉(zhuǎn)目標(biāo)時(shí)，物體旋轉(zhuǎn)矢量則恰好與軌道角動(dòng)量矢量相互平行，因此渦旋光束的軌道角動(dòng)量與旋轉(zhuǎn)物體之間存在天然的耦合性。
7、由于渦旋光攜帶有螺旋相位因子其光束能流方向便不再沿著光束傳播方向，而是與傳播方向有個(gè)夾角，這一夾角的大小為β＝lλ/2πr。由于目標(biāo)旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)的每個(gè)微小散射點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向恰好都與光束的傳播方向垂直，那么最終光束的能流方向與散射點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度方向的夾角有如下關(guān)系：
8、α＝π/2-β??(2)
9、將上式(2)帶入公式(1)，并當(dāng)采用在θ很小的時(shí)候有sinθ≈θ這一近似，可得到旋轉(zhuǎn)多普勒頻移的表達(dá)式：
10、δf＝lω/2π??(3)
11、實(shí)際測量中，根據(jù)旋轉(zhuǎn)多普勒頻移δf的測量有多種方式。由于光束頻率高達(dá)1014hz，難以直接測量，因此常見的頻移測量方式是利用光束的拍頻檢測法，將信號(hào)光和參考光進(jìn)行耦合拍頻，從而可以實(shí)現(xiàn)頻移的檢測。根據(jù)實(shí)際頻移測量值δf，再結(jié)合光束拓?fù)浜蓴?shù)信息l，便可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)目標(biāo)轉(zhuǎn)速的測量。
12、以上是基于旋轉(zhuǎn)多普勒效應(yīng)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)轉(zhuǎn)速測量的基本原理。從中可以看出探測所得的時(shí)域信號(hào)中包含有目標(biāo)轉(zhuǎn)速信息，通過頻譜轉(zhuǎn)換便可以提取出來，但是操作步驟較為繁瑣，亟需一種方法可以實(shí)現(xiàn)不同頻譜轉(zhuǎn)換直接從時(shí)域信號(hào)中獲得目標(biāo)轉(zhuǎn)速則能大大提升目標(biāo)轉(zhuǎn)速信號(hào)提取的效率和自動(dòng)化程度。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)上述問題，本專利技術(shù)的目的是提供一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速提取方法及系統(tǒng)，針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子、無人機(jī)螺旋槳、空間中的失穩(wěn)旋轉(zhuǎn)碎片等目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)空間目標(biāo)轉(zhuǎn)速的高效、高精度測量。
2、本專利技術(shù)提供一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速提取方法，包括：
3、步驟s1，根據(jù)實(shí)際探測條件建立旋轉(zhuǎn)多普勒探測仿真程序，以設(shè)定目標(biāo)轉(zhuǎn)速作為標(biāo)簽生成訓(xùn)練數(shù)據(jù)集；所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)集至少包括：采樣率、探測光束拓?fù)浜蓴?shù)和時(shí)域信號(hào)；
4、步驟s2，基于多層前饋原理搭建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)框架，根據(jù)所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)集對(duì)所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)框架進(jìn)行訓(xùn)練，得到訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)模型；所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)框架包含有m層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，每層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括n個(gè)神經(jīng)元；m，n為正整數(shù)；
5、步驟s3，制備渦旋光束并照射于旋轉(zhuǎn)目標(biāo)表面；
6、步驟s4，對(duì)所述旋轉(zhuǎn)目標(biāo)進(jìn)行探測，得到與訓(xùn)練數(shù)據(jù)規(guī)格相同的采集數(shù)據(jù)；
7、步驟s5，將所述采集數(shù)據(jù)輸入所述網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行預(yù)測計(jì)算，得到目標(biāo)轉(zhuǎn)速。
8、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述根據(jù)實(shí)際探測條件建立旋轉(zhuǎn)多普勒探測仿真程序包括：
9、根據(jù)傳輸矩陣法計(jì)算傳輸?shù)轿矬w表面的物體表面振幅分布；
10、將渦旋光束振幅分布與所述物體表面振幅相乘得到散射光場；
11、通過透鏡收集所述散射光場，通過匯聚算法計(jì)算得到散射光的光強(qiáng)；
12、關(guān)聯(lián)目標(biāo)轉(zhuǎn)速和設(shè)定采樣率，用以根據(jù)任意采樣率采樣的某一時(shí)刻散射光的光強(qiáng)得到時(shí)域信號(hào)。
13、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述s3包括：
14、利用空間光調(diào)制器法或者渦旋玻片法或者陣列法制備所述渦旋光束，將所述渦旋光束照射于旋轉(zhuǎn)目標(biāo)表面。
15、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述s4包括：
16、利用光電探測器和數(shù)據(jù)采集卡對(duì)所述旋轉(zhuǎn)目標(biāo)表面回波信號(hào)進(jìn)行采集，得到與訓(xùn)練數(shù)據(jù)規(guī)格相同的采集數(shù)據(jù)。
17、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述s5包括：
18、根據(jù)以下公式計(jì)算得到目標(biāo)轉(zhuǎn)速：
19、
20、其中，(x1,x2,...xi)表示外部輸入的時(shí)域信號(hào)，(w1,w2,...wi)表示外部輸入的權(quán)重系數(shù)，(v1,v2,...vi)表示輸出的權(quán)重系數(shù)，β和λ表示偏置量，ω表示目標(biāo)轉(zhuǎn)速，(q1,q2,...qi)表示隱藏層每個(gè)神經(jīng)元的參數(shù)值。
21、本專利技術(shù)還提供了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速提取系統(tǒng)，引用任一上述的目標(biāo)轉(zhuǎn)速提取方法，包括：
22、生成數(shù)據(jù)集模塊，用于根據(jù)實(shí)際探測條件建立旋轉(zhuǎn)多普勒探測仿真程序，以設(shè)定目標(biāo)轉(zhuǎn)速作為標(biāo)簽生成訓(xùn)練數(shù)據(jù)集；所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)集至少包括：采樣率、探測光束拓?fù)浜蓴?shù)和時(shí)域信號(hào)；
23、搭建網(wǎng)絡(luò)模型模塊，用于基于多層前饋原理搭建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)框架，根據(jù)所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)集對(duì)所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)框架進(jìn)行訓(xùn)練，得到訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)模型；所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)框架包含有m層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，每層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括n個(gè)神經(jīng)元；m，n為正整數(shù)；
24、制備渦旋光束模塊，用于制備渦旋光束并照射于旋轉(zhuǎn)目標(biāo)表面；
25、探測模塊，用于對(duì)所述旋轉(zhuǎn)目標(biāo)進(jìn)行探測，得到與訓(xùn)練數(shù)據(jù)規(guī)格相同的采集數(shù)據(jù)；
26、預(yù)測模塊，用于將所述采集數(shù)據(jù)輸入所述網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行預(yù)測計(jì)算，得到目標(biāo)轉(zhuǎn)速。
27、本專利技術(shù)提供的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)轉(zhuǎn)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速提取方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的目標(biāo)轉(zhuǎn)速提取方法，其特征在于，所述根據(jù)實(shí)際探測條件建立旋轉(zhuǎn)多普勒探測仿真程序包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的目標(biāo)轉(zhuǎn)速提取方法，其特征在于，所述S3包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的目標(biāo)轉(zhuǎn)速提取方法，其特征在于，所述S4包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的目標(biāo)轉(zhuǎn)速提取方法，其特征在于，所述S5包括：
6.一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速提取系統(tǒng)，引用權(quán)利要求1-5任一所述的目標(biāo)轉(zhuǎn)速提取方法，其特征在于，包括：
【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速提取方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的目標(biāo)轉(zhuǎn)速提取方法，其特征在于，所述根據(jù)實(shí)際探測條件建立旋轉(zhuǎn)多普勒探測仿真程序包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的目標(biāo)轉(zhuǎn)速提取方法，其特征在于，所述s3包括：
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：邱松，樊昀，鄭瑾，王強(qiáng)，王鐵兵，楊阿華，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國人民解放軍六三九二一部隊(duì)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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