本申請涉及雷達(dá)信號處理，特別涉及一種基于transformer的雷達(dá)脈沖數(shù)據(jù)序列標(biāo)注方法。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)的雷達(dá)信號分選方法，通常依賴于預(yù)定義的規(guī)則和固定的特征提取方法。這些方法在簡單和穩(wěn)定的電磁環(huán)境中效果較好，但在復(fù)雜和動態(tài)的電磁環(huán)境中，容易受到噪聲和多徑效應(yīng)的影響，導(dǎo)致分選精度下降。

2、transformer模型因其在自然語言處理領(lǐng)域的卓越表現(xiàn)，逐漸被引入到雷達(dá)信號處理領(lǐng)域。相較于傳統(tǒng)方法，transformer模型通過自注意力機(jī)制能夠捕捉序列中全局和局部的依賴關(guān)系，無需依賴預(yù)定義規(guī)則，通過堆疊的編碼器結(jié)構(gòu)，能夠自動學(xué)習(xí)到信號的深層特征，避免了人工設(shè)計(jì)特征的復(fù)雜性和局限性。盡管transformer模型在雷達(dá)信號處理領(lǐng)域具有顯著優(yōu)勢，但其應(yīng)用還面臨一些挑戰(zhàn)，如大規(guī)模數(shù)據(jù)處理和模型的實(shí)時(shí)性要求，暫時(shí)還無法滿足實(shí)際需求。

3、因此，設(shè)計(jì)一種高效的雷達(dá)脈沖數(shù)據(jù)序列標(biāo)注方法，充分發(fā)揮transformer模型的優(yōu)點(diǎn)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請?zhí)峁┝艘环N基于transformer的雷達(dá)脈沖數(shù)據(jù)序列標(biāo)注方法。，可用于解決雷達(dá)信號處理領(lǐng)域無法滿足大規(guī)模數(shù)據(jù)處理和模型的實(shí)時(shí)性要求的技術(shù)問題。

2、本申請一種基于transformer的雷達(dá)脈沖數(shù)據(jù)序列標(biāo)注方法，方法包括：

3、步驟1，數(shù)據(jù)預(yù)處理：進(jìn)行射頻特征標(biāo)準(zhǔn)化處理、到達(dá)時(shí)間掩碼處理和訓(xùn)練數(shù)據(jù)集構(gòu)建；

4、步驟2，構(gòu)建序列標(biāo)注模型，采用transformer編碼器利用多頭注意力機(jī)制與pdw參數(shù)對齊；

5、步驟3，進(jìn)行模型訓(xùn)練與優(yōu)化；

6、步驟4，進(jìn)行模型測試與評估。

7、進(jìn)一步地，進(jìn)行射頻特征標(biāo)準(zhǔn)化處理方法如下：

8、對原始雷達(dá)脈沖描述字序列進(jìn)行線性變換，將載頻rf、脈寬pw、脈幅pa、到達(dá)時(shí)間toa依據(jù)序列參數(shù)取值區(qū)間歸一化至[0,1]。

9、進(jìn)一步地，通過以下方法對到達(dá)時(shí)間進(jìn)行多尺度轉(zhuǎn)換：

10、步驟1-21，對歸一化后的pdw序列toa參數(shù)進(jìn)行處理，首先計(jì)算全序列相對到達(dá)時(shí)間，精確到微秒，然后依次將微秒值、毫秒值、秒值以short類型寫至對應(yīng)pdw數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)；

11、步驟1-22，將pdw全序列的時(shí)間特征進(jìn)行組合，順序?qū)dw的秒值、毫秒值、微秒值拼接形成一個(gè)包括3個(gè)short的多維時(shí)間特征向量；

12、步驟1-23，使用掩碼機(jī)制處理時(shí)間特征，對應(yīng)于pdw序列中采集時(shí)存在的toa異常值、參數(shù)異常值，在標(biāo)簽位置采用-1作為掩碼，標(biāo)記出無效或丟失的時(shí)間數(shù)據(jù)。

13、進(jìn)一步地，訓(xùn)練數(shù)據(jù)集構(gòu)建方法如下：

14、按照預(yù)設(shè)參數(shù)劃分固定序列長度的pdw序列集；

15、對每個(gè)pdw序列，按70％-100％進(jìn)行隨機(jī)概率的長度截取

16、使用pdw空標(biāo)志位即所有參數(shù)均為-1，進(jìn)行截取后的序列填充。

17、進(jìn)一步地，構(gòu)建序列標(biāo)注模型，采用transformer編碼器利用多頭注意力機(jī)制與pdw參數(shù)對齊；包括：

18、步驟2-1，進(jìn)行位置編碼

19、使用正弦和余弦函數(shù)為每個(gè)時(shí)間步的位置生成唯一的位置編碼，將對應(yīng)位置編碼添加到特征向量中，以引入位置信息；

20、步驟2-2，進(jìn)行標(biāo)記嵌入

21、將標(biāo)準(zhǔn)化后的射頻特征和掩碼處理后的時(shí)間特征進(jìn)行拼接，使用詞嵌入將一個(gè)維數(shù)由高維空間嵌入到一個(gè)低維連續(xù)向量空間中，作為transformer模型的輸入；

22、步驟2-3，設(shè)定transformer編碼器

23、采用多層transformer編碼器，每層編碼器包含多頭注意力機(jī)制和前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，且第一層的自注意力頭與pdw中的載頻、脈寬、脈幅和時(shí)間特征一一對齊。

24、進(jìn)一步地，進(jìn)行模型訓(xùn)練與優(yōu)化，包括：

25、使用交叉熵?fù)p失函數(shù)，計(jì)算模型輸出與真實(shí)標(biāo)簽之間的誤差；

26、使用adam優(yōu)化器進(jìn)行參數(shù)更新，設(shè)置初始學(xué)習(xí)率，并采用學(xué)習(xí)率調(diào)度策略動態(tài)調(diào)整學(xué)習(xí)率，優(yōu)化訓(xùn)練過程。

27、在訓(xùn)練過程中引入早停機(jī)制，監(jiān)控驗(yàn)證集的性能指標(biāo)；當(dāng)驗(yàn)證集性能不再提升時(shí)，提前停止訓(xùn)練，防止模型過擬合。

28、進(jìn)一步地，進(jìn)行模型測試與評估；包括：

29、步驟4-1，構(gòu)建測試集：

30、構(gòu)建獨(dú)立的測試集，測試集包含多種復(fù)雜和動態(tài)電磁環(huán)境下的雷達(dá)脈沖數(shù)據(jù)，用于評估模型的泛化能力和實(shí)際應(yīng)用效果；

31、步驟4-2，評估指標(biāo)：

32、使用準(zhǔn)確率、召回率、f1-score在內(nèi)多種指標(biāo)對模型進(jìn)行評估。

33、本申請與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為：本申請通過transformer模型的自注意力機(jī)制，能夠自動學(xué)習(xí)和提取雷達(dá)脈沖信號的深層特征，避免了傳統(tǒng)方法中復(fù)雜且耗時(shí)的人工特征設(shè)計(jì)；通過對射頻特征的標(biāo)準(zhǔn)化處理和到達(dá)時(shí)間的多尺度轉(zhuǎn)換，本申請能夠有效減少噪聲和多徑效應(yīng)的影響，提高了信號分選的精度和魯棒性；通過對訓(xùn)練數(shù)據(jù)集的構(gòu)建和預(yù)處理步驟的優(yōu)化，本申請能夠在保證輸入樣本長度一致的情況下，提高數(shù)據(jù)處理效率，適應(yīng)不同長度的脈沖數(shù)據(jù)序列。本發(fā)明通過引入transformer模型，結(jié)合射頻特征標(biāo)準(zhǔn)化處理和到達(dá)時(shí)間掩碼處理，實(shí)現(xiàn)了雷達(dá)脈沖數(shù)據(jù)序列的高效標(biāo)注和準(zhǔn)確分選。

技術(shù)特征：

1.一種基于transformer的雷達(dá)脈沖數(shù)據(jù)序列標(biāo)注方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)行射頻特征標(biāo)準(zhǔn)化處理方法如下：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過以下方法對到達(dá)時(shí)間進(jìn)行多尺度轉(zhuǎn)換：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，訓(xùn)練數(shù)據(jù)集構(gòu)建方法如下：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，構(gòu)建序列標(biāo)注模型，采用transformer編碼器利用多頭注意力機(jī)制與pdw參數(shù)對齊；包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)行模型訓(xùn)練與優(yōu)化，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)行模型測試與評估；包括：

技術(shù)總結(jié)
本申請?zhí)峁┮环N基于Transformer的雷達(dá)脈沖數(shù)據(jù)序列標(biāo)注方法，方法包括：步驟1，數(shù)據(jù)預(yù)處理：進(jìn)行射頻特征標(biāo)準(zhǔn)化處理、到達(dá)時(shí)間掩碼處理和訓(xùn)練數(shù)據(jù)集構(gòu)建；步驟2，構(gòu)建序列標(biāo)注模型，采用Transformer編碼器利用多頭注意力機(jī)制與PDW參數(shù)對齊；步驟3，進(jìn)行模型訓(xùn)練與優(yōu)化；步驟4，進(jìn)行模型測試與評估。本申請通過引入Transformer模型，結(jié)合射頻特征標(biāo)準(zhǔn)化處理和到達(dá)時(shí)間掩碼處理，實(shí)現(xiàn)了雷達(dá)脈沖數(shù)據(jù)序列的高效標(biāo)注和準(zhǔn)確分選。

技術(shù)研發(fā)人員：徐鵬濤,劉建,秦長海,宋新超,梁兵
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國船舶集團(tuán)有限公司第七二三研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15