[發(fā)明專利]基于深度學(xué)習(xí)的寬帶信號(hào)參數(shù)估計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011623078.0
• 申請(qǐng)日: 2020-12-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112784690B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-12-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊淑媛;郝曉陽(yáng);馮志璽;王翰林;潘求凱;包以銘;楊晨;汪智易;劉慧玲;段韻章;馬宏斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06K9/00
• 分類號(hào): G06K9/00;G06F17/14;G06K9/62;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 田文英;王品華

1.一種基于深度學(xué)習(xí)的寬帶信號(hào)參數(shù)估計(jì)方法，其特征在于，生成寬帶特定信號(hào)訓(xùn)練集，對(duì)寬帶信號(hào)灰度時(shí)頻圖進(jìn)行檢測(cè)識(shí)別，計(jì)算檢測(cè)識(shí)別到的每個(gè)寬帶特定信號(hào)的參數(shù)，對(duì)寬帶特定信號(hào)的參數(shù)進(jìn)行判斷以及更新寬帶特定信號(hào)參數(shù)，該方法的步驟包括如下：

(1)生成寬帶特定信號(hào)訓(xùn)練集：

(1a)從0.1s～10s之間取一個(gè)時(shí)間作為切割后的樣本時(shí)長(zhǎng)，將寬帶接收機(jī)接收的時(shí)序數(shù)據(jù)按樣本時(shí)長(zhǎng)等距切分，從中篩選每段均包含寬帶特定信號(hào)類型的多段寬帶信號(hào)文件，該文件至少包含1類待估計(jì)的寬帶特定信號(hào)類型且每類至少包含1000段；

(1b)對(duì)每段寬帶信號(hào)文件進(jìn)行短時(shí)傅里葉變換，取信號(hào)實(shí)部的絕對(duì)值并進(jìn)行最大值歸一化處理，以矩陣的形式保存得到該段寬帶信號(hào)文件對(duì)應(yīng)的灰度時(shí)頻圖；

(1c)利用標(biāo)注工具對(duì)每張灰度時(shí)頻圖中與噪聲可區(qū)分的寬帶特定信號(hào)類型進(jìn)行標(biāo)注，得到由該張灰度時(shí)頻圖上寬帶特定信號(hào)的類型名稱和位置坐標(biāo)組成的標(biāo)注文件；

(1d)將所有的灰度時(shí)頻圖和與每張灰度時(shí)頻圖對(duì)應(yīng)的標(biāo)注文件配對(duì)組成寬帶特定信號(hào)訓(xùn)練集；

(2)訓(xùn)練YOLOv4網(wǎng)絡(luò)：

(2a)將寬帶特定信號(hào)訓(xùn)練集輸入到Y(jié)OLOv4網(wǎng)絡(luò)中；

(2b)采用隨機(jī)梯度下降法，對(duì)YOLOv4網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行迭代訓(xùn)練和學(xué)習(xí)，通過(guò)損失函數(shù)反向傳播誤差實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)權(quán)重參數(shù)的調(diào)整，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)損失函數(shù)值收斂時(shí)，得到訓(xùn)練好的YOLOv4網(wǎng)絡(luò)，保存訓(xùn)練好的YOLOv4網(wǎng)絡(luò)的所有參數(shù)權(quán)重值；

(3)對(duì)寬帶信號(hào)灰度時(shí)頻圖進(jìn)行檢測(cè)識(shí)別：

(3a)將寬帶接收機(jī)接收的時(shí)序數(shù)據(jù)按樣本時(shí)長(zhǎng)等距切分，得到等距切分后每段以該段信號(hào)接收時(shí)刻的時(shí)間戳命名的寬帶信號(hào)文件；

(3b)對(duì)每段寬帶信號(hào)文件進(jìn)行短時(shí)傅里葉變換，取信號(hào)實(shí)部的絕對(duì)值并進(jìn)行最大值歸一化處理，以矩陣的形式保存得到與該段寬帶信號(hào)文件對(duì)應(yīng)的灰度時(shí)頻圖；

(3c)將灰度時(shí)頻圖輸入到訓(xùn)練好的YOLOv4網(wǎng)絡(luò)中，輸出灰度時(shí)頻圖中檢測(cè)識(shí)別到的每個(gè)寬帶信號(hào)的類型、所屬時(shí)頻圖的名稱、識(shí)別的置信度、檢測(cè)框在時(shí)頻圖時(shí)間軸上的最小坐標(biāo)值、檢測(cè)框在時(shí)頻圖頻率軸上的最小坐標(biāo)值、檢測(cè)框在時(shí)頻圖時(shí)間軸上的最大坐標(biāo)值和檢測(cè)框在時(shí)頻圖頻率軸上的最大坐標(biāo)值，一并添加到數(shù)據(jù)庫(kù)列表中；

(4)計(jì)算檢測(cè)識(shí)別到的每個(gè)寬帶特定信號(hào)的參數(shù)：

(4a)計(jì)算數(shù)據(jù)庫(kù)列表中每個(gè)寬帶信號(hào)的開(kāi)始時(shí)間；

(4b)計(jì)算數(shù)據(jù)庫(kù)列表中每個(gè)寬帶信號(hào)的截止時(shí)間；

(4c)計(jì)算數(shù)據(jù)庫(kù)列表中每個(gè)寬帶信號(hào)的帶寬；

(4d)計(jì)算數(shù)據(jù)庫(kù)列表中每個(gè)寬帶信號(hào)的中心頻率；

(5)對(duì)寬帶特定信號(hào)的參數(shù)進(jìn)行判斷：

(5a)將數(shù)據(jù)庫(kù)列表中的寬帶信號(hào)按寬帶特定信號(hào)類型劃分為多個(gè)子列表，并對(duì)各個(gè)子列表中所有的寬帶信號(hào)按照時(shí)頻圖時(shí)間戳由小到大的順序分別排序；

(5b)從每個(gè)子列表中選出滿足|L_qk-L_qg|＝T要求的所有寬帶信號(hào)，兩兩構(gòu)成寬帶信號(hào)對(duì)；其中，L_qk表示第q個(gè)子列表中第k張時(shí)頻圖的時(shí)間戳，q＝1,2,...,Q，Q表示子列表的數(shù)量，k＝1,2,...,K，K表示第q個(gè)子列表中時(shí)頻圖的數(shù)量，L_qg表示第q個(gè)子列表中第g張時(shí)頻圖的時(shí)間戳，g＝1,2,...,K，且q≠g，T表示等距切分寬帶信號(hào)的時(shí)間間隔，|·|表示取絕對(duì)值運(yùn)算；

(5c)從滿足步驟(5b)條件的所有寬帶信號(hào)對(duì)中選出滿足|C_qkm-C_qgn|≤0.5kHz要求的寬帶信號(hào)對(duì)；其中，C_qkm表示第q個(gè)子列表中第k張時(shí)頻圖中第m個(gè)寬帶信號(hào)的中心頻率，m＝1,2,...,M，M表示第q個(gè)子列表中第k張時(shí)頻圖中檢測(cè)到寬帶信號(hào)的總數(shù)，C_qgn表示第q個(gè)子列表的第g張時(shí)頻圖中第n個(gè)寬帶信號(hào)的中心頻率，n＝1,2,...,N，N表示第q個(gè)子列表的第g張時(shí)頻圖中檢測(cè)到寬帶信號(hào)的總數(shù)；

(5d)從滿足步驟(5c)條件的所有寬帶信號(hào)對(duì)中選出滿足|B_qkm-B_qgn|≤0.2kHz要求的寬帶信號(hào)對(duì)；其中，B_qkm表示第q個(gè)子列表中第k張時(shí)頻圖中第m個(gè)寬帶信號(hào)的帶寬，B_qgn表示第q個(gè)子列表的第g張時(shí)頻圖中第n個(gè)寬帶信號(hào)的帶寬；

(5e)從滿足步驟(5d)條件的所有寬帶信號(hào)對(duì)中選出滿足|S_qgn-E_qkm|≤0.1×T要求的寬帶信號(hào)對(duì)；其中，S_qgn表示第q個(gè)子列表的第g張時(shí)頻圖中第n個(gè)寬帶信號(hào)的開(kāi)始時(shí)間，E_qkm表示第q個(gè)列表的第k張時(shí)頻圖中第m個(gè)寬帶信號(hào)的截止時(shí)間；

(5f)對(duì)滿足步驟(5e)條件的每一個(gè)寬帶信號(hào)對(duì)中的兩個(gè)寬帶信號(hào)合并為一個(gè)信號(hào)，計(jì)算合并后寬帶信號(hào)的中心頻率和帶寬

(6)更新寬帶特定信號(hào)參數(shù)：

將第q個(gè)子列表第k張時(shí)頻圖中的第m個(gè)寬帶信號(hào)的開(kāi)始時(shí)間S_qkm作為更新后寬帶信號(hào)的開(kāi)始時(shí)間，將第q個(gè)子列表第g張時(shí)頻圖中的第n個(gè)寬帶信號(hào)的截止時(shí)間E_qgn作為更新后寬帶信號(hào)的截止時(shí)間，將作為更新后寬帶信號(hào)的中心頻率，將作為更新后寬帶信號(hào)的帶寬，將更新后寬帶信號(hào)的估計(jì)參數(shù)添加到第q個(gè)子列表中，并刪除更新前的寬帶信號(hào)對(duì)的估計(jì)參數(shù)。