非正常無(wú)線電信號(hào)的自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種非正常無(wú)線電信號(hào)類型的自動(dòng)識(shí)別和自學(xué)習(xí)方法,其特點(diǎn)是通過(guò)分析實(shí)測(cè)無(wú)線電信號(hào)的頻譜數(shù)據(jù)，結(jié)合無(wú)線電監(jiān)測(cè)專家的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)和特征提取方法，完成對(duì)無(wú)線電信號(hào)的特征提取；在無(wú)線電信號(hào)的特征空間中，采用聚類分析方法，對(duì)實(shí)測(cè)的掃頻式干擾、寬帶干擾、窄帶干擾、非法插播信號(hào)等進(jìn)行了聚類分析；利用聚類分析結(jié)果，該方法可使無(wú)線電監(jiān)測(cè)設(shè)備具有自動(dòng)識(shí)別非正常無(wú)線電信號(hào)類型的能力。隨著實(shí)測(cè)無(wú)線電信號(hào)頻譜數(shù)據(jù)的積累及識(shí)別誤差的增大，該方法提供了定期對(duì)聚類分析結(jié)果進(jìn)行自學(xué)習(xí)的能力。根據(jù)識(shí)別結(jié)果，結(jié)合通信設(shè)備，該方法提供了監(jiān)測(cè)設(shè)備的自動(dòng)報(bào)警能力。該方法用于無(wú)線電監(jiān)測(cè)設(shè)備，提高了無(wú)線電監(jiān)測(cè)設(shè)備的信息處理能力，可實(shí)現(xiàn)無(wú)線電監(jiān)測(cè)設(shè)備的無(wú)人值機(jī)，減少了監(jiān)測(cè)技術(shù)人員的工作量。
【專利說(shuō)明】非正常無(wú)線電信號(hào)的自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到無(wú)線電監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，更具體涉及到無(wú)線電信號(hào)檢測(cè)及非正常無(wú)線電信號(hào)的自動(dòng)識(shí)別。
【背景技術(shù)】
[0002]無(wú)線電監(jiān)測(cè)主要針對(duì)無(wú)線電管理地域內(nèi)的無(wú)線電信號(hào)，并對(duì)該無(wú)線電信號(hào)進(jìn)行分析、識(shí)別、監(jiān)視并獲取其技術(shù)參數(shù)、工作特征和輻射位置等技術(shù)信息。非正常無(wú)線電信號(hào)的發(fā)現(xiàn)與識(shí)別在無(wú)線電監(jiān)測(cè)中占有重要地位，特別是在重大活動(dòng)期間對(duì)非正常無(wú)線電信號(hào)的監(jiān)測(cè)更為重要。
[0003]傳統(tǒng)的無(wú)線電監(jiān)測(cè)工作是無(wú)線電監(jiān)測(cè)人員通過(guò)監(jiān)測(cè)設(shè)備，配合專業(yè)知識(shí)和監(jiān)測(cè)人員的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來(lái)人工完成的。且主要是通過(guò)該信號(hào)的頻譜圖和持續(xù)時(shí)間來(lái)判斷。這種識(shí)別方式主要有以下幾個(gè)不足:一方面，不同的工作人員有不同的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，在做決策時(shí)存在一定的主觀性，直接影響非正常無(wú)線電信號(hào)的正確識(shí)別；同時(shí)無(wú)線電監(jiān)測(cè)過(guò)程中對(duì)非正常信號(hào)的發(fā)現(xiàn)與識(shí)別依賴于技術(shù)人員，其中大部分工作重復(fù)進(jìn)行，是對(duì)人力資源的浪費(fèi)，且在應(yīng)急情況下極大的增加了其工作難度和工作量；另一方面，非正常無(wú)線電信號(hào)的識(shí)別遵循一套規(guī)范的監(jiān)測(cè)流程，由于現(xiàn)有無(wú)線電監(jiān)測(cè)設(shè)備的信息處理能力不足，導(dǎo)致非正常無(wú)線電信號(hào)的識(shí)別嚴(yán)重依賴于技術(shù)人員，無(wú)法實(shí)現(xiàn)無(wú)線電監(jiān)測(cè)設(shè)備的無(wú)人執(zhí)機(jī)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提高無(wú)線電監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化、智能化水平，提供一種非正常無(wú)線電信號(hào)的自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)及其方法，該識(shí)別系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)非正常無(wú)線電信號(hào)的自動(dòng)檢測(cè)，以及非正常無(wú)線電信號(hào)的自動(dòng)識(shí)別，增強(qiáng)無(wú)線電監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化、智能化水平。同時(shí)，該識(shí)別方法具備對(duì)算法參數(shù)進(jìn)行自學(xué)習(xí)的能力。根據(jù)識(shí)別結(jié)果，結(jié)合通信設(shè)備，該系統(tǒng)具備監(jiān)測(cè)設(shè)備的自動(dòng)報(bào)警能力。該方法用于無(wú)線電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可提高無(wú)線電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的信息處理能力，實(shí)現(xiàn)無(wú)線電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的無(wú)人執(zhí)機(jī)，有效減輕監(jiān)測(cè)人員的工作難度與工作量。
[0005]本發(fā)明所述非正常無(wú)線電信號(hào)是指監(jiān)測(cè)到的非法或干擾信號(hào)，包括掃描式干擾、寬帶干擾、窄帶干擾、非法插播信號(hào)等?？梢尚盘?hào)是指系統(tǒng)通過(guò)初步判斷為疑似非正常的無(wú)線電信號(hào)，但還需要進(jìn)一步確定的信號(hào)。
[0006]本發(fā)明所述非正常無(wú)線電信號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)包括無(wú)線電信號(hào)監(jiān)測(cè)設(shè)備系統(tǒng)、無(wú)線電信號(hào)智能分析系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)和處理控制器；監(jiān)測(cè)設(shè)備系統(tǒng)接收空中的電磁波，進(jìn)行變換處理，產(chǎn)生信號(hào)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，包括:頻譜數(shù)據(jù)，語(yǔ)音數(shù)據(jù)，方位數(shù)據(jù)，中頻測(cè)量數(shù)據(jù)等；智能分析系統(tǒng)通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列智能分析處理，自動(dòng)識(shí)別非正常信號(hào)；網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)負(fù)責(zé)系統(tǒng)各模塊之間，系統(tǒng)與外部其它設(shè)備之間的通信；處理控制器負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各個(gè)模塊之間的處理調(diào)度。其中無(wú)線電信號(hào)智能分析系統(tǒng)，包括無(wú)線電非正常信號(hào)檢測(cè)模塊、非正常信號(hào)特征提取模塊、非正常信號(hào)識(shí)別模塊、系統(tǒng)自學(xué)習(xí)模塊，以及臺(tái)站數(shù)據(jù)庫(kù)、電磁環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)、非正常信號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)；通過(guò)數(shù)據(jù)接口獲得頻段掃描數(shù)據(jù)，采用分段動(dòng)態(tài)自適應(yīng)閾值算法監(jiān)測(cè)出該頻段的所有信號(hào)及對(duì)應(yīng)的頻點(diǎn)，對(duì)信號(hào)頻點(diǎn)進(jìn)行中頻測(cè)量或中頻測(cè)向獲得信號(hào)的詳細(xì)數(shù)據(jù)，分析處理提取信號(hào)的多種特征，將所提取的特征輸入非正常信號(hào)識(shí)別模塊，識(shí)別出該信號(hào)所屬的類別；系統(tǒng)自學(xué)習(xí)模塊使用非正常信號(hào)識(shí)別模塊產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，定期更新、完善特征提取參數(shù)和信號(hào)識(shí)別算法參數(shù)。
[0007]本發(fā)明所述無(wú)線電信號(hào)監(jiān)測(cè)設(shè)備系統(tǒng)包括接收機(jī)、頻譜測(cè)量?jī)x、測(cè)向設(shè)備、監(jiān)聽設(shè)備、控制設(shè)備、天饋系統(tǒng)，以及通信、電源、防雷接地、環(huán)境監(jiān)控等輔助系統(tǒng)；監(jiān)測(cè)接收機(jī)通過(guò)天饋系統(tǒng)接收空中的電磁波，進(jìn)行變換處理，產(chǎn)生信號(hào)的頻譜數(shù)據(jù)，語(yǔ)音數(shù)據(jù)，方位數(shù)據(jù)，中頻測(cè)量數(shù)據(jù)等，監(jiān)測(cè)接收機(jī)通過(guò)GPS接收機(jī)獲得經(jīng)緯度坐標(biāo)數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)接收機(jī)通過(guò)環(huán)境控制系統(tǒng)獲得監(jiān)測(cè)站所在的地理環(huán)境信息、氣候溫度等數(shù)據(jù)信息；本發(fā)明所述臺(tái)站數(shù)據(jù)庫(kù)是在該地域的所有申報(bào)、批準(zhǔn)的無(wú)線電用頻設(shè)備的數(shù)據(jù)，電磁環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)包含該地域所有頻段正常情況下的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
[0008]本發(fā)明所述非正常無(wú)線電信號(hào)的自動(dòng)識(shí)別方法的步驟為:首先通過(guò)對(duì)指定的頻段進(jìn)行頻段掃描，進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)；對(duì)檢測(cè)出的信號(hào)提取一系列特征并選擇具有較好鑒別能力的特征；然后運(yùn)用改進(jìn)的FCM算法自動(dòng)識(shí)別信號(hào)的類別；根據(jù)識(shí)別出的信號(hào)類型自動(dòng)報(bào)警；對(duì)識(shí)別出的非正常無(wú)線電信號(hào)，系統(tǒng)進(jìn)行保存，通過(guò)人工確認(rèn)標(biāo)定后，進(jìn)入非正常信號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)新的數(shù)據(jù)庫(kù)自學(xué)習(xí)特征選擇算法參數(shù)和FCM新的聚類中心，使得系統(tǒng)具有不斷學(xué)習(xí)的能力，智能化水平不斷提高。
[0009]本發(fā)明采用一種分段自適應(yīng)閾值確定方法對(duì)實(shí)測(cè)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)監(jiān)測(cè)頻段進(jìn)行一段時(shí)間的 監(jiān)測(cè)后，獲得該實(shí)測(cè)頻段信號(hào)頻譜數(shù)據(jù)的平均值
,其中A代表第個(gè)2采樣點(diǎn)這一段時(shí)間的平均能量，。當(dāng)前這幀頻段
數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)值Ρ?Α，...Λ)，其中代表第個(gè)千樣點(diǎn)當(dāng)前這幀的能量，?為頻段
數(shù)據(jù)的采樣點(diǎn)數(shù)。第一步:根據(jù)實(shí)測(cè)頻段信號(hào)頻譜數(shù)據(jù)的平均值(--.-%?},進(jìn)行分段
處理，設(shè)每段的大小力個(gè)采樣點(diǎn)，計(jì)算出此段內(nèi)數(shù)據(jù)的均值馬，其中i為段數(shù)，將此段
內(nèi)的數(shù)據(jù)依次和馬比較,若(? -?) >σ ,則記為信號(hào)點(diǎn)，若(? -尾)<σ ,則記為非信號(hào)
點(diǎn)，其中為設(shè)定的閾值，采取此方法找出該頻段信號(hào)點(diǎn)的下標(biāo)；第二步:將該頻段信號(hào)頻率的噪聲值用其前后非信號(hào)頻率噪聲值的均值代替，例如第2個(gè)采樣點(diǎn)為信號(hào)點(diǎn)，第I個(gè)和第3個(gè)為非信號(hào)點(diǎn)，則第二個(gè)采樣點(diǎn)的噪聲值為(?+?)/? ,采用
這種方式提取出整個(gè)頻段的噪聲水平，設(shè)為拉而，…,?),其中A代表第:個(gè)采樣點(diǎn)的噪
聲值，l<i <? ;第三步:用實(shí)時(shí)值--...Α)和.(%?，…,?)逐個(gè)進(jìn)行比對(duì)，令4代表第
i個(gè)采樣點(diǎn)的底噪聲閾值，。若6 >巧，則:? =P1'Si+(1-Λ)+ F ,若5 <s;,則:
h =ZV巧+ 0-+ f ,其中P1、A為設(shè)定值，A,ft e[O，1]，考慮有信號(hào)時(shí)的噪聲水平要
高于無(wú)信號(hào)時(shí)的噪聲水平，要求Λ 。由于各種監(jiān)測(cè)設(shè)備自身也會(huì)產(chǎn)生噪聲且噪聲具有一定的波動(dòng)性，所以本方法加上一個(gè)設(shè)定值^這樣才能更好的反映實(shí)際情況；第四步:對(duì)底噪聲閾值進(jìn)行平滑濾波處理。根據(jù)底噪聲閾值找出此頻段信號(hào)的頻率，然后與已經(jīng)建立的臺(tái)站數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，分析出正常信號(hào)和可疑信號(hào)，其中可疑信號(hào)分為兩種:一種是臺(tái)站數(shù)據(jù)庫(kù)中存在該信號(hào)，但是能量超出庫(kù)中保存的最大能量值，另一種是臺(tái)站數(shù)據(jù)庫(kù)中不存在該信號(hào)。
[0010]將實(shí)測(cè)信號(hào)頻譜數(shù)據(jù)經(jīng)底噪聲閾值濾除后用于無(wú)線電信號(hào)的特征提取。本發(fā)明根據(jù)無(wú)線電信號(hào)的物理特征提出了 21個(gè)特征分別為:信號(hào)估測(cè)帶寬、信號(hào)均值、信號(hào)方差、信號(hào)最大峰值、信號(hào)第二大峰值、信號(hào)第三大峰值、信號(hào)底噪聲水平、信號(hào)最大能量、小于底噪聲的連續(xù)點(diǎn)的個(gè)數(shù)、小于底噪聲的連續(xù)點(diǎn)的平均間隔、大于底噪聲的連續(xù)點(diǎn)的個(gè)數(shù)、大于底噪聲的連續(xù)點(diǎn)的平均間隔、信號(hào)峰值個(gè)數(shù)的比率、信號(hào)大于底噪聲的個(gè)數(shù)的比率、信號(hào)過(guò)零率、電平值大于底噪聲的頻率的方差、歸一化瞬時(shí)幅度絕對(duì)值的均方差、歸一化瞬時(shí)振幅的峭度、瞬時(shí)振幅絕對(duì)值的標(biāo)準(zhǔn)差、歸一化瞬時(shí)振幅均方差與均值之比、信號(hào)功率譜對(duì)稱性。其中信號(hào)估測(cè)帶寬為該信號(hào)所占用的帶寬，信號(hào)均值代表該幀信號(hào)的平均水平，信號(hào)方差代表該幀信號(hào)的波動(dòng)水平，信號(hào)最大峰值代表該幀信號(hào)的最大峰值，信號(hào)第二大峰值代表該幀信號(hào)的第二大峰值，信號(hào)第三大峰值代表該幀信號(hào)的第三大峰值，信號(hào)底噪聲水平代表該幀信號(hào)噪聲值，信號(hào)最大能量代表該幀信號(hào)最大的能量值，小于底噪聲的連續(xù)點(diǎn)的個(gè)數(shù)代表信號(hào)濾出噪聲后連續(xù)零點(diǎn)的個(gè)數(shù)，小于底噪聲的連續(xù)點(diǎn)的平均間隔代表信號(hào)濾出噪聲后連續(xù)零點(diǎn)之間的平均間隔，大于底噪聲的連續(xù)點(diǎn)的個(gè)數(shù)代表信號(hào)濾出噪聲后大于零的連續(xù)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，大于底噪聲的連續(xù)點(diǎn)的平均間隔代表信號(hào)濾出噪聲后大于零的連續(xù)點(diǎn)的平均間隔，信號(hào)峰值個(gè)數(shù)的比率代表該幀信號(hào)峰值的個(gè)數(shù)與采樣點(diǎn)之間的比率，大于底噪聲的個(gè)數(shù)的比率代表該幀信號(hào)大于底噪聲閾值的點(diǎn)數(shù)與采樣點(diǎn)之間的比率，信號(hào)過(guò)零率代表該幀信號(hào)轉(zhuǎn)換成時(shí)域信號(hào)后過(guò)零的比率，電平值大于底噪聲的頻率的方差代表該幀信號(hào)大于底噪聲閾值的采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)頻率的方差，歸一化瞬時(shí)幅度絕對(duì)值的均方差代表該幀信號(hào)轉(zhuǎn)換成時(shí)域信號(hào)后歸一化幅度絕對(duì)值的均方差，歸一化瞬時(shí)振幅的峭度代表該幀信號(hào)轉(zhuǎn)換成時(shí)域信號(hào)后歸一化瞬時(shí)振幅的峭度，瞬時(shí)振幅絕對(duì)值的標(biāo)準(zhǔn)差代表該幀信號(hào)轉(zhuǎn)換成時(shí)域信號(hào)后瞬時(shí)振幅絕對(duì)值的標(biāo)準(zhǔn)差，歸一化瞬時(shí)振幅均方差與均值之比代表該幀信號(hào)轉(zhuǎn)換成時(shí)域信號(hào)后歸一化瞬時(shí)振幅的均方差與均值的比率，信號(hào)功率譜對(duì)稱性代表該幀信號(hào)頻譜圖的對(duì)稱性。在實(shí)際應(yīng)用中，并非所有特征對(duì)無(wú)線電信號(hào)的聚類分析都是必要的，本發(fā)明采用優(yōu)化方法提取無(wú)線電信號(hào)聚類分析的必要特征，如遺傳算法、粗糙集屬性約簡(jiǎn)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。
[0011]無(wú)線電信號(hào)聚類分析的必要特征構(gòu)成了識(shí)別無(wú)線電信號(hào)的特征空間。設(shè)選出的必要特征為仏為，…名? ,其中2:代表選出的第I個(gè)必要特征，\<l<m。本發(fā)明采用一種改進(jìn)的FCM聚類分析方法，在無(wú)線電信號(hào)的特征空間中對(duì)非正常無(wú)線電信號(hào)進(jìn)行聚類分析，通過(guò)監(jiān)測(cè)信號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)分別獲取掃頻式干擾、寬帶干擾、窄帶干擾、非法插播信號(hào)等非
正常無(wú)線電信號(hào)的《個(gè)聚類中心疔=…,O，其中代表第i類非正常無(wú)
線電信號(hào)，巧代表第」類非正常無(wú)線電信號(hào)第J個(gè)聚類中心，1<J<? , Vi/代表第2類非正常無(wú)線電信號(hào)第J個(gè)聚類中心的第&個(gè)特征值，Hk Sm。令可疑信號(hào)提取的必要特征為J = …,?},其中巧代表可疑信號(hào)提取的第/個(gè)必要特征，i</<m。通過(guò)距離測(cè)度--/=|μ-1f I，可以得到無(wú)線電信號(hào)屬于各個(gè)類別的各聚類中心的不確定性程度，其中代表可疑信號(hào)與第^頭非正常無(wú)線電信號(hào)第^個(gè)聚類中心的距離，11為距離測(cè)度，如
Euclid距離、Minkowski距離、Hamming距離等。再根據(jù)不確定性排序準(zhǔn)則，獲得無(wú)線電信號(hào)類型及相關(guān)特性。
[0012]對(duì)于某一確定的地區(qū)電磁環(huán)境隨時(shí)間變化，同時(shí)實(shí)測(cè)信號(hào)能量與監(jiān)測(cè)設(shè)備相關(guān)，不同監(jiān)測(cè)設(shè)備監(jiān)測(cè)到的同一信號(hào)能量不同。本發(fā)明考慮了電磁環(huán)境和設(shè)備狀況，提供了對(duì)聚類分析結(jié)果進(jìn)行自學(xué)習(xí)的能力，使識(shí)別方法能夠與當(dāng)前的電磁環(huán)境保持一致，提高了非正常無(wú)線電信號(hào)的識(shí)別精度，具體方法是，系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別的非正常無(wú)線電信號(hào)自動(dòng)保存在臨時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中，檢測(cè)人員對(duì)這些信號(hào)做出最終確認(rèn)后進(jìn)入最終無(wú)線電非正常數(shù)據(jù)庫(kù)，系統(tǒng)定期采用更新的無(wú)線電非正常信號(hào)庫(kù)和當(dāng)?shù)氐谋O(jiān)測(cè)環(huán)境進(jìn)行特征選擇參數(shù)自學(xué)習(xí)和FCM聚類結(jié)果自學(xué)習(xí)，使得系統(tǒng)方法能夠自適應(yīng)變化的電磁環(huán)境，提高了非正常無(wú)線電信號(hào)的檢測(cè)精度和識(shí)別率。
[0013]本發(fā)明主要有如下優(yōu)點(diǎn):該實(shí)測(cè)信號(hào)檢測(cè)方法具有針對(duì)不同業(yè)務(wù)頻段的噪聲水平，自動(dòng)調(diào)整閾值的功能；該實(shí)測(cè)信號(hào)檢測(cè)方法具有普適性，即適用于所有的監(jiān)測(cè)設(shè)備；該信號(hào)識(shí)別方法采用模糊聚類分析的方法得到每類非正常無(wú)線電信號(hào)的多個(gè)聚類中心后根據(jù)距離測(cè)度進(jìn)行判斷可疑信號(hào)的類別，這樣更符合現(xiàn)實(shí)情況；該自學(xué)習(xí)能力使本發(fā)明能夠適應(yīng)各種監(jiān)測(cè)環(huán)境，且提高非正常無(wú)線電信號(hào)的識(shí)別精度；根據(jù)識(shí)別結(jié)果，結(jié)合無(wú)線通信設(shè)備，該方法提供了監(jiān)測(cè)設(shè)備的自動(dòng)報(bào)警功能，可實(shí)現(xiàn)無(wú)線電監(jiān)測(cè)設(shè)備的無(wú)人執(zhí)機(jī)，有效減輕監(jiān)測(cè)人員的工作量，提高監(jiān)測(cè)設(shè)備的使用效率。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1非正常無(wú)線電信號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng) 圖2無(wú)線電信號(hào)智能分析系統(tǒng)
圖3非正常無(wú)線電信號(hào)自動(dòng)識(shí)別整體流程圖 圖4分段自適應(yīng)閾值的提取流程圖 圖5可疑信號(hào)的檢測(cè)流程圖 圖6信號(hào)識(shí)別流程圖 圖7自學(xué)習(xí)流程圖 圖8自動(dòng)報(bào)警流程圖
【具體實(shí)施方式】
[0015]如圖1所示，非正常無(wú)線電信號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)在現(xiàn)有無(wú)線電監(jiān)測(cè)設(shè)備的基礎(chǔ)上擴(kuò)展了無(wú)線電智能分析系統(tǒng)，如圖2所示，無(wú)線電智能分析系統(tǒng)通過(guò)通信接口調(diào)用監(jiān)測(cè)設(shè)備系統(tǒng)的服務(wù)，獲取無(wú)線電信號(hào)的頻譜數(shù)據(jù)、中頻數(shù)據(jù)、方向數(shù)據(jù)、IQ數(shù)據(jù)等，通過(guò)這些數(shù)據(jù)智能分析系統(tǒng)自動(dòng)分析數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確檢測(cè)信號(hào)、提取信號(hào)特征、自動(dòng)識(shí)別信號(hào)、通過(guò)報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警、通過(guò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將分析結(jié)果上報(bào)上級(jí)系統(tǒng)。監(jiān)測(cè)設(shè)備系統(tǒng)包括天饋系統(tǒng)、環(huán)境控制系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)接收機(jī)、GPS接收機(jī)、控制處理器和通信接口等。整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與其它系統(tǒng)或上級(jí)系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)通信。
[0016]非正常無(wú)線電信號(hào)自動(dòng)識(shí)別包括信號(hào)檢測(cè)、信號(hào)特征提取、信號(hào)識(shí)別、自動(dòng)報(bào)警幾個(gè)關(guān)鍵步驟，其整體流程如圖3所示，首先對(duì)某一頻段進(jìn)行一段時(shí)間的掃描，獲取該頻段的相關(guān)數(shù)據(jù)，通過(guò)本發(fā)明提供的分段自適應(yīng)閾值確定法提取該頻段的底噪聲閾值，詳細(xì)流程見圖4。通過(guò)閾值確定法提取出該頻段有信號(hào)的頻率，結(jié)合已經(jīng)建好的臺(tái)站數(shù)據(jù)庫(kù)找出此頻段所有的可疑信號(hào)，詳細(xì)流程見圖5。然后對(duì)可疑信號(hào)進(jìn)行中頻測(cè)量，提取相應(yīng)的必要特征后結(jié)合監(jiān)測(cè)信號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)，采用本發(fā)明提供的信號(hào)識(shí)別方法分析出可疑信號(hào)的類型，詳細(xì)流程見圖6。最后通過(guò)本發(fā)明提供的自學(xué)習(xí)方法，對(duì)非正常無(wú)線電信號(hào)進(jìn)行學(xué)習(xí)，得到該類非正常無(wú)線電信號(hào)新的多個(gè)聚類中心，詳細(xì)流程見圖7，同時(shí)本發(fā)明提供自動(dòng)報(bào)警功能，自動(dòng)生成警告提示信息發(fā)送給相關(guān)終端系統(tǒng)，這樣減輕了監(jiān)測(cè)人員的工作量，詳細(xì)流程見圖8。待所有可疑信號(hào)分析完畢，則轉(zhuǎn)入下一個(gè)頻段掃描或結(jié)束此次任務(wù)。
[0017]圖4是分段自適應(yīng)閾值的提取流程圖，其處理過(guò)程和
【發(fā)明內(nèi)容】
所述基本一致，如下:第一步通過(guò)一段時(shí)間的頻段掃描后記錄頻段數(shù)據(jù)的均值譜線{?...&}和當(dāng)前幀頻段
數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)值{?...Λ? (如
【發(fā)明內(nèi)容】
所述)，第二步根據(jù)此頻段數(shù)據(jù)的均值譜線進(jìn)行分
段處理從而提取出該頻段有信號(hào)的頻率，第三步根據(jù)無(wú)線電信號(hào)相鄰信道的噪聲水平被認(rèn)為是連續(xù)的，其差異不大，從而用有信號(hào)的頻率前后非信號(hào)頻率的噪聲的均值代替其噪聲
水平，提取出整個(gè)頻段的底噪聲水平,第四步用頻段數(shù)據(jù)中每個(gè)采樣點(diǎn)的實(shí)
時(shí)值和對(duì)應(yīng)的底噪聲進(jìn)行比對(duì)，根據(jù)
【發(fā)明內(nèi)容】
所述的方法計(jì)算出整個(gè)頻段的底噪聲閾值
佔(zhàn)為,…,Ικ},第五步:對(duì)底噪聲閾值進(jìn)行平滑濾波。
[0018]圖5為可疑信號(hào)的識(shí)別流程圖，此過(guò)程需要一個(gè)已知的臺(tái)站數(shù)據(jù)庫(kù)，其處理過(guò)程如下:第一步通過(guò)閾值確定法檢測(cè)出監(jiān)測(cè)頻段有信號(hào)的頻率，若該信道的能量值大于底噪聲閾值則認(rèn)為該頻率有信號(hào) ，否則認(rèn)為其為底噪聲，第二步將有信號(hào)的頻率和臺(tái)站數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，出現(xiàn)臺(tái)站數(shù)據(jù)庫(kù)中沒有記錄該頻率或者臺(tái)站數(shù)據(jù)庫(kù)中存在該頻率，但是能量超出臺(tái)站數(shù)據(jù)庫(kù)中保存的值時(shí)都認(rèn)為該信號(hào)為可疑信號(hào)。
[0019]圖6是信號(hào)識(shí)別流程圖，其處理過(guò)程如下:第一步對(duì)可疑信號(hào)進(jìn)行中頻測(cè)量，提取信號(hào)特征，并用優(yōu)化方法選出必要特征，第二步用模糊聚類分析法計(jì)算出每類非正常無(wú)線電信號(hào)的《個(gè)聚類中心，，再通過(guò)距離測(cè)度計(jì)算該信號(hào)到每個(gè)聚類中心的距離，選出距離最小的類別，第三步若最小距離小于某一閾值時(shí)則可疑信號(hào)為該類非正常無(wú)線電信號(hào)，否則進(jìn)入第四步:對(duì)可疑信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步分析，結(jié)合專家知識(shí)判斷該可疑信號(hào)是否為新的非正常無(wú)線電信號(hào)，若是則確認(rèn)其相關(guān)信息，若不是則保存數(shù)據(jù)。
[0020]圖7為自動(dòng)學(xué)習(xí)流程圖，隨著監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)時(shí)間的積累，信號(hào)也在隨時(shí)間發(fā)生變化，本發(fā)明提供自學(xué)習(xí)能力，其處理過(guò)程是:第一步通過(guò)對(duì)可疑信號(hào)的識(shí)別判斷其是否為無(wú)非常無(wú)線電信號(hào)，若不是則結(jié)束，若是非正常無(wú)線電信號(hào)則進(jìn)入第二步:判斷其是否為新的非正常無(wú)線電信號(hào)，若是則添加至監(jiān)測(cè)信號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)并提取此類非正常無(wú)線電信號(hào)的必要特征，得到此類非正常無(wú)線電信號(hào)的多個(gè)聚類中心；若可疑信號(hào)是庫(kù)中已有的某種非正常無(wú)線電信號(hào)，同樣添加至監(jiān)測(cè)信號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)并提取該非正常無(wú)線電信號(hào)的必要特征，得到此類非正常無(wú)線電信號(hào)新的多個(gè)聚類中心。
[0021]圖8為自動(dòng)報(bào)警流程圖，當(dāng)監(jiān)測(cè)設(shè)備發(fā)現(xiàn)非正常無(wú)線電信號(hào)時(shí)，結(jié)合無(wú)線通信設(shè)備，本發(fā)明提供自動(dòng)報(bào)警功能，其處理過(guò)程是:第一步接收到非正常無(wú)線電信號(hào)的相關(guān)信息，第二步該識(shí)別系統(tǒng)自動(dòng)生成相應(yīng)的警告提示信息，第三步通過(guò)無(wú)線通信設(shè)備自動(dòng)將信息發(fā)送給相關(guān)監(jiān)測(cè)技術(shù)人員。
【權(quán)利要求】
1.一種非正常無(wú)線電信號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)包括:無(wú)線電信號(hào)監(jiān)測(cè)設(shè)備系統(tǒng)、無(wú)線電信號(hào)智能分析系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)和處理控制器，在所述自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)中 監(jiān)測(cè)設(shè)備系統(tǒng)接收空中的電磁波，進(jìn)行變換處理，產(chǎn)生信號(hào)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，所述監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)包括:頻譜數(shù)據(jù)，語(yǔ)音數(shù)據(jù)，方位數(shù)據(jù)，中頻測(cè)量數(shù)據(jù)等； 智能分析系統(tǒng)通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列智能分析處理，自動(dòng)識(shí)別非正常信號(hào)； 網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)負(fù)責(zé)系統(tǒng)各模塊之間，系統(tǒng)與外部其它設(shè)備之間的通信； 處理控制器負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各個(gè)模塊之間的處理調(diào)度；其特征在于: 所述無(wú)線電信號(hào)智能分析系統(tǒng)，包括:無(wú)線電非正常信號(hào)檢測(cè)模塊、非正常信號(hào)特征提取模塊、非正常信號(hào)識(shí)別模塊、系統(tǒng)自學(xué)習(xí)模塊，以及臺(tái)站數(shù)據(jù)庫(kù)、電磁環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)、非正常信號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)； 其中通過(guò)數(shù)據(jù)接口獲得頻段掃描數(shù)據(jù)，采用分段動(dòng)態(tài)自適應(yīng)閾值算法監(jiān)測(cè)出該頻段的所有信號(hào)及對(duì)應(yīng)的頻點(diǎn)，對(duì)信號(hào)頻點(diǎn)進(jìn)行中頻測(cè)量或中頻測(cè)向獲得信號(hào)的詳細(xì)數(shù)據(jù)，分析處理提取信號(hào)的多種特征，將所提取的特征輸入非正常信號(hào)識(shí)別模塊，識(shí)別出該信號(hào)所屬的類別；系統(tǒng)自學(xué)習(xí)模塊使用非正常信號(hào)識(shí)別模塊產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，定期更新、完善特征提取參數(shù)和信號(hào)識(shí)別算法參數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的非正常無(wú)線電信號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，其中所述無(wú)線電信號(hào)監(jiān)測(cè)設(shè)備系統(tǒng)包括接收機(jī)、頻譜測(cè)量?jī)x、測(cè)向設(shè)備、監(jiān)聽設(shè)備、控制設(shè)備、天饋系統(tǒng)，以及通信、電源、防雷接地、環(huán)境監(jiān)控等輔助系統(tǒng)。
3.如權(quán)利要求2所述的非正常無(wú)線電信號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，其中所述監(jiān)測(cè)接收機(jī)通過(guò)天饋系統(tǒng)接收空中的電磁波，進(jìn)行變換處理，產(chǎn)生信號(hào)的頻譜數(shù)據(jù)，語(yǔ)音數(shù)據(jù)，方位數(shù)據(jù)，中頻測(cè)量數(shù)據(jù)等；監(jiān)測(cè)接收機(jī)通過(guò)GPS接收機(jī)獲得經(jīng)緯度坐標(biāo)數(shù)據(jù)；監(jiān)測(cè)接收機(jī)通過(guò)環(huán)境控制系統(tǒng)獲得監(jiān)測(cè)站所在的地理環(huán)境信息、氣候溫度等數(shù)據(jù)信息。
4.如權(quán)利要求1所述的非正常無(wú)線電信號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，其中所述臺(tái)站數(shù)據(jù)庫(kù)是在該地域的所有申報(bào)、批準(zhǔn)的無(wú)線電用頻設(shè)備的數(shù)據(jù)，電磁環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)包含該地域所有頻段正常情況下的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
5.一種非正常無(wú)線電信號(hào)的自動(dòng)識(shí)別方法，包括如下步驟: 首先通過(guò)對(duì)指定的頻段進(jìn)行頻段掃描，進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)； 對(duì)檢測(cè)出的信號(hào)提取一系列特征并選擇具有較好鑒別能力的特征； 然后運(yùn)用改進(jìn)的FCM聚類分析方法自動(dòng)識(shí)別信號(hào)的類別； 根據(jù)識(shí)別出的信號(hào)類型自動(dòng)報(bào)警； 對(duì)識(shí)別出的非正常無(wú)線電信號(hào)，系統(tǒng)進(jìn)行保存，通過(guò)人工確認(rèn)標(biāo)定后，進(jìn)入非正常信號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)新的數(shù)據(jù)庫(kù)自學(xué)習(xí)特征選擇算法參數(shù)和FCM新的聚類中心，使得系統(tǒng)具有不斷學(xué)習(xí)的能力。
6.如權(quán)利要求1-5所述的非正常無(wú)線電信號(hào)的自動(dòng)識(shí)別方法，其中采用分段自適應(yīng)閾值確定方法來(lái)進(jìn)行所述信號(hào)檢測(cè)，所述分段自適應(yīng)閾值確定方法具體包括:對(duì)監(jiān)測(cè)頻段進(jìn)行一段時(shí)間的監(jiān)測(cè)后，獲得該實(shí)測(cè)頻段信號(hào)頻譜數(shù)據(jù)的平均值(?,?，…，,其中A代表第個(gè)i采樣點(diǎn)這一段時(shí)間的平均能量，;以及當(dāng)前這幀頻段數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)值.Λ),其中^代表第個(gè)τ采樣點(diǎn)當(dāng)前這幀的能量，1<j<? ,?為頻段數(shù)據(jù)的采樣點(diǎn)數(shù)；第一步:根據(jù)實(shí)測(cè)頻段信號(hào)頻譜數(shù)據(jù)的平均值(％?,進(jìn)行分段處理，設(shè)每段的大小為《個(gè)采樣點(diǎn)，計(jì)算出此段內(nèi)數(shù)據(jù)的均值馬，其中i為段數(shù)，將此段內(nèi)的數(shù)據(jù)依次和&比較，若-Ek)>a,則記為信號(hào)點(diǎn)，若(?-Ek) <σ ,則記為非信號(hào)點(diǎn)，其中
, σ為設(shè)定的閾值，采取此方法找出該頻段信號(hào)點(diǎn)的下標(biāo)；第二步:將該頻段信號(hào)頻率的噪聲值用其前后非信號(hào)頻率噪聲值的均值代替，例如第2個(gè)采樣點(diǎn)為信號(hào)點(diǎn)，第I個(gè)和第3個(gè)為非信號(hào)點(diǎn)，則第二個(gè)采樣點(diǎn)的噪聲值為O1+%)/2 ,采用這種方式提取出整個(gè)頻段的噪聲水平，設(shè)為(--，…,?},其中代表第個(gè)采樣點(diǎn)的噪聲值，I幻S? ；第三步:用實(shí)時(shí)值和(％?."%?)逐個(gè)進(jìn)行比對(duì)，令A(yù)代表第i個(gè)采樣點(diǎn)的底噪聲閾值，1<? <? ;若G > Si ,則:4 =P1'巧+(1-巧)I + F，若rs Ssi,則:.4 = P2'Si+0.-P2).ri+S ,其中Pl、P2為設(shè)定值，Pl^Pi e[0，l],考慮有信號(hào)時(shí)的噪聲水平要高于無(wú)信號(hào)時(shí)的噪聲水平，要求Λ<p2; f為設(shè)定值，其表示各種監(jiān)測(cè)設(shè)備自身產(chǎn)生噪聲以及噪聲的波動(dòng)性以更好的 反映實(shí)際情況；第四步:對(duì)底噪聲閾值仏為,...^)進(jìn)行平滑濾波處理；根據(jù)底噪聲閾值找出此頻段信號(hào)的頻率，然后與已經(jīng)建立的臺(tái)站數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，分析出正常信號(hào)和可疑信號(hào)，其中可疑信號(hào)分為兩種:一種是臺(tái)站數(shù)據(jù)庫(kù)中存在該信號(hào)，但是能量超出庫(kù)中保存的最大能量值，另一種是臺(tái)站數(shù)據(jù)庫(kù)中不存在該信號(hào)。
7.如權(quán)利要求1-5所述的非正常無(wú)線電信號(hào)的自動(dòng)識(shí)別方法，其中將實(shí)測(cè)信號(hào)頻譜數(shù)據(jù)經(jīng)底噪聲閾值濾除后用于無(wú)線電信號(hào)的特征提??；所提取的特征分別為:信號(hào)估測(cè)帶寬、信號(hào)均值、信號(hào)方差、信號(hào)最大峰值、信號(hào)第二大峰值、信號(hào)第三大峰值、信號(hào)底噪聲水平、信號(hào)最大能量、小于底噪聲的連續(xù)點(diǎn)的個(gè)數(shù)、小于底噪聲的連續(xù)點(diǎn)的平均間隔、大于底噪聲的連續(xù)點(diǎn)的個(gè)數(shù)、大于底噪聲的連續(xù)點(diǎn)的平均間隔、信號(hào)峰值個(gè)數(shù)的比率、信號(hào)大于底噪聲的個(gè)數(shù)的比率、信號(hào)過(guò)零率、電平值大于底噪聲的頻率的方差、歸一化瞬時(shí)幅度絕對(duì)值的均方差、歸一化瞬時(shí)振幅的峭度、瞬時(shí)振幅絕對(duì)值的標(biāo)準(zhǔn)差、歸一化瞬時(shí)振幅均方差與均值之比、信號(hào)功率譜對(duì)稱性；采用遺傳算法、粗糙集屬性約簡(jiǎn)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法來(lái)進(jìn)行所述特征提取。
8.如權(quán)利要求1-5所述的非正常無(wú)線電信號(hào)的自動(dòng)識(shí)別方法，所述無(wú)線電信號(hào)的所提取特征構(gòu)成了識(shí)別無(wú)線電信號(hào)的特征空間，設(shè)選出的必要特征為仏為....^}，其中4代表選出的第I個(gè)必要特征，^纟;其中通過(guò)所述FCM聚類分析方法，在無(wú)線電信號(hào)的特征空間中對(duì)非正常無(wú)線電信號(hào)進(jìn)行聚類分析，具體包括步驟:通過(guò)監(jiān)測(cè)信號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)分別獲取掃頻式干擾、寬帶干擾、窄帶干擾、非法插播信號(hào)等非正常無(wú)線電信號(hào)的《個(gè)聚類中心# =，其中《 >1 ,,代表第，類非正常無(wú)線電信號(hào)，if代表第類非正常無(wú)線電信號(hào)第J個(gè)聚類中心，
9.如權(quán)利要求1-5所述的非正常無(wú)線電信號(hào)的自動(dòng)識(shí)別方法，其中系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別的非正常無(wú)線電信號(hào)自動(dòng)保存在臨時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中，檢測(cè)人員對(duì)這些信號(hào)做出最終確認(rèn)后進(jìn)入最終無(wú)線電非正常數(shù)據(jù)庫(kù)，系統(tǒng)定期采用更新的無(wú)線電非正常信號(hào)庫(kù)和當(dāng)?shù)氐谋O(jiān)測(cè)環(huán)境進(jìn)行特征選擇參數(shù)自學(xué)習(xí)和FCM聚類結(jié)果自學(xué)習(xí)，使得系統(tǒng)方法能夠自適應(yīng)變化的電磁環(huán)境，提高了非正常無(wú)線電信號(hào)的檢測(cè)精度和識(shí)別率。
【文檔編號(hào)】H04B17/00GK103812577SQ201210438094
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2012年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月6日
【發(fā)明者】馬方立, 裴崢, 高志升, 陳濤, 何永東, 徐鵬, 徐揚(yáng), 康凱寧, 伊良忠, 秦克云, 宋振明 申請(qǐng)人:西南交通大學(xué), 四川省無(wú)線電監(jiān)測(cè)站, 西華大學(xué)