一种基于岛礁对单极子交叉环式地波雷达方向图校准的方法与流程

本发明属于地波雷达方向图校准，具体而言，涉及一种基于岛礁对单极子交叉环式地波雷达方向图校准的方法。

背景技术：

1、地波雷达是一种利用地球表面波导效应实现超视距海洋目标探测的雷达体制，单极子交叉环天线因其全向接收特性被广泛应用于地波雷达系统的方位测量。在实际工程中，天线方向图受安装环境、通道互耦及海况变化的影响会产生系统性偏差，现有技术通常以覆盖海域内的固定岛礁作为天然定标源，通过比对岛礁回波的测量方位角与已知真实方位角来估计方向图偏差并加以补偿。然而，在岛礁分布稀疏、强电磁干扰或复杂海况条件下，距离多普勒谱中存在大量因地频杂波和电磁干扰产生的伪亮点，传统单点功率判决方法难以有效区分真实岛礁回波与伪亮点，导致参与校准的有效样本数量不足；同时，传统测向方法未对三通道间的互耦效应进行实时修正，使阵列流形与理想模型之间存在持续偏差。也就是说，现有技术中存在在岛礁分布稀疏、海况复杂及强电磁干扰条件下单极子交叉环式地波雷达天线方向图校准精度不足的技术问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种基于岛礁对单极子交叉环式地波雷达方向图校准的方法，能够解决现有技术中存在在岛礁分布稀疏、海况复杂及强电磁干扰条件下单极子交叉环式地波雷达天线方向图校准精度不足的技术问题。

2、本发明是这样实现的：本发明提供一种基于岛礁对单极子交叉环式地波雷达方向图校准的方法，包括以下步骤：

3、对地波雷达覆盖海域内的固定岛礁进行预标注，记录各岛礁的大地坐标，建立岛礁坐标基准库；

4、采集地波雷达距离多普勒谱数据，提取中心频率处各距离单元的突出亮点，利用边缘计算高并发流式拆解机制对各距离单元并行处理，输出岛礁候选亮点集合；

5、对岛礁候选亮点集合进行相似性对称拓扑图匹配筛选，剔除伪亮点，确认有效岛礁回波点位；

6、针对有效岛礁回波，采用通道解耦拓扑对三通道阵列流形进行互耦修正，再以最大似然约束多重信号分类方法计算各岛礁相对于雷达站的测量方位角；

7、将测量方位角与岛礁坐标基准库中由大地坐标计算的真实方位角逐一比对，利用跨域记忆衰减与动态梯度流动迁移模型输出方向图偏差补偿张量；

8、依据方向图偏差补偿张量对地波雷达天线方向图进行修正，完成方向图校准。

9、其中，所述建立岛礁坐标基准库的步骤，具体是通过实地测量或高精度卫星定位获取全部固定岛礁的大地坐标，并与雷达站坐标一并录入数据库；真实方位角由各岛礁坐标与雷达站坐标之差经反正切函数计算得到，计算式为，角度值域为0至360°。

10、其中，所述边缘计算高并发流式拆解机制，具体是将距离多普勒谱按距离单元拆解为独立数据流，各距离单元数据流在边缘计算节点以无锁队列方式写入共享内存，由多线程并发读取并提取中心频率处的突出亮点；亮点判定采用信噪比阈值，突出亮点指在中心频率处功率超过信噪比阈值的局部极大值点。

11、其中，所述相似性对称拓扑图匹配筛选，具体是以岛礁坐标基准库中各岛礁的空间几何拓扑关系构建参考图，以雷达解算亮点集合构建观测图，利用子图同构算法将观测图中的亮点与参考图中的岛礁节点逐一对应，约束条件为相邻节点间的方位角差值与距离比值须同时满足空间对称性容差。

12、其中，所述通道解耦拓扑，具体是针对三个接收通道在复数特征域对通道间互耦效应进行建模，建立通道间传导矩阵，传导矩阵元素由近场电磁互阻抗仿真与实测标定联合确定；互耦相位偏差的实时修正周期与距离多普勒谱的积累周期保持一致。

13、其中，所述最大似然约束多重信号分类方法的空间谱核心公式为，其中为遍历扫描的方位角，为经通道解耦拓扑修正后的阵列导向矢量，为接收数据协方差矩阵的噪声子空间，谱峰位置即为岛礁回波来波方向。

14、其中，所述跨域记忆衰减与动态梯度流动迁移模型的输入包括历史岛礁校准数据序列和当前实测稀疏谱峰张量；前置处理阶段设置记忆痕迹衰减算子层，对历史特征序列按时间顺序施加指数加权衰减，衰减系数由历史数据与当前数据的海况相似度动态调整，海况相似度由余弦距离度量。

15、其中，所述跨域记忆衰减与动态梯度流动迁移模型的主体包含若干自适应迁移层，每层内部设置条件分支路由门，路由门根据当前预测误差率实时切分梯度流动路径：当预测误差率不低于误差阈值时激活深层回溯跳跃连接；当预测误差率低于误差阈值时保持局部微调路径。

16、其中，所述跨域记忆衰减与动态梯度流动迁移模型的损失函数融合均方误差项与非线性扩散方程演化项，非线性扩散方程演化项将背景噪声的非高斯分布特性建模为扩散阻尼，以背景噪声概率密度函数与高斯分布的偏差建模为扩散系数，在损失函数中以扩散系数对残差项进行加权。

17、其中，各自适应迁移层的神经元激活采用自重构激活算子，自重构激活算子在每次前向传播时对当前层输入特征的均值与方差进行统计，据此线性缩放激活函数的斜率参数，使激活函数的响应范围自适应匹配当前输入分布。

18、其中，所述跨域记忆衰减与动态梯度流动迁移模型内部嵌套最短路径图论算法，最短路径图论算法以方位角节点为图顶点，以节点间补偿量差值为边权，输出使全局补偿误差最小的方位角遍历路径，用于在方位角候选集合中依据空间拓扑约束筛选最优补偿路径。

19、其中，所述跨域记忆衰减与动态梯度流动迁移模型还设计了自适应层次路由函数，自适应层次路由函数依据当前预测误差率、历史与当前海况相似度及当前显存占用率三个参数综合计算路由控制值，计算方式为，其中、、为权重系数；路由控制值处于不同区间时分别激活局部微调路径、中间层自适应迁移或深层回溯跳跃。

20、其中，针对回波信噪比低的岛礁，跨越多个积累周期对同一距离单元的中心频率处功率值进行相干叠加，叠加周期数通过检测概率实验确定；通过高阶累积增强弱岛礁回波的相干特征，使信噪比得到有效提升。

21、其中，神经元间的激活值传递采用稀疏掩码机制，每层仅保留激活值排名前列的神经元参与下一层计算；数据循环中的批次大小依据当前显存占用率自适应调整，内存分配采用预分配池机制。

22、其中，信噪比阈值范围为8～15；方位角容差范围为3°～8°；距离比容差范围为0.05～0.15；衰减系数范围为0.80～0.99；误差阈值范围为0.05～0.30；叠加周期数范围为5～20个积累周期；稀疏掩码机制保留激活值排名前30%～50%的神经元；方向图偏差补偿张量维度为3乘方位角采样数，角度分辨率范围为1°～5°。

23、本发明通过建立岛礁坐标基准库并采用相似性对称拓扑图匹配算法对候选亮点进行系统性筛选，剔除伪亮点后仅保留有效岛礁回波；再经通道解耦拓扑对三通道阵列流形进行互耦实时修正，并以最大似然约束多重信号分类方法精确计算各岛礁测量方位角；最终利用跨域记忆衰减与动态梯度流动迁移模型融合历史先验与当前稀疏样本，输出方向图偏差补偿张量并对天线方向图加以修正。本发明通过多岛礁几何拓扑整体约束从根源上压制了伪亮点对校准过程的干扰，通道解耦拓扑使阵列流形与测向算法的理想模型实时对齐，深度学习模型则在样本极少且海况复杂时仍能提取与当前环境最契合的历史先验并动态调整梯度流动路径，从原理层面保证了补偿张量在方位角空间的全局一致性。综上所述，本发明解决了在岛礁分布稀疏、海况复杂及强电磁干扰条件下单极子交叉环式地波雷达天线方向图校准精度不足的技术问题。