中国人民解放军海军工程大学曾雅琴获国家专利权
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龙图腾网获悉中国人民解放军海军工程大学申请的专利基于LSTM-GBSVDD模型的飞行轨迹异常检测方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN119848536B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-05-01发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202411753623.6,技术领域涉及:G06F18/214;该发明授权基于LSTM-GBSVDD模型的飞行轨迹异常检测方法是由曾雅琴;李琳;朱惠民;孙世岩;梁伟阁设计研发完成,并于2024-12-02向国家知识产权局提交的专利申请。
本基于LSTM-GBSVDD模型的飞行轨迹异常检测方法在说明书摘要公布了:本发明涉及一种基于LSTM‑GBSVDD模型的飞行轨迹异常检测方法,为了应对飞行轨迹数据的长度变化问题,本发明利用LSTM提取时间序列中的关键特征,将可变长度的轨迹数据转换为定长表示,使得异常检测能够在固定长度的特征空间中进行,提高了模型的普适性。在特征提取基础上,引入SVDD算法构建多维超球分类器,对正常飞行轨迹进行建模。通过该模型,可以在无监督的框架下识别潜在的异常轨迹,避免了对数据标签的依赖,解决了在无监督环境下无法识别异常的瓶颈。本发明首次实现了LSTM网络参数和SVDD评分函数的联合优化,提出了一种基于梯度的训练方法。这一方法显著提高了异常检测的精度和计算效率,提升了检测性能。
本发明授权基于LSTM-GBSVDD模型的飞行轨迹异常检测方法在权利要求书中公布了:1.一种基于LSTM-GBSVDD模型的飞行轨迹异常检测方法,其特征在于,包括以下步骤: 步骤1、建立飞行轨迹训练集,将飞行轨迹训练集中的飞行轨迹序列样本输入LSTM模型; 步骤2、LSTM模型整合样本各时间步特征,并进行特征均值池化,生成固定长度特征向量,将特征向量输入SVDD模型; 步骤3、SVDD分类器构建超球体,并基于梯度进行联合训练,更新LSTM模型参数和SVDD分类器构建的超球体半径和中心,通过最小化损失函数最终得到训练好的LSTM模型和SVDD模型; 所述步骤3中,基于梯度的训练算法的具体内容如下: 步骤3.1、对于LSTM模型,计算目标函数相对于LSTM参数的梯度: ; 对于SVDD分类器,计算目标函数相对于超球体的中心和半径R的梯度: ; ; 式中,目标函数,为平滑函数; 步骤3.2:对于LSTM权重W和偏置B参数、SVDD分类器的中心和半径R进行更新,使用公式如下: 对于LSTM权重W和偏置B: ; ; ; ; 其中,为n行n列的矩阵,矩阵中的元素;为n行n列的矩阵,矩阵中的元素为平滑函数下LSTM模型的第i个单元与第j单元之间的权重,i,j∈{1,2,……,n},n为LSTM模型中单元的数量; 对于SVDD分类器的中心和半径R: ; ; 式中,各参数的含义如下: k:迭代次数; :第个LSTM模型单元的输出序列,是神经网络对输入的反应指标; :与总分类误差之间的权衡参数,控制分类误差和半径平方之间的相对重要性; 为LSTM模型的第个单元的输出序列对应的超球半径; :缩放因子的估计值,,用于调节支持向量影响范围的超参数,影响SVDD中样本的聚合度; :样本数据的标准差,衡量数据的离散程度,用于确定缩放因子的大小; :平滑参数,控制模型的平滑程度; :权衡参数,用于调节不同损失项之间的权衡; 步骤3.3、计算LSTM-SVDD联合损失函数,LSTM-SVDD联合损失函数用于衡量LSTM提取的特征与SVDD目标的匹配程度的损失函数,表示为: ; 其中,和是权重系数,用于平衡两个损失项的重要性;SVDDSphereLoss为超球体损失,用于衡量提取的特征点与SVDD超球体的距离,MSE为LSTM模型的均方误差; 判断LSTM-SVDD联合损失函数是否达到全局最优值或局部最优值,是则结束训练输出最后一次迭代时得到的LSTM权重W和偏置B、SVDD分类器的中心和半径R,否则迭代次数加1,转到步骤3.1利用更新后的参数继续进行训练; 步骤4、将待检测的飞行轨迹序列输入训练好的LSTM模型,获得固定长度的特征向量,将特征向量输入训练好的SVDD模型,判断是否有数据是否位于超球体外侧,若有则判定飞行轨迹异常,输出异常结果。
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