[發明專利]一種基于支持向量機的水聲通信信號調制方式識別方法

在審

• 申請號: 201911084879.1
• 申請日: 2019-11-08
• 公開（公告）號: CN111010356A
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發明（設計）人: 申曉紅;廖建宇;姜喆;陳雪文
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: H04L27/00
• 分類號: H04L27/00;H04B13/02;H04B11/00;H04B15/00;G06K9/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 金鳳

本發明提供了一種基于支持向量機的水聲通信信號調制方式識別方法，通過非線性分段指數函數對含有復雜海洋背景噪聲的水聲信號進行預處理，提取水聲信號的時域L?Z復雜度特征、頻域分形盒維數特征、時頻域Renyi熵特征作為SVM分類器的輸入，之后選擇合適的核函數與參數，完成對水聲通信信號的調制方式識別。本發明通過非線性變換預處理方法，消除復雜海洋背景噪聲影響，提取時域、頻域和時頻域中的三種特征構成特征向量，與單特征方法相比性能提升明顯。本發明可用于淺海水聲通信信號的監測與識別，提前感知敵方的水聲通信行為，提高我國海防實力。

技術領域

本發明涉及信息信號處理領域，尤其是一種水聲通信信號的識別方法，涉及水下信號處理，特征識別，機器學習等理論。

背景技術

二十一世紀是海洋大發展時代，隨著科技的快速發展，海洋逐漸成為人類發展的重要領域，其中非合作條件下的水聲通信信號調制方式識別是海洋安全領域一個重要的研究方向。

近年來世界各軍事大國都在逐漸加強對海洋領域的防衛與監測。目前，最先進的水下監測網絡為美國的Seaweb，其可在淺海惡劣條件下利用水聲網絡在廣闊水域進行高質量數據傳輸，最高可以支持2k字節長度的數據包和2400bits/s的通信速率。無論是水下航行器還是水下監測網的正常工作，都需要進行設備之間的信息交流和數據傳輸，而水下通信只能選取聲信號作為能量載體來滿足正常需求。因此，水聲通信技術是一切水下作業的核心技術，實現非合作條件下的水聲通信信號調制方式識別對水聲對抗具有重要意義。

目前，對于調制信號的識別主要有兩種方法：基于似然函數的判決理論法和基于特征提取的統計模式識別方法。利用特征提取的統計模式識別過程主要分為兩個模塊：一是提取特征，二是對提取出來的特征進行模式匹配。由于水聲信道具有強多途、窄帶寬、長時延、非高斯背景噪聲等多種特性，傳統的調制方式識別方法不能滿足水聲信號調制方式識別的要求。因此，研究合適的水聲通信信號調制方式識別方法在軍事與民用方面都有重要意義。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種基于支持向量機的水聲通信信號調制方式識別方法。針對水聲信道具有強多途、長時延、短時脈沖干擾等多種特性，提出了一種基于支持向量機(SVM)的水聲通信信號調制方式識別方法。本發明通過非線性分段指數函數對含有復雜海洋背景噪聲的水聲信號進行預處理，提取水聲信號的時域L-Z復雜度特征、頻域分形盒維數特征、時頻域Renyi熵特征作為SVM分類器的輸入，之后選擇合適的核函數與參數，完成對水聲通信信號的調制方式識別。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案的步驟如下：

第一步：傳感器接收水聲通信信號；

通過水下聲傳感器接收含有復雜海洋環境噪聲的水聲通信信號S；

第二步：進行非線性變換預處理；

通過非線性變換對水聲通信信號S進行預處理，消除部分沖擊噪聲的影響；

選擇分段線性分段指數做非線性變換，表達式如下：

式中P_S為接收水聲信號S的平均功率，e為以自然常數為底的指數，f(S)表示對水聲信號S做非線性變換，x為非線性變換后的信號；

第三步：提取時域L-Z復雜度特征；

L-Z復雜度通過復制和添加兩種操作來描述一個序列的特性；首先對非線性變換后的信號x進行差值序列變換，然后對變換后的序列進行量化編碼，得到重構序列 {r(k)}，再對重構序列求L-Z復雜度C(L)；

第四步：提取頻域分形盒維數特征；