一种变速目标运动状态信息获取方法和系统

1.一种变速目标运动状态信息获取方法，其特征在于，所述变速目标运动状态信息获取方法包括：步骤S1、获取光子响应时间数据流，以确定光子到达时间0-1序列；步骤S2、对所述光子到达时间0-1序列进行时间窗分段；步骤S3、对每段时间窗内的光子到达时间0-1序列进行稀疏度自适应压缩感知重构，得到各段时间窗的数字中频信号频谱；步骤S4、对每段时间窗的数字中频信号频谱依次进行密度聚类、数字滤波处理和线性插值拟合；步骤S5、对线性插值拟合后的所述各段时间窗的数字中频信号频谱进行时间拼接，以确定所述光子到达时间0-1序列的时频分布图；步骤S6、根据所述光子到达时间0-1序列的时频特征分布图，确定变速目标运动状态信息。 2.根据权利要求1所述的变速目标运动状态信息获取方法，其特征在于，在步骤S1中，所述确定光子到达时间0-1序列的具体过程包括：步骤S11、设置单光子探测器死时间t dead ；步骤S12、根据所述光子响应时间数据流和所述单光子探测器死时间t dead ，计算所述光子响应时间数据流中每个脉冲响应前所要补充0的个数，以确定每个光子响应时间内的光子到达时间0-1序列；所述光子响应时间数据流为T＝{t 1 ，t 2 ，…，t n ，…，t Ne }，t n 为第n个光子响应时间，n＝1，2，…，N e ，N e 为光子响应数量；步骤S13、将所述光子响应时间数据流中所有的所述光子响应时间内的光子到达时间0-1序列进行组合，得到光子到达时间0-1序列；所述光子到达时间0-1序列为光子到达的时间序列为0和1的随机分布序列；其中，1表示在一个死时间周期内有光子到达，0表示在一个死时间周期内没有光子到达。 3.根据权利要求2所述的变速目标运动状态信息获取方法，其特征在于，在步骤S2中，所述对所述光子到达时间0-1序列进行时间窗分段的具体过程包括：步骤S21、设定时频特征的时间分辨率；步骤S22、根据所述光子到达时间0-1序列的长度和所述时间分辨率，确定汉明窗大小L hm 和各段数据重叠点数L overlap ；步骤S23、根据所述光子到达时间0-1序列的长度、所述汉明窗大小L hm 和所述各段数据重叠点数L overlap ，计算分段数S；步骤S24、根据所述分段数S，采用所述汉明窗，对所述光子到达时间0-1序列进行滑动处理。 4.根据权利要求3所述的变速目标运动状态信息获取方法，其特征在于，在步骤S3中，所述稀疏度自适应压缩感知重构的具体过程包括：步骤S301、根据每段时间窗内的光子到达时间0-1序列，确定每段时间窗内的M*1维的观测向量y和M*N维的第一传感矩阵A；其中，N为每段时间窗内的光子到达时间0-1序列的长度，M小于等于N；步骤S302、设置迭代次数i＝0，所述观测向量和所述数字中频信号频谱的残差r 0 的初始值为y，每段时间窗的数字中频信号频谱的稀疏度L的初始值为自适应稀疏度步长d，第一列号集F的初始为空；步骤S303、计算所述第一传感矩阵A的转置矩阵与所述残差r 0 乘积的模；步骤S304、对所述第一传感矩阵A的转置矩阵与所述残差r 0 乘积的模按照大小顺序进行排序，以确定第二列号集S L ；所述第二列号集S L 中的列号为前L个最大模值在所述第一传感矩阵A对应的列号；步骤S305、计算所述第一列号集F和所述第二列号集S L 的并集；步骤S306、从所述第一传感矩阵A中抽取出与所述第一列号集F和所述第二列号集S L 的并集中各个列号相同的列向量，以确定第i+1次迭代后的第二传感矩阵A i+1 ；步骤S307、根据所述第二传感矩阵A i+1 和所述观测向量y，确定第i+1次迭代后的第一数字中频信号频谱 步骤S308、从所述第i+1次迭代后的第一数字中频信号频谱 中提取出前L个最大绝对值对应的频率值，以确定第i+1次迭代后的第二数字中频信号频谱 步骤S309、从所述第i+1次迭代后的第二传感矩阵A i+1 中提取出与所述前L个最大绝对值对应列号相同的列向量，以确定第i+1次迭代后的第三传感矩阵A (i+1)L ；步骤S310、确定所述第三传感矩阵A (i+1)L 中列向量在所述第一传感矩阵A中对应的列号，记为第三列号集S (i+1)L ；步骤S311、根据所述观测向量y和所述第三传感矩阵A (i+1)L ，确定第i+1次迭代后的残差r i+1 ；步骤S312、判断所述第i+1次迭代后的残差r i+1 是否小于第一阈值时，如是，则将所述第二数字中频信号频谱 作为对应时间窗内的重构数字中频信号频谱输出，结束；如否，则进入步骤S313；步骤S313、判断所述第i+1次迭代后的残差r i+1 的2范数是否大于等于第i次迭代后的残差r i 的2范数，如是，则令L＝L+d，返回步骤S303；如否，则将所述第三列号集S (i+1)L 赋给所述第一列号集F，r 0 ＝r i+1 ，i＝i+1，返回步骤S303。 5.根据权利要求4所述的变速目标运动状态信息获取方法，其特征在于，在步骤S4中，所述密度聚类的具体过程包括：步骤S41、从每段时间窗内的重构数字中频信号频谱中提取非零频率值及其对应的列号，构成非零频率集(f 1 ,f 2 ,…,f l, …,f L )和第四列号集(D 1 ,D 2 ,…,D l, …,D L )，其中，l＝1，2，…,L，L为非零频率数量；步骤S42、将所述各个非零频率对应的列号均除以对应时间窗内的重构数字中频信号频谱的长度N，记为D l /N；步骤S43、构建点集P＝(x 1 ,x 2 ,…,x l, …,x L )，第l个点x l 包括D l /N和f l ；步骤S44、根据预先设定的邻域半径，确定所述点集P中各个点的圆邻域；步骤S45、统计所述点集P中各个点的邻域内的点数，以保留点数大于第二阈值的所有圆邻域；步骤S46、根据所述点数大于第二阈值的各个圆邻域，确定核心点集和边界点集；所述核心点位于点数大于第二阈值对应的圆邻域的中心上；所述边界点位于点数大于第二阈值对应的圆邻域内的非中心上；步骤S47、根据密度可达关系，对所述核心点集中各个核心点进行分类，以确定各个簇类所包括的核心点；步骤S48、将所述边界点集中的各个边界点分配到距离边界点最近的核心点所在的簇类；步骤S49、计算所述每个簇类中任意一点到其他点的欧式距离后求平均值，以获取最大平均值对应的簇类中所有点对应的重构数字中频信号频谱。 6.一种变速目标运动状态信息获取系统，其特征在于，所述变速目标运动状态信息获取系统包括：获取模块，被配置为：获取光子响应时间数据流，以确定光子到达时间0-1序列；分段模块，被配置为：对所述光子到达时间0-1序列进行时间窗分段；第一处理模块，被配置为：对每段时间窗内的光子到达时间0-1序列进行稀疏度自适应压缩感知重构，得到各段时间窗的数字中频信号频谱；第二处理模块，被配置为：对每段时间窗的数字中频信号频谱依次进行密度聚类、数字滤波处理和线性插值拟合；时间拼接模块，被配置为：对线性插值拟合后的所述各段时间窗的数字中频信号频谱进行时间拼接，以确定所述光子到达时间0-1序列的时频分布图；确定模块，被配置为：根据所述光子到达时间0-1序列的时频特征分布图，确定变速目标运动状态信息。 7.根据权利要求6所述的变速目标运动状态信息获取系统，其特征在于，所述获取模块包括：第一设置子模块，被配置为：设置单光子探测器死时间t dead ；第一计算子模块，被配置为：根据所述光子响应时间数据流和所述单光子探测器死时间t dead ，计算所述光子响应时间数据流中每个脉冲响应前所要补充0的个数，以确定每个光子响应时间内的光子到达时间0-1序列；所述光子响应时间数据流为T＝{t 1 ，t 2 ，…，t n ，…，t Ne }，t n 为第n个光子响应时间，n＝1，2，…，N e ，N e 为光子响应数量；组合子模块，被配置为：将所述光子响应时间数据流中所有的所述光子响应时间内的光子到达时间0-1序列进行组合，得到光子到达时间0-1序列；所述光子到达时间0-1序列为光子到达的时间序列为0和1的随机分布序列；其中，1表示在一个死时间周期内有光子到达，0表示在一个死时间周期内没有有光子到达。 8.根据权利要求7所述的变速目标运动状态信息获取系统，其特征在于，所述分段模块包括：设定子模块，被配置为：设定时频特征的时间分辨率；第一确定子模块，被配置为：根据所述光子到达时间0-1序列的长度和所述时间分辨率，确定汉明窗大小L hm 和各段数据重叠点数L overlap ；第二计算子模块，被配置为：根据所述光子到达时间0-1序列的长度、所述汉明窗大小L hm 和所述各段数据重叠点数L overlap ，计算分段数S；滑动处理子模块，被配置为：根据所述分段数S，采用所述汉明窗，对所述光子到达时间0-1序列进行滑动处理。 9.根据权利要求8所述的变速目标运动状态信息获取系统，其特征在于，所述第一处理模块包括：第二确定子模块，被配置为：根据每段时间窗内的光子到达时间0-1序列，确定M*1维的观测向量y和M*N维的第一传感矩阵A；其中，N为每段时间窗内的光子到达时间0-1序列的长度，M小于等于N；第二设置子模块，被配置为：设置迭代次数i＝0，所述观测向量和所述数字中频信号频谱的残差r 0 的初始值为y，每段时间窗的数字中频信号频谱的稀疏度L的初始值为自适应稀疏度步长d，第一列号集F的初始为空；第三计算子模块，被配置为：计算所述第一传感矩阵A的转置矩阵与所述残差r 0 乘积的模；第一排序子模块，被配置为：对所述第一传感矩阵A的转置矩阵与所述残差r 0 乘积的模按照大小顺序进行排序，以确定第二列号集S L ；所述第二列号集S L 中的列号为前L个最大模值在所述第一传感矩阵A对应的列号；第四计算子模块，被配置为：计算所述第一列号集F和所述第二列号集S L 的并集；抽取子模块，被配置为：从所述第一传感矩阵A中抽取出与所述第一列号集F和所述第二列号集S L 的并集中各个列号相同的列向量，以确定第i+1次迭代后的第二传感矩阵A i+1 ；第三确定子模块，被配置为：根据所述第二传感矩阵A i+1 和所述观测向量y，确定第i+1次迭代后的第一数字中频信号频谱 第一提取子模块，被配置为：从所述第i+1次迭代后的第一数字中频信号频谱 中提取出前L个最大绝对值对应的频率值，以确定第i+1次迭代后的第二数字中频信号频谱 第二提取子模块，被配置为：从所述第i+1次迭代后的第二传感矩阵A i+1 中提取出与所述前L个最大绝对值对应列号相同的列向量，以确定第i+1次迭代后的第三传感矩阵A (i+1)L ；第四确定子模块，被配置为：确定所述第三传感矩阵A (i+1)L 中列向量在所述第一传感矩阵A中对应的列号，记为第三列号集S (i+1)L ；第五确定子模块，被配置为：根据所述观测向量y和所述第三传感矩阵A (i+1)L ，确定第i+1次迭代后的残差r i+1 ；第一判断子模块，被配置为：判断所述第i+1次迭代后的残差r i+1 是否小于第一阈值时，如是，则将所述第二数字中频信号频谱 作为对应时间窗内的重构数字中频信号频谱输出，结束；如否，则将所述第i+1次迭代后的残差r i+1 传输给第二判断子模块；第二判断子模块，被配置为：判断所述第i+1次迭代后的残差r i+1 的2范数是否大于等于第i次迭代后的残差r i 的2范数，如是，则令L＝L+d，并传输给第三计算子模块；如否，则将所述第三列号集S (i+1)L 赋给所述第一列号集F，r 0 ＝r i+1 ，i＝i+1，并传输给第三计算子模块。 10.根据权利要求9所述的变速目标运动状态信息获取系统，其特征在于，所述第二处理模块包括：第三提取子模块，被配置为：从每段时间窗内的重构数字中频信号频谱中提取非零频率值及其对应的列号，构成非零频率集(f 1 ,f 2 ,…,f l, …,f L )和第四列号集(D 1 ,D 2 ,…,D l, …,D L )；其中，l＝1，2，…,L，L为非零频率数量；除法子模块，被配置为：将所述各个非零频率对应的列号均除以对应时间窗内的重构数字中频信号频谱的长度N，记为D l /N；构建子模块，被配置为：构建点集P＝(x 1 ,x 2 ,…,x l, …,x L )，第l个点x l 包括D l /N和f l ；第六确定子模块，被配置为：根据预先设定的邻域半径，确定所述点集P中各个点的圆邻域；统计子模块，被配置为：统计所述点集P中各个点的邻域内的点数，以保留点数大于第二阈值的所有圆邻域；第七确定子模块，被配置为：根据所述点数大于第二阈值的各个圆邻域，确定核心点集和边界点集；所述核心点位于点数大于第二阈值对应的圆邻域的中心上；所述边界点位于点数大于第二阈值对应的圆邻域内的非中心上；分类子模块，被配置为：根据密度可达关系，对所述核心点集中各个核心点进行分类，以确定各个簇类所包括的核心点；归属子模块，被配置为：将所述边界点集中的各个边界点分配到距离边界点最近的核心点所在的簇类；第五计算子模块，被配置为：计算所述每个簇类中任意一点到其他点的欧式距离后求平均值，以获取最大平均值对应的簇类中所有点对应的重构数字中频信号频谱。