基于多模态深度神经网络的短波单站有源目标定位方法

本发明涉及电离层与深度学习交叉应用，尤其涉及一种基于多模态深度神经网络的短波单站有源目标定位方法。

背景技术：

1、当前，探测远距离空中目标的主要技术手段还是依赖于电离层反射短波信息的超视距雷达系统。它是利用电离层对短波信号的反射和折射，以及后向返回散射实现探测远距离目标的目的。

2、短波通信是指利用波长为10～100米的无线电波进行通信。短波通信具有组网方便、抗毁能力强、通信距离远、成本低、维护方便等优点，在无线电通信领域占有重要的地位，尤其在军事、气象、交通、导航、广播等方面存在着广泛应用。传统的短波单站有源定位技术主要依靠电离层垂测信息和电离层模型实现对远处机动目标的定位。首先要通过垂测站来实时探测获得电离图，然后利用国际参考电离层iri模型来构建背景场模型，最后计算等效反射点的虚高，从而得到定位结果。

3、然而，现有的短波通讯技术中，由于不能实时获取远方短波信号经电离层传输时电离层的实时变化数据，最终构建出来的模型与电离层实际情况存在较大偏差，因此远距离探测目标的定位精度较低。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于多模态深度神经网络的短波单站有源目标定位方法，用以解决现有技术中引入的过程性误差多、定位精度低等问题的缺陷，实现高精度的短波单站有源定位。

2、本发明提供一种基于多模态深度神经网络的短波单站有源目标定位方法，包括以下步骤：

3、步骤一，获取电离层参数数据；

4、步骤二，利用水平风场模型计算三维空间中每一点位置处的经向风和纬向风，并与年积日、世界时、经度、纬度、高度和电离层参数数据组成用于电子浓度预测的数据样本；

5、步骤三，根据所述数据样本，利用区域三维电离层电子浓度模型预测三维空间中的每一点位置处的电子浓度值；

6、步骤四，利用电离层短波三维射线追踪算法计算得到短波在三维空间中每一站点位置以不同的发射参数在电离层中的传播群路径；

7、步骤五，确定传播群路径对应的电子浓度剖面图；根据传播群路径和电子浓度剖面图，得到用于多模态模型训练的数据集；

8、步骤六，构建基于动态mlp的短波单站有源目标定位网络，所述基于动态mlp的短波单站有源目标定位网络用于根据短波射线传播的轨迹信息参数和电子浓度剖面图，获取短波单站有源目标定位结果；使用训练集对短波单站有源目标定位网络进行离线监督训练，得到基于动态mlp的短波单站有源目标定位网络；

9、步骤七，使用短波单站有源目标定位网络获取短波单站有源目标定位结果。

10、根据本发明提供的基于多模态深度神经网络的短波单站有源目标定位方法，所述电离层参数包括太阳风、太阳黑子数、地磁kp指数、地磁dst指数、地磁ap指数、太阳辐射通量。

11、根据本发明提供的基于多模态深度神经网络的短波单站有源目标定位方法，确定传播群路径对应的电子浓度剖面图，包括以下步骤：

12、对于每一站点位置，沿预设方位角确定剖面，使用双线性插值法得到多个电子浓度剖面图；

13、将传播群路径的传播路径参数和多个电子浓度剖面图进行配对，确定传播群路径对应的电子浓度剖面图。

14、根据本发明提供的基于多模态深度神经网络的短波单站有源目标定位方法，所述基于动态mlp的短波单站有源目标定位网络包括全局图像语义特征提取模块、附加信息提取模块和特征融合模块；

15、根据短波射线传播的轨迹信息参数和电子浓度剖面图，获取短波单站有源目标定位结果，包括以下步骤：

16、输入所述轨迹信息参数至附加信息提取模块，得到附加信息提取模块输出的附加信息特征；

17、输入所述电子浓度剖面图至全局图像语义特征提取模块，得到全局图像语义特征提取模块输出的全局图像语义特征；

18、输入所述附加信息特征和全局图像语义特征至特征融合模块，得到特征融合模块输出的融合特征；

19、根据所述融合特征，获取短波单站有源目标定位结果。

20、根据本发明提供的基于多模态深度神经网络的短波单站有源目标定位方法，使用训练集对短波单站有源目标定位网络进行离线监督训练，得到基于动态mlp的短波单站有源目标定位网络，具体为：

21、使用训练集对短波单站有源目标定位网络进行离线监督训练，使用均方根误差作为损失度量函数衡量预测目标位置和实际仿真目标位置的误差大小，迭代训练直至损失函数收敛，得到基于动态mlp的短波单站有源目标定位网络。

22、本发明还提供一种基于多模态深度神经网络的短波单站有源目标定位装置，包括：

23、电离层参数获取模块，用于获取电离层参数数据；

24、数据样本模块，用于利用水平风场模型计算三维空间中每一点位置处的经向风和纬向风，并与年积日、世界时、经度、纬度、高度和电离层参数数据组成用于电子浓度预测的数据样本；

25、电子浓度预测模块，用于根据所述数据样本，利用区域三维电离层电子浓度模型预测三维空间中的每一点位置处的电子浓度值；

26、群路径计算模块，用于利用电离层短波三维射线追踪算法计算得到短波在三维空间中每一站点位置以不同的发射参数在电离层中的传播群路径；

27、数据集构建模块，用于确定传播群路径对应的电子浓度剖面图；根据传播群路径和电子浓度剖面图，得到用于多模态模型训练的数据集；

28、目标定位网络模块，用于构建基于动态mlp的短波单站有源目标定位网络，所述基于动态mlp的短波单站有源目标定位网络用于根据短波射线传播的轨迹信息参数和电子浓度剖面图，获取短波单站有源目标定位结果；使用训练集对短波单站有源目标定位网络进行离线监督训练，得到基于动态mlp的短波单站有源目标定位网络；

29、目标定位模块，用于使用短波单站有源目标定位网络获取短波单站有源目标定位结果。

30、本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述基于多模态深度神经网络的短波单站有源目标定位方法。

31、本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述基于多模态深度神经网络的短波单站有源目标定位方法。

32、本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述基于多模态深度神经网络的短波单站有源目标定位方法。

33、本发明提供的基于多模态深度神经网络的短波单站有源目标定位方法，利用表征太阳与地磁活动强度相关的电离层参数数据和气象参数数据，构建区域全年电离层电子浓度网格文件，并基于三维射线追踪算法生成大量的群路径与地理位置对应关系的仿真数据，以及双线性插值法生成对应电子浓度剖面；建立了基于动态mlp的多模态单站有源目标定位深度神经网络模型，可实现基于端到端网络模型远距离目标定位的需求，并基于目标定位深度神经网络模型进行高精度的有源目标定位，定位误差可收敛到40km左右。