[發明專利]基于模糊自編碼器的水聲信號自動調制識別方法

有效

• 申請號: 202011087056.7
• 申請日: 2020-10-12
• 公開（公告）號: CN112202696B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 王景景;黃子豪;董新利;楊星海;劉世萱;郭瑛;李海濤;周麗雅
• 申請（專利權）人: 青島科技大學
• 主分類號: H04L27/00
• 分類號: H04L27/00;H04B13/02;G06N3/04;G06N3/08;G06F17/14
• 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

本發明公開了一種基于模糊自編碼器的水聲信號自動調制識別方法，首先接收不同調制方式的水聲信號，提取水聲信號的形態特征與熵特征并進行歸一化處理；將處理后的特征用于訓練模糊自編碼器，得到訓練好的映射權值與偏置；使用訓練好的映射權值與歸一化后的原始特征相乘并與偏置項相加，完成特征的映射；將映射后的特征進行歸一化后，用于訓練BP神經網絡；最后，將待識別的水聲信號進行同樣的特征提取以及映射后，輸入到訓練好的BP神經網絡中，實現自動調制識別。本發明最終實現低延遲、高準確率的水聲信號自動調制識別，該方法抗干擾能力強、識別準確率與穩定性高。

技術領域

本發明屬于水聲通信技術領域，具體地說，涉及一種基于模糊自編碼器的水聲信號自動調制識別方法。

背景技術

聲波作為一種優秀的水下信息載體，因其具有較高的傳輸距離和傳輸速度以及較低的衰減系數，成為了水下通信的首選媒介。水聲通信系統中，發送端通常使用自適應調制編碼技術(adaptive modulation coding，AMC)，該技術可依據信道狀況，自適應地選擇適合當前信道的調制方式，該技術需要信號發送端與接收端通過握手信號同步調制方式，然而水聲信道噪聲干擾與多徑效應嚴重，致使握手信號無法準確傳輸，致使接收端采用了不匹配的解調方式，進而導致解調數據的嚴重錯誤。

自動調制識別(automatic modulation recognition，AMR)技術可使接收端在調制信息未知的情況下，自動識別出信號的調制方式，保證接收端采用正確的解調方式解調數據。目前調制方式智能識別的方法主要有基于最大似然比的識別方法與基于特征提取的識別方法。前者雖然數學理論完備，但是需要大量的先驗信息，難以實際應用且復雜度較高；后者則實現簡單，易于工程應用，但卻極其依賴提取特征的質量。然而水下信道復雜多變，存在嚴重的噪聲干擾與多徑效應，不同調制信號的特征往往會趨于一致，這樣的特征辨識度很低，難以用于自動調制識別。

發明內容

針對現有水聲信號自動調制識別方法的抗干擾能力差、計算成本高、識別準確率低等技術問題，本發明的目的是提供一種基于模糊自編碼器的水聲信號自動調制識別方法，以解決上述問題。

為實現上述發明目的，本發明采用下述技術方案予以實現：

一種基于模糊自編碼器的水聲信號自動調制識別方法，包括以下步驟：

S1：獲取水聲信號；

S2：提取S1中水聲信號的形態特征與熵特征，并進行歸一化處理；

S3：利用模糊自編碼器將S2中處理后特征向量進行模糊處理后，用于訓練模糊自編碼神經網絡，得到用于編碼的權值與偏置；

S4：將S2中處理后的特征向量與S4得到的權值相乘后，加上偏置項，得到模糊自編碼器編碼后的特征向量；

S5：將S4得到的特征向量進行歸一化之后，訓練人工神經網絡；

S6：將需要識別的水聲信號經過上述相同的特征提取與編碼后，輸入到S5中訓練好的人工神經網絡中，實現自動調制識別。

進一步的，所述S1中計算水聲信號的特征所采用的信號處理方法包括：功率譜、奇異譜、相位譜、小波能量譜、頻譜以及瞬時幅度。

進一步的，所述S2中，所述形態特征：零中心歸一化瞬時幅度譜密度的最大值、零中心歸一化瞬時幅度標準差、波動系數；

所述熵特征：功率譜香農熵、功率譜指數熵、奇異譜香農熵、奇異譜指數熵、頻譜幅度香農熵、頻譜幅度指數熵、相位譜香農熵、相位譜指數熵、小波能量指數熵、小波能量香農熵、瞬時幅度指數熵、瞬時幅度香農熵。

更進一步的，所述零中心歸一化瞬時幅度譜密度的最大值的公式為：

γ_max＝max{DFT[a_cn(n)]}²/N