[發明專利]寬帶頻譜信號檢測與分類網絡

在審

• 申請號: 202310036443.5
• 申請日: 2023-01-10
• 公開（公告）號: CN116340807A
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發明（設計）人: 張峻寧;唐波;蔡群;張順健;黃中瑞;秦立龍;張碩;樊甫華;王貴生;張坤峰
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G06F18/24
• 分類號: G06F18/24;G06F18/213;G06F18/241;G06F18/214
• 代理公司: 河北冀華知識產權代理有限公司 13151
• 代理人: 王占華

1.一種寬帶頻譜信號檢測與分類網絡，其特征在于：包括骨干網絡，所述骨干網絡的輸入為寬帶頻譜信號，所述骨干網絡的輸出分別與HeatMap分支以及回歸分支連接，所述HeatMap分支用于估計信號起止點信息，所述回歸分支用于生成2DBox高度；所述分類網絡通過HeatMap分支為每個信號標記一個2D方框來定位和檢測所有感興趣的寬帶信號，所述分類網絡首先利用HeatMap分支估計二維方框上邊緣的起止點，然后，對于二維框變量，通過回歸支路回歸一個變量，實現對寬帶信號的二維Box估計。

2.如權利要求1所述的寬帶頻譜信號檢測與分類網絡，其特征在于：

用3個變量參數化2D包圍盒，其中和分別表示2D盒上邊緣的起點和終點，h表示2D盒的高度；因此，由上述回歸元組可以得到二維邊界框:

（1）

其中為x軸起停點，為y軸中心線，為y軸頻率范圍，基于上述描述，首先利用起止點估計網絡估計二維方框上邊緣的起止點，然后，對于二維框變量，利用變量回歸網絡估計h。

3.如權利要求2所述的寬帶頻譜信號檢測與分類網絡，其特征在于，使用雙HeatMap來定位二維盒子上邊緣的起停點：

具體來說，啟停點估計網絡的輸入是一個時頻譜，其中為圖像的寬度和高度，輸出為HeatMap，其中為匹配輸入圖像的低分辨率等效圖，N為信號類型數量，設為2D盒子上邊緣的起止點，目標是生成預測啟停點的特征提取模塊F；

首先，需要將標簽中的起始-停止點映射到HeatMap中；考慮到開始-停止點已經是二維方框的最上邊界，定義一個半高斯核函數：

（2）

式中和分別逐個映射到HeatMap，，R為下采樣比，表示信號盒尺寸的自適應標準差，和是目標中心的位置的橫坐標和縱坐標；

然后，采用起止點估計網絡對起止點進行回歸，擬設網絡檢測到的最大信號數為k，并定義HeatMap，，其中B為批量大小，N為信號類型數；由于啟停點的y軸分量相同，首先對X個通道進行求和，在上形成通道縮減的圖像特征，然后提取圖像特征通道上的前k個分量；然后，為了確定信號的類型，在最新的圖像特征上提取前k個位置，在N個通道上使用信道縮減；

根據通道N的位置，由N×H_p?分量推斷出前k個信號起止點的y軸分量；根據y軸位置和n通道位置反向恢復原HeatMap下的特征點位置，提取出HeatMap下的x軸分量；在此基礎上，提取置信度最高的兩個坐標位置，即信號起止點的x軸分量；

最后輸出信號的啟停點信息。

4.如權利要求1所述的寬帶頻譜信號檢測與分類網絡，其特征在于：采用回歸分支網絡，使每個變量基于HeatMap上的關鍵點表示，給定來自骨干網DLA-34的特征流，分支網絡輸出的特征圖為回歸結果；該網絡同時從每個HeatMap峰值位置的啟停點學習信號的頻率范圍特征，并通過加權平均得到最終的信號終止頻率。

5.如權利要求3所述的寬帶頻譜信號檢測與分類網絡，其特征在于，關鍵點分類損失函數的計算方法如下：

在下采樣HeatMap上以啟停點明智的方式采用懲罰降低焦損，在開始點和停止點位置分別定義來自HeatMap的輸出為，表示相應起止點的地真值，通過式（1）中的半高斯核進行預處理；和的定義為:

（3）

起止點對信號位置損失的一個例子可以表示為:

（4）

（5）

（6）

式中為可調超參數，N為時頻譜中起止點的個數。

6.如權利要求3所述的寬帶頻譜信號檢測與分類網絡，其特征在于，高度抵消損失的計算方法包括如下步驟：

回歸分支輸出一個在起始點和停止點具有有效值的單通道圖，對其進行加權平均，得到最終的二維盒高；

定義為高度偏移量，回歸分支輸出一個在起始點和停止點都有有效值的兩通道圖，對應于HeatMap峰值位置的起始點和停止點的高度偏移量，在高度偏移量損失處使用L1損失：

（7）

通過聯合最小化能量來訓練所提網絡的參數:

（8）

其中表示高度抵消損失權重，選擇。