本發(fā)明屬于閃電電磁脈沖信號(hào)傳播與檢測(cè)、人工智能和深度學(xué)習(xí)領(lǐng)域，具體涉及一種閃電電磁脈沖目標(biāo)檢測(cè)方法、系統(tǒng)及電子設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、隨自然閃電現(xiàn)象會(huì)伴隨大量的電磁輻射信號(hào)，這些信號(hào)會(huì)在地-電離層波導(dǎo)中遠(yuǎn)距離傳播。通過(guò)專業(yè)的閃電電磁脈沖探測(cè)設(shè)備，能夠?qū)崟r(shí)記錄閃電電磁脈沖信號(hào)。目前主流的閃電定位系統(tǒng)都是利用閃電電磁脈沖信號(hào)進(jìn)行定位，閃電定位系統(tǒng)由至少四個(gè)閃電電磁脈沖探測(cè)設(shè)備及一個(gè)數(shù)據(jù)處理中心組成。定位算法通過(guò)計(jì)算閃電電磁脈沖信號(hào)到達(dá)每個(gè)探測(cè)設(shè)備的時(shí)間差，結(jié)合時(shí)差方差，解算出閃電發(fā)生的時(shí)間與位置。

2、探測(cè)設(shè)備接收的閃電電磁脈沖信號(hào)通常會(huì)受到干擾信號(hào)的影響，產(chǎn)生信號(hào)畸變，導(dǎo)致信號(hào)無(wú)法被有效檢測(cè)。同時(shí)，由于閃電放電類型的差異(如云地閃、云閃)或信號(hào)傳播路徑的影響，均會(huì)影響閃電電磁脈沖信號(hào)到達(dá)時(shí)間計(jì)算的準(zhǔn)確度。因此，需要一種方法能夠高效的從探測(cè)設(shè)備采集的信號(hào)中檢測(cè)出閃電電磁脈沖信號(hào)，提升閃電探測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問(wèn)題，即為了解決現(xiàn)有的閃電電磁脈沖目標(biāo)檢測(cè)方法無(wú)法從采集的電磁脈沖信號(hào)中準(zhǔn)確識(shí)別、檢測(cè)閃電電磁脈沖，且容易受到電磁噪聲干擾的問(wèn)題，本發(fā)明第一方面，提出了一種閃電電磁脈沖目標(biāo)檢測(cè)方法，該方法包括：

2、s10，采集閃電電磁脈沖數(shù)據(jù)，作為輸入數(shù)據(jù)；

3、s20，將所述輸入數(shù)據(jù)輸入預(yù)訓(xùn)練的電磁脈沖與閃電類型映射模型，得到特征層矩陣、輸出層矩陣；

4、所述電磁脈沖與閃電類型映射模型基于深度學(xué)習(xí)模型構(gòu)建；

5、s30，基于所述特征層矩陣、所述輸出層矩陣，通過(guò)閃電電磁脈沖目標(biāo)關(guān)注度分析方法，得到電磁脈沖數(shù)據(jù)關(guān)注度數(shù)據(jù)；

6、s40，對(duì)所述電磁脈沖目標(biāo)關(guān)注度數(shù)據(jù)進(jìn)行峰值索引，得到閃電電磁脈沖目標(biāo)檢測(cè)結(jié)果；

7、s50，輸出所述閃電電磁脈沖目標(biāo)檢測(cè)結(jié)果。

8、在一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述電磁脈沖與閃電類型映射模型的輸入為閃電電磁脈沖數(shù)據(jù)，輸出為閃電類型；所述閃電類型包括云地閃、云閃、袖珍云閃。

9、在一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述電磁脈沖與閃電類型映射模型包括輸入層、隱藏層、輸出層；

10、所述隱藏層基于依次連接的m1個(gè)卷積模塊、全局均值層、m2個(gè)全連接層、sigmoid激活層構(gòu)建；

11、各卷積塊均基于依次連接的兩個(gè)一維卷積層、一個(gè)最大值池化層構(gòu)建；每個(gè)一維卷積層后連接一個(gè)relu激活函數(shù)層；

12、所述m2個(gè)全連接層中除最后一個(gè)外，其他全連接層后均連接一個(gè)relu激活函數(shù)層。

13、在一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，基于所述特征層矩陣、所述輸出層矩陣，通過(guò)閃電電磁脈沖目標(biāo)關(guān)注度分析方法，得到電磁脈沖數(shù)據(jù)關(guān)注度數(shù)據(jù)，其方法為：

14、將所述輸出層矩陣的最大值作為反向梯度計(jì)算的起點(diǎn)，進(jìn)行反向傳播，得到所述特征層矩陣的梯度矩陣；

15、計(jì)算所述梯度矩陣每個(gè)特征通道的權(quán)重；

16、將所述特征層矩陣與各特征通道對(duì)應(yīng)的權(quán)重進(jìn)行相乘累加，并通過(guò)激活函數(shù)處理，得到電磁脈沖數(shù)據(jù)關(guān)注度數(shù)據(jù)。

17、在一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述特征層矩陣為第一個(gè)卷積塊中第一個(gè)一維卷積層輸出的特征矩陣或維度為1×n×k的一維卷積層輸出的特征矩陣，n為電磁脈沖與閃電類型映射模型的輸入層輸入的維度的列數(shù)，k表示特征通道的數(shù)量。

18、在一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，將所述特征層矩陣與各特征通道對(duì)應(yīng)的權(quán)重進(jìn)行相乘累加，并通過(guò)激活函數(shù)處理，得到電磁脈沖數(shù)據(jù)關(guān)注度數(shù)據(jù)，其方法為：

19、l＝relu(∑kwkak)

20、

21、其中，l表示電磁脈沖數(shù)據(jù)關(guān)注度數(shù)據(jù)，ak表示特征層矩陣，wn表示權(quán)重，x表示relu激活函數(shù)的輸入。

22、在一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，對(duì)所述電磁脈沖目標(biāo)關(guān)注度數(shù)據(jù)進(jìn)行峰值索引，得到閃電電磁脈沖目標(biāo)檢測(cè)結(jié)果，其方法為：

23、對(duì)所述電磁脈沖目標(biāo)關(guān)注度數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，得到歸一化數(shù)據(jù)；

24、獲取所述歸一化數(shù)據(jù)中波峰對(duì)應(yīng)的索引值，作為閃電電磁脈沖目標(biāo)檢測(cè)結(jié)果。

25、本發(fā)明的第二方面，提出了一種閃電電磁脈沖目標(biāo)檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

26、信號(hào)采集模塊，配置為采集閃電電磁脈沖數(shù)據(jù)，作為輸入數(shù)據(jù)；

27、信號(hào)處理模塊，配置為將所述輸入數(shù)據(jù)輸入預(yù)訓(xùn)練的電磁脈沖與閃電類型映射模型，得到特征層矩陣、輸出層矩陣；

28、所述電磁脈沖與閃電類型映射模型基于深度學(xué)習(xí)模型構(gòu)建；

29、基于所述特征層矩陣、所述輸出層矩陣，通過(guò)閃電電磁脈沖目標(biāo)關(guān)注度分析方法，得到電磁脈沖數(shù)據(jù)關(guān)注度數(shù)據(jù)；

30、對(duì)所述電磁脈沖目標(biāo)關(guān)注度數(shù)據(jù)進(jìn)行峰值索引，得到閃電電磁脈沖目標(biāo)檢測(cè)結(jié)果；

31、輸出所述閃電電磁脈沖目標(biāo)檢測(cè)結(jié)果。

32、在一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述信號(hào)采集模塊包括天線、信號(hào)濾波與放大電路、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路；

33、所述天線包括磁環(huán)天線、平板電場(chǎng)天線或鞭狀天線；所述天線，用于感應(yīng)電磁脈沖信號(hào)；

34、所述信號(hào)濾波與放大電路，用于對(duì)所述電磁脈沖信號(hào)進(jìn)行濾波、放大處理；

35、所述模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路，用于對(duì)放大后的電磁脈沖信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字信號(hào)，即電磁脈沖數(shù)據(jù)。

36、本發(fā)明的第三方面，提出了一種電子設(shè)備，包括：

37、至少一個(gè)處理器；以及與至少一個(gè)所述處理器通信連接的存儲(chǔ)器；其中，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有可被所述處理器執(zhí)行的指令，所述指令用于被所述處理器執(zhí)行以實(shí)現(xiàn)上述的一種閃電電磁脈沖目標(biāo)檢測(cè)方法。

38、本發(fā)明的有益效果：

39、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了在強(qiáng)干擾環(huán)境下對(duì)閃電電磁脈沖的精準(zhǔn)識(shí)別與檢測(cè)。

40、1)本發(fā)明結(jié)合了閃電電磁脈沖類型映射模型與目標(biāo)關(guān)注度分析方法，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)閃電電磁脈沖類型與任意多目標(biāo)的準(zhǔn)確檢測(cè)，并增強(qiáng)了方法的抗干擾能力，能夠適應(yīng)各種強(qiáng)電磁干擾環(huán)境；

41、2)本發(fā)明模型計(jì)算復(fù)雜度低，單次計(jì)算可同時(shí)完成信號(hào)類型與目標(biāo)檢測(cè)，能夠滿足電磁脈沖信號(hào)實(shí)時(shí)處理的要求。

技術(shù)特征：

1.一種閃電電磁脈沖目標(biāo)檢測(cè)方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種閃電電磁脈沖目標(biāo)檢測(cè)方法，其特征在于，所述電磁脈沖與閃電類型映射模型的輸入為閃電電磁脈沖數(shù)據(jù)，輸出為閃電類型；所述閃電類型包括云地閃、云閃、袖珍云閃。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種閃電電磁脈沖目標(biāo)檢測(cè)方法，其特征在于，所述電磁脈沖與閃電類型映射模型包括輸入層、隱藏層、輸出層；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種閃電電磁脈沖目標(biāo)檢測(cè)方法，其特征在于，基于所述特征層矩陣、所述輸出層矩陣，通過(guò)閃電電磁脈沖目標(biāo)關(guān)注度分析方法，得到電磁脈沖數(shù)據(jù)關(guān)注度數(shù)據(jù)，其方法為：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種閃電電磁脈沖目標(biāo)檢測(cè)方法，其特征在于，所述特征層矩陣為第一個(gè)卷積塊中第一個(gè)一維卷積層輸出的特征矩陣或維度為1×n×k的一維卷積層輸出的特征矩陣，n為電磁脈沖與閃電類型映射模型的輸入層輸入的維度的列數(shù)，k表示特征通道的數(shù)量。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種閃電電磁脈沖目標(biāo)檢測(cè)方法，其特征在于，將所述特征層矩陣與各特征通道對(duì)應(yīng)的權(quán)重進(jìn)行相乘累加，并通過(guò)激活函數(shù)處理，得到電磁脈沖數(shù)據(jù)關(guān)注度數(shù)據(jù)，其方法為：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種閃電電磁脈沖目標(biāo)檢測(cè)方法，其特征在于，對(duì)所述電磁脈沖目標(biāo)關(guān)注度數(shù)據(jù)進(jìn)行峰值索引，得到閃電電磁脈沖目標(biāo)檢測(cè)結(jié)果，其方法為：

8.一種閃電電磁脈沖目標(biāo)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種閃電電磁脈沖目標(biāo)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)采集模塊包括天線、信號(hào)濾波與放大電路、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路；

10.一種電子設(shè)備，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于閃電電磁脈沖信號(hào)傳播與檢測(cè)、人工智能和深度學(xué)習(xí)領(lǐng)域，具體涉及一種閃電電磁脈沖目標(biāo)檢測(cè)方法、系統(tǒng)及電子設(shè)備，旨在解決現(xiàn)有的閃電電磁脈沖目標(biāo)檢測(cè)方法無(wú)法從采集的電磁脈沖信號(hào)中準(zhǔn)確識(shí)別、檢測(cè)閃電電磁脈沖，且容易受到電磁噪聲干擾的問(wèn)題。本發(fā)明方法包括：采集閃電電磁脈沖數(shù)據(jù)，輸入預(yù)訓(xùn)練的電磁脈沖與閃電類型映射模型，得到特征層矩陣、輸出層矩陣；通過(guò)閃電電磁脈沖目標(biāo)關(guān)注度分析方法，得到電磁脈沖數(shù)據(jù)關(guān)注度數(shù)據(jù)；對(duì)電磁脈沖目標(biāo)關(guān)注度數(shù)據(jù)進(jìn)行峰值索引，得到閃電電磁脈沖目標(biāo)檢測(cè)結(jié)果；輸出閃電電磁脈沖目標(biāo)檢測(cè)結(jié)果。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了在強(qiáng)干擾環(huán)境下對(duì)閃電電磁脈沖的精準(zhǔn)識(shí)別與檢測(cè)。

技術(shù)研發(fā)人員：王佳權(quán),馬啟明,周曉,肖芳,宋佳軍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)院電工研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9