[發明專利]一種基于支持向量數據描述的超短波威脅信號感知方法

有效

• 申請號: 202010230505.2
• 申請日: 2020-03-27
• 公開（公告）號: CN111597873B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 李亞星;吳灝;康穎;郭宇;孟進;何方敏;李偉;葛松虎;李毅;王青
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍工程大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/62
• 代理公司: 長沙新裕知識產權代理有限公司 43210
• 代理人: 方暉

本發明公開了一種基于支持向量數據描述的超短波威脅信號感知方法，該方法主要由信號采集、時頻分析、數據降維、支持向量數據描述模型訓練和在線威脅感知等模塊組成。主要步驟為：利用射頻板卡采集空間中我方信號；根據短時傅里葉變化理論對基帶復數信號進行時頻分析生成時頻譜圖，并構建我方信號時頻譜圖數據庫；根據圖像預處理技術和主成分分析理論將時頻譜圖轉化為低維度特征向量；訓練支持向量數據描述模型構建能夠囊括所有目標樣本的最小超球體，落入超球體內部的樣本則判定我方信號，而位于超球面外的樣本則被判定為潛在威脅信號。本發明只需利用我方信號數據庫，構建非威脅信號的支持向量數據描述模型，有效解決威脅信號的開集問題。

技術領域

本發明涉及認知無線電中的頻譜感知技術，更確切地說，本發明主要涉及一種基于支持向量數據描述的超短波威脅信號感知方法，屬于認知無線電頻譜感知的前沿技術。

背景技術

超短波通信是利用頻率區間為30MHz～300MHz的無線電波傳輸信息的通信方式，主要依靠地波傳播和空間視距傳播。超短波通信裝備輻射距離通?？蛇_幾千米至十幾千米，具有通信頻段寬、通信容量大的特點，被廣泛應用于電視、調頻廣播、移動通信、雷達探測、軍事通信等領域。

隨著電磁環境的日益復雜，超短波頻段通信安全威脅也趨于多元化，超短波通信系統容易受到敵方的偵查、測向和干擾，尤其是具有破壞性的壓制干擾；此外，非法占用超短波頻段信道的通信設備，也會對我方正常通信造成一定威脅；在某一區域內出現敵方超短波頻段通信信號，則間接說明非己方單位在該區域的電磁波活動乃至軍事行動，對我方軍事力量構成潛在的威脅。面對大量形式各異的威脅信號，傳統的依靠人為處理方法早已不堪重負，從而需要實現對潛在威脅信號的智能感知，以減輕認知與響應壓力。檢測和預警威脅我方正常超短波通信信號，使指戰員對超短波頻段的安全狀況有一個全面的了解，對復雜多變的威脅信號做出快速響應，為電子對抗、通信抗干擾提供信息支援；通過感知敵方通信信號，探測海上和空中威脅平臺，在較遠距離上探測發現敵威脅目標信號，為我水面編隊可能遭遇的空中或海上威脅提供早期超視距預警尤為重要。

目前在電子戰場景下頻譜感知技術主要集中在干擾檢測與識別、非協作通信信號調制方式識別和對特定信號識別，主流的頻譜感知方法有能量檢測法、匹配濾波法和循環平穩檢測法等，能量檢測法對噪聲適應能力有限，匹配濾波法需要知道被檢測信號的先驗信息，循環平穩檢測法計算復雜度較高，并且這些常規方法難以檢測大量形式各異的威脅信號；近年出現了基于深度學習的頻譜感知方法，深度神經網絡需要大量訓練數據優化模型參數，而威脅信號數據獲得代價昂貴，并且威脅信號日新月異，其數據集屬于一個典型的開集，構建一個較為完備的威脅信號數據庫具有很大難度，因此基于深度學習方法目前大多針對特定調制方式信號的頻譜感知。

針對現有技術的不足，本發明要解決在威脅信號開集背景下的感知模型構建問題，其特點在于只需依賴我方通信信號數據庫，訓練非威脅信號的支持向量描述模型，所提出的方法能有效解決威脅信號的開集問題，適用于超短波頻段威脅信號的智能感知，具有適應性強、運算時性等特點。

發明內容

針對日益復雜的電磁環境和多元化的威脅信號形式，本發明主要提出一種超短波頻段威脅信號的智能感知方法，其主要特點是通過構建我方超短波通信信號完備的特征數據庫，并利用該數據庫訓練一個二分類模型判定未知信號是否來自我方通信設備，反之也可通過該模型感知潛在威脅信號的存在。

為了實現上述目的，本發明所述的基于支持向量數據描述的超短波威脅信號感知方法包括：信號采集(00)、時頻分析(01)、數據降維(02)、支持向量數據描述模型訓練(03)和未知信號的威脅測試(04)組成。其中，信號采集以硬件形式存在，時頻分析、數據降維和支持向量數據描述模型訓練以軟件形式存在。

所述的信號采集模塊(00)輸入為訓練階段空間中傳播的我方信號x(n)，輸出端采集復數信號x_I(n)+j*x_Q(n)連接時頻分析模塊的輸入端，信號采集模塊用來去掉空間傳輸超短波信號的載頻成分，并轉化為基帶復數信號進行數字信號處理。