一種利用綜合特征的K近鄰電力線識別方法技術

本發明專利技術公開了一種利用綜合特征的K近鄰電力線識別方法，該方法包括雷達目標回波輸入給信號檢測得到強散射點，多幀數據關聯得到俯仰

【技術實現步驟摘要】
一種利用綜合特征的K近鄰電力線識別方法


[0001]本專利技術涉及電力線識別
，尤其涉及到一種利用綜合特征的K近鄰電力線識別方法。

技術介紹

[0002]直升機相對于傳統的固定翼飛機，機動性能優異，具有低空、低速、垂直起降以及穩定姿態等諸多特點，被廣泛應用于應急指揮、搶險救災、地質勘探、治安巡邏等眾多領域。由于直升機擁有不可比擬的低空飛行優勢，其經常被要求在低空環境中執行任務。然而由于低空地面環境復雜，直升機的事故率遠遠高于固定翼飛機。統計分析表明，絕大部分飛行事故都是由于直升機碰撞障礙物所致。在諸多障礙物中，電力線是影響直升機低空飛行安全的重要因素，特別是在雨、霧能見度低的環境中。為了解決低空飛行場景下威脅規避的問題，直升機防撞系統對電力線等目標的識別及預警起著至關重要的作用。早期人們對于直升機防撞采取的辦法是利用激光和紅外傳感器對電力線目標進行檢測識別。激光和紅外傳感器系統非常輕便，并且具有較高的距離分辨率，但其只能檢測到較近的電力線目標，并且受天氣等環境影響較大。激光雷達在雨、霧天氣可能無法正常工作；紅外成像方法對比度較差，很難實現對電力線的準確識別，這些方法對于電力線檢測和預警的效果有限。因此，在實際場景中，主要考慮應用毫米波雷達對電力線目標進行識別防撞。與微波波段雷達相比，毫米波雷達具備波束寬度窄、帶寬大、距離分辨率高、功耗低、體積小等特點，非常適合直升機防撞這種應用場景，并且在雨、霧等惡劣天氣環境下依舊能夠正常工作，受環境影響小，抗雜波干擾能力強。將毫米波雷達應用到直升機防撞方面，將使得直升機的飛行安全問題得到很好的改善，并具備全天候工作能力。對于毫米波雷達的直升機防撞研究一直是當下的一個熱點方向，具有良好的應用前景。
[0003]電力線的材料成分特殊，幾何結構相對復雜，是典型的低、小目標，其雷達反射截面積小。研究電力線的毫米波雷達回波信號，提取出電力線不同于其他目標，在幅度、相位和極化等方面的電磁散射特性，是電力線識別的關鍵工作。其中，電力線的布拉格散射特性相對于普通線狀目標有比較明顯的區別，可以作為電力線識別的重要特征。電力塔作為一個雷達反射截面積較大的靜止目標，混雜在大量復雜的地面靜止目標中，需要在龐雜的一次點跡中區分其目標屬性。首先通過電力塔的高度信息確定單個疑似目標，將其與大量的自然界物體區分開，其次通過電力線的群組信息確認走向，剔除虛假目標。然而僅僅利用電力線特征或者電力塔特征都不能實現電力線的高正確概率識別。

技術實現思路

[0004]本專利技術的主要目的在于提供一種利用綜合特征的K近鄰電力線識別方法，旨在解決目前電力線識別方法識別準確率不高的技術問題。
[0005]為實現上述目的，本專利技術提供一種利用綜合特征的K近鄰電力線識別方法，所述方法包括以下步驟：
[0006]S1：對統一照射波束的回波進行目標檢測處理，通過恒虛警門限判決，獲得目標的一維距離像，以確定目標的每個強散射點的距離信息；
[0007]S2：對不同俯仰角、不同方位角、不同距離上得到的強散射點進行聚類，獲得不同切面的散點圖；
[0008]S3：基于同一方位角、不同俯仰角和不同距離的強散射點構建俯仰
?
距離二維圖，在所述俯仰
?
距離二維圖中提取電力塔的高度特征；
[0009]S4：在高度維上判斷是否存在電力塔，并獲得電力塔的位置；
[0010]S5：將電力塔進行兩兩連線，得到塔間拓撲后的電力線直線；
[0011]S6：構建X
?
Y二維圖，并對X
?
Y二維圖中進行直線檢測得到的每一條直線進行點序列強度對比，識別電力塔是否存在，獲得直線檢測后的電力線直線；
[0012]S7：當直線同時屬于塔間拓撲得到的電力線直線和直線檢測得到的電力線直線時，匹配成功，得到匹配后的電力線直線；
[0013]S8：對存在電力塔的直線，基于直線上的點序列，提取電力線特征；
[0014]S9：建立不同類型電力線直線特征向量樣本和噪聲直線特征向量樣本組成的專家知識庫；
[0015]S10：將未知的直線特征向量樣本作為輸入，利用專家知識庫進行分類判決，得到電力線識別結果。
[0016]可選的，所述步驟S1之后，還包括對檢測出的目標長度進行估計，剔除成片雜波區域。
[0017]可選的，所述步驟S2中，對不同俯仰角、不同方位角、不同距離上得到的強散射點進行聚類，具體為：依據雷達天線波束覆蓋范圍設置關聯區域，將落在關聯區域內的目標點進行目標聚類。
[0018]可選的，所述步驟S3中，提取電力塔的高度特征，具體為：在俯仰
?
距離二維圖中，依據提取電力塔的高度特征；式中，為俯仰角向量，R為距離向量，max[
·
]為取最大值、min[
·
]為取最小值，和R中的元素一一對應。
[0019]可選的，所述步驟S4中，判斷是否存在電力塔，具體為：在高度維上，當H∈H1時，判斷存在電力塔；其中，H1為電力塔高度的集合，典型值為20m到50m。
[0020]可選的，所述步驟S4中，電力塔位置的表達式，具體為：
[0021][0022][0023]式中，mean[
·
]為取平均值。
[0024]可選的，所述步驟S6中，構建X
?
Y二維圖，具體為：在從左到右或從右到左掃描一周的俯仰角上，基于不同方位角和不同距離的強散射點構建方位
?
距離二維圖，將所述方位
?
距離二維圖轉換為X
?
Y二維圖。
[0025]可選的，所述步驟S6中，對X
?
Y二維圖中進行直線檢測，具體為：利用Hough變換檢測X
?
Y二維圖中的直線。
[0026]可選的，所述步驟S8中，電力線特征包括強度均值、強度方差、點個數和點間隔。
[0027]可選的，所述步驟S10，具體為：
[0028]距離計算：對于輸入的未知直線特征向量，分別與專家知識庫中的電力線直線特征向量樣本和噪聲直線特征向量樣本計算得到(M+N)個距離；
[0029]統計K個最小距離的樣本所屬類別：在(M+N)個距離中，統計K個最小距離的樣本所屬類別，K為奇數，其中J個屬于電力線直線樣本，K
?
J個屬于噪聲直線樣本；
[0030]加權：按照專家知識庫中不同類別的樣本數，計算電力線直線加權系數N/(M+N)和噪聲直線加權系數M/(M+N)，得到電力線直線判決因子J*N/(M+N)和噪聲直線判決因子(K
?
J)*M/(M+N)；
[0031]二分類判決：當電力線直線判決因子J*N/(M+N)大于噪聲直線判決因子(K
?
J)*M/(M+N)時，則判斷輸入的未知直線為電力線直線，否則為噪聲直線。
[0032]本專利技術相比于現有技術具有如下有益效果：
[0033]正確識別本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種利用綜合特征的K近鄰電力線識別方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：S1：對統一照射波束的回波進行目標檢測處理，通過恒虛警門限判決，獲得目標的一維距離像，以確定目標的每個強散射點的距離信息；S2：對不同俯仰角、不同方位角、不同距離上得到的強散射點進行聚類，獲得不同切面的散點圖；S3：基于同一方位角、不同俯仰角和不同距離的強散射點構建俯仰
?
距離二維圖，在所述俯仰
?
距離二維圖中提取電力塔的高度特征；S4：在高度維上判斷是否存在電力塔，并獲得電力塔的位置；S5：將電力塔進行兩兩連線，得到塔間拓撲后的電力線直線；S6：構建X
?
Y二維圖，并對X
?
Y二維圖中進行直線檢測得到的每一條直線進行點序列強度對比，識別電力塔是否存在，獲得直線檢測后的電力線直線；S7：當直線同時屬于塔間拓撲得到的電力線直線和直線檢測得到的電力線直線時，匹配成功，得到匹配后的電力線直線；S8：對存在電力塔的直線，基于直線上的點序列，提取電力線特征；S9：建立不同類型電力線直線特征向量樣本和噪聲直線特征向量樣本組成的專家知識庫；S10：將未知的直線特征向量樣本作為輸入，利用專家知識庫進行分類判決，得到電力線識別結果。2.如權利要求1所述的利用綜合特征的K近鄰電力線識別方法，其特征在于，所述步驟S1之后，還包括對檢測出的目標長度進行估計，剔除成片雜波區域。3.如權利要求1所述的利用綜合特征的K近鄰電力線識別方法，其特征在于，所述步驟S2中，對不同俯仰角、不同方位角、不同距離上得到的強散射點進行聚類，具體為：依據雷達天線波束覆蓋范圍設置關聯區域，將落在關聯區域內的目標點進行目標聚類。4.如權利要求1所述的利用綜合特征的K近鄰電力線識別方法，其特征在于，所述步驟S3中，提取電力塔的高度特征，具體為：在俯仰
?
距離二維圖中，依據提取電力塔的高度特征；式中，為俯仰角向量，R為距離向量，max[
·
]為取最大值、min[
·
]為取最小值，和R中的元素一一對應。5.如權利要求1所述的利用綜合特征的K近鄰電力線識別方法，其特征在于，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：曾小東，彭馨儀，陳詩強，宋玉霞，雷云，李一民，
申請(專利權)人：中國電子科技集團公司第十研究所，
類型：發明
國別省市：