[發明專利]一種水聲信號調制方式自適應類內識別方法

在審

• 申請號: 202011007851.0
• 申請日: 2020-09-23
• 公開（公告）號: CN112134818A
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 王景景;閆正強;董新利;楊星海;施威;劉世萱;李海濤;徐凌偉
• 申請（專利權）人: 青島科技大學
• 主分類號: H04L27/00
• 分類號: H04L27/00
• 代理公司: 青島海昊知識產權事務所有限公司 37201
• 代理人: 劉艷青

本發明公開了一種水聲信號調制方式自適應類內識別方法，包括：首先進行水聲信號調制方式類間識別：如果類間識別出MFSK調制方式的水聲信號，則將水聲信號進行希爾伯特變換；再利用模糊評判算法計算出MFSK調制的階數M；如果類間識別出MPSK或MQAM調制方式的水聲信號，將信號進行處理后，得到二維的信號星座圖；再使用二次聚類算法處理信號星座圖，判斷MPSK或MQAM調制的階數M。本發明能夠應用于多種調制方式類內識別，解決了現有技術對于其他調制方式識別性能有限的問題；且自適應特征提取與針對提取特征特點采用不同判別方法，提高了類內識別的準確度，最終實現有針對性、高準確率的水聲信號調制方式自適應類內識別。

技術領域

本發明屬于水聲通信技術領域，具體地說，涉及一種水聲信號調制方式自適應類內識別方法。

背景技術

水下無線數據傳輸技術是獲取海洋狀態信息、實現海洋監測的關鍵技術，而水聲通信傳播損耗小、傳輸距離遠，因此獲取水下數據的主要途徑需要依靠水聲通信技術。應用于水聲通信系統的自適應調制編碼(Adaptive modulation coding，AMC)大大提高了數據傳輸的效率，該技術可根據通信系統信道狀況的變化，自適應選擇最佳調制編碼方式，充分提高了水聲通信的信息傳輸效率。然而這種基于多調制方式的通信系統，通信雙方需要通過握手信號確定當前采用的調制方式，而水下復雜的信道環境會導致握手信號出錯，可能導致接收端采用不正確階數的解調方式。而調制方式識別能夠幫助接收端自動識別信號的調制方式。

調制方式識別有類間識別與類內識別兩大內容，類間識別是識別信號的調制類型，類內識別是進一步識別出調制階數。與類間識別相比，類內識別由于識別特征不明顯而更加困難。目前在水聲信號的調制方式類內識別方面方法有：利用設計的自動調制分類系統對調制方式進行識別，在信噪比為-10dB～40dB的情況下，使得MPSK和MFSK信號的類內識別率維持較高水準；在不同數據集上訓練的卷積神經網絡對信號進行識別，在低信噪比下可有效識別QAM的調制階數；利用了MPSK信號M次方譜在M倍載頻處存在線譜特征的基本原理，針對直接估計高次譜對小信號抑制效應的不足，采用解析信號構造高次譜，以提高處理增益，提高低信噪比下的PSK信號類內識別性能。

上述方法只能用于識別少數甚至一類調制方式，對于其他調制方式的識別性能有限，極大地限制了識別方法的應用。

發明內容

本發明的目的是提供了一種水聲信號調制方式自適應類內識別方法，以彌補現有技術的不足。

為實現上述發明目的，本發明采用下述技術方案予以實現：

一種水聲信號調制方式自適應類內識別方法，包括以下步驟：

S1：首先進行水聲信號調制方式類間識別：

S2：如果類間識別出MFSK調制方式的水聲信號，則將水聲信號進行希爾伯特變換；再利用模糊評判算法計算出MFSK調制的階數M；

S3：如果類間識別出MPSK或MQAM調制方式的水聲信號，將信號進行處理后，得到二維的信號星座圖；再使用二次聚類算法處理信號星座圖，判斷MPSK或MQAM調制的階數M。

進一步的，所述S1具體為：計算水聲信號的譜特征與熵特征；采用主分量分析法對提取的特征進行降維與去噪處理；選取稠密神經網絡作為訓練模型，去除其池化層，利用現有的真實數據進行預訓練，再根據實際的水聲信號，調整所述神經網絡中全連接層參數，使其適應目標海域，即得到訓練好的模型；再將經過降維與去噪處理的特征進行歸一化與維度變更處理輸入到訓練好的模型中，完成類間識別。

當然，如果采取其他現有方式完成類間設別也在本發明技術方案考慮之下。