[發明專利]無監督對抗學習電磁頻譜異常信號檢測方法

有效

• 申請號: 202110156715.6
• 申請日: 2021-02-04
• 公開（公告）號: CN112924749B
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發明（設計）人: 齊佩漢;毛維安;周小雨;位萱;李贊;姜濤;梁琳琳;王丹洋;郝本建;王凡
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01R23/16
• 分類號: G01R23/16;G06N3/08;G06N3/04
• 代理公司: 西安志帆知識產權代理事務所(普通合伙) 61258
• 代理人: 侯峰;韓素蘭

本發明公開了一種無監督對抗學習電磁頻譜異常信號檢測方法，該方法為：對獲取的功率譜數據進行預處理，獲得功率譜密度估計；通過所述功率譜密度估計構建基于深度學習的電磁頻譜異常檢測模型；通過所述電磁頻譜異常檢測模型對任意一功率譜數據確定重構誤差L_r和判決器損失L_d；根據所述重構誤差L_r和判決器損失L_d確定異常結果A_result，并且通過異常結果A_result確定電磁頻譜數據是否存在異常。本發明結合功率譜數據的局部特性，使用卷積神經網絡代替傳統方式的全連接網絡，減小了網絡的規模；采用對抗自編碼器，將對抗思想引入電磁頻譜異常信號檢測，能夠學習到更加有效的特征，相比傳統普通的編解碼器模型有更好的檢測能力。

技術領域

本發明屬于通信技術領域，具體涉及一種無監督對抗學習電磁頻譜異常信號檢測方法。

背景技術

無線電技術的發展使無線電頻譜資源成為了新舊動能轉換和發展數字經濟的重要生產要素，無線電頻譜成為我們最寶貴和廣泛使用的自然資源之一。無論是在軍事領域還是民用領域，電磁頻譜管控都扮演者越來越重要的角色，而電磁頻譜異常檢測是電磁管控中重要一環。

傳統軍事行動中，強大的火力和機動力是標配，而現代戰爭中必須將電磁攻防列入標配清單。美軍首先提出電磁頻譜作戰的概念，電磁頻譜作戰以電子戰和頻譜管理為基礎，以聯合電磁頻譜作戰為實現方式，目標是在電磁作戰環境中達成優勢。

電子戰中對方可能對我方用頻設備進行偵測、干擾，若我方不能監測到因為被干擾、偵測出現的電磁頻譜異常，我方各級部隊保持溝通指揮將受到影響。而頻譜管理中也需要及時發現我方用頻設備異常情況，如用頻設備老化造成發射功率變高、帶寬變寬影響其他頻段用頻設備的情況。因此戰場上電磁異常檢測關乎我方制電磁權，影響我方勝敗。

民用領域中電磁頻譜異常檢測也起著重要作用。很多未被授權的基站和發射器出于私利或出于破壞的目的，違規使用無線電頻段，對正常的電臺站的無線電信號使用造成了干擾，如果不能及時準確的發現異常的無線電信號，讓異常信號對正常信號造成干擾，可能會導致授權信號在接收端信息失真甚至丟失，嚴重的還可能對生命財產安全造成危害。比如私自安裝的“手機信號放大器”除了干擾公眾通信網絡，高鐵沿線列車控制系統基站所用頻段與移動公司的頻段相隔非常近，假如在鐵路沿線5公里范圍內安裝手機信號放大器，很有可能會引起阻塞干擾，威脅列車運行安全；“黑廣播”的濫用，不僅占用導航信號頻段，其發射功率還蓋過了導航信號，影響了民航降落工作。

戰場電子對抗造成的電磁頻譜異常種類受敵方刻意控制，異常種類多樣且戰前未知。頻譜管理中出現的各種異常情況也面臨異常樣本難以獲取，標注困難等問題。無線電頻譜的數據量大、異常多樣、異常樣本難以獲取這些特點給電磁頻譜異常檢測問題帶來了巨大挑戰。傳統的兩種電磁環境異常檢測方法有數據庫比對法和歷史模型分析法，前者需要較完備的頻譜執照數據庫支持，后者需要長期監測數據積累以及諸多用頻參數先驗概率分布知識，在電磁環境異常檢測問題上表現得也不盡如人意。有學者提出基于時間序列分析的頻譜異常自主檢測和穩健估計方法，無需用頻數據庫和長期無線電監測累積歷史數據，能夠識別典型的異常，但建模過程需要異常的先驗知識，而電磁信號異常多樣且有未知異常，難以得到全面的異常先驗知識，故該方法有一定的局限性。

在過去的十年里，機器學習快速發展。夏偉等人的《基于單類支持向量機模型的頻譜異常檢測方法》提出基于單類支持向量機模型的頻譜異常檢測方法，訓練效果好、決策速度快、精度高的特點，避免了高代價的異常樣本采集，同時對未知異常也有較高的檢測精度，但電磁信號的異常檢測需要檢測的數據量非常大，該方法對海量數據的異常檢測存在一定的局限性。