[發(fā)明專利]基于進化神經網絡的短波通信頻率選擇方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710408092.0
• 申請日: 2017-06-02
• 公開（公告）號: CN107180260B
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發(fā)明（設計）人: 朱曉明;彭地;周亞橋;王德豐
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06N3/08
• 分類號: G06N3/08;G06F17/16
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 韋全生;王品華

本發(fā)明提出了一種基于進化神經網絡的短波通信頻率選擇方法，用于解決現(xiàn)有短波通信頻率選擇方法中存在的選頻速度和選頻精度不能兼顧的技術問題。實現(xiàn)步驟為：用積累的探測數(shù)據構造訓練樣本集；設計進化神經網絡頻率質量預測模型；構造進化神經網絡的解向量；用粒子群算法訓練網絡參數(shù)，得到最優(yōu)進化神經網絡頻率質量預測模型；用最優(yōu)進化神經網絡頻率質量預測模型選若干個頻率作為探測頻率進行信道探測，將探測分值最高的頻率作為最佳工作頻率。本發(fā)明利用進化神經網絡頻率質量預測模型預測出頻率表中所有頻率的通信質量，選擇通信質量最高的若干頻率作為探測頻率，在保證選頻精度的前提下，有效地提高了選頻的速度。

技術領域

本發(fā)明屬于無線通信技術領域，涉及一種短波通信頻率選擇方法，具體涉及一種基于進化神經網絡的短波通信頻率選擇方法，可用于短波通信中的實時頻率預測。

背景技術

短波通信是一種利用電離層進行信息傳輸?shù)臒o線通信技術。由于短波通信具有通信距離遠、設備簡單、成本低廉、抗毀能力強等優(yōu)點，因此被廣泛應用于軍事通信、應急通信和海事通信等領域中。

電離層的高度和電子密度受到季節(jié)、晝夜，地理位置和太陽活動的影響，信號經電離層反射會出現(xiàn)多徑傳播、頻率選擇性衰落和多普勒頻移等現(xiàn)象，導致短波的通信質量不穩(wěn)定。

選擇合適的工作頻率對保證短波的通信質量來說至關重要。如果頻率太高，則電波有可能穿透電離層，不能反射回接收站；如果頻率太低，則電波在傳輸?shù)倪^程中能量會很大程度上被電離層吸收，使得到達接收站的信號太弱，無法被接收機檢測到。因此，有必要在通信之前選出一個合適的工作頻率。

國內外現(xiàn)有的頻率選擇方法，按其工作原理可分為兩類：頻率預測和頻率探測。頻率預測類方法一般通過構建電離層相關的特性參數(shù)模型，運用數(shù)學分析運算的方法來實現(xiàn)頻率選擇。湯軍等于2013年在《電波科學學報》第28卷第3期發(fā)表的名稱為“短波通信選頻中的電離層同化短期預報方法”的論文，公開了一種基于卡爾曼同化技術的電離層特征參數(shù)短期預報方法，該方法以電離層觀測網實時測量值為基礎，對未來1～24h的電離層參量f₀F₂進行預報，然后通過經驗公式轉換得到具體通信鏈路的最高可用頻率。這種選頻方法雖然選頻速度快，但需要經過轉換才能得到具體通信鏈路的最佳工作頻率，選頻的精度較低。

頻率探測類方法一般利用探測設備對具體通信鏈路進行實時探測，通過分析獲取的信道質量參數(shù)進行頻率選擇。例如授權公告號為CN104202096B、名稱為“一種基于垂直探測選擇短波頻率的方法及裝置”的中國專利，公開了一種基于垂直探測選擇短波頻率的方法，該方法首先對一個探測頻率周圍的噪聲進行無源探測，選出噪聲功率最小的頻率作為有源探測頻率，然后在該有源探測頻率上發(fā)射至少一個脈沖信號，并偵聽每個脈沖信號的反射信號，根據所有反射信號的平均信號功率和本地平均噪聲功率計算該有源探測頻率的信噪比；對探測頻段內的所有探測頻率都按上述方法計算所選出的有源探測頻率的信噪比，最后，選擇信噪比最高的有源探測頻率作為推薦頻率下發(fā)給通信設備。這種選頻方法是根據實時探測的結果進行頻率選擇的，雖然選頻的精度較高，但需要做大量探測，選頻的速度較慢。

神經網絡具有強大的非線性逼近能力，適合用來預測短波的通信質量。神經網絡最常用的訓練算法是BP算法，不過，BP算法對初值敏感，容易陷入局部最優(yōu)解。粒子群算法是一種進化計算算法，具有全局搜索能力，可用于訓練神經網絡。使用進化計算算法來優(yōu)化網絡參數(shù)所得到的神經網絡被成為進化神經網絡。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術存在的不足，提出了一種基于進化神經網絡的短波通信頻率選擇方法，旨在保證頻率選擇精度的同時有效地提高頻率選擇的速度。