RU2450356C2 - Method for automated robust classification radio signals according to structure-time parameters - Google Patents
Method for automated robust classification radio signals according to structure-time parameters Download PDFInfo
- Publication number
- RU2450356C2 RU2450356C2 RU2010108858/08A RU2010108858A RU2450356C2 RU 2450356 C2 RU2450356 C2 RU 2450356C2 RU 2010108858/08 A RU2010108858/08 A RU 2010108858/08A RU 2010108858 A RU2010108858 A RU 2010108858A RU 2450356 C2 RU2450356 C2 RU 2450356C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radio signals
- neural network
- structural
- unknown
- probabilistic neural
- Prior art date
Links
Landscapes
- Complex Calculations (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технике связи и может быть использовано в системах радиомониторинга для автоматизированной классификации радиосигналов по структурно-временным параметрам.The invention relates to communication technology and can be used in radio monitoring systems for the automated classification of radio signals according to structural-temporal parameters.
Наиболее близким способом того же назначения к заявляемому изобретению по максимальному количеству сходных признаков является способ классификации радиосигналов по структурно-временным параметрам с использованием устройства типа вероятностной нейронной сети [Каллан Р. Основные концепции нейронных сетей.: Пер. с англ. - М.: Вильямс, 2003. - 288 с.], представляющего собой параллельную реализацию метода Байеса. Суть данного способа заключается в том, что для каждого образца (вектора структурно-временных параметров) радиосигнала можно принять решение на основе выбора наиболее вероятного класса из тех, которым мог бы принадлежать образец. Такое решение требует оценки функции плотности вероятности для каждого класса радиосигналов, которая рассчитывается в соответствии с выражением:The closest method of the same purpose to the claimed invention according to the maximum number of similar features is a method for classifying radio signals according to structural-temporal parameters using a device such as a probabilistic neural network [Callan R. Basic concepts of neural networks .: Transl. from English - M .: Williams, 2003. - 288 p.], Which is a parallel implementation of the Bayesian method. The essence of this method is that for each sample (vector of structural-temporal parameters) of the radio signal, a decision can be made based on the choice of the most probable class from which the sample could belong. Such a solution requires an estimate of the probability density function for each class of radio signals, which is calculated in accordance with the expression:
где х - классифицируемый образец;where x is a classified sample;
nj - число образцов класса j в обучающей выборке;n j is the number of samples of class j in the training set;
хi - i-тый образец класса j;x i is the i-th sample of class j;
σ - параметр, задающий ширину функций потенциала (допустимую дисперсию) и определяющий их влияние. Зарегистрированный радиосигнал идентифицируется с классом, который имеет в данной области признакового пространства наиболее плотное распределение вероятности.σ is a parameter specifying the width of the potential functions (permissible variance) and determining their influence. The registered radio signal is identified with the class that has the most dense probability distribution in a given area of the attribute space.
Последовательность действий при известном способе классификации радиосигналов по структурно-временным параметрам заключается в следующем.The sequence of actions with the known method for classifying radio signals according to structural-temporal parameters is as follows.
1. Производится построение (обучение) классификатора на основе вероятностной нейронной сети в результате выполнения следующих действий:1. The construction (training) of the classifier is carried out on the basis of a probabilistic neural network as a result of the following actions:
- измерение структурно-временных параметров радиосигналов различных классов, формирование учебных данных;- measurement of structural and temporal parameters of radio signals of various classes, the formation of training data;
- построение по учебным данным вероятностной нейронной сети с выбранным экспертным путем значением ширины функции потенциала σ.- building on the training data of a probabilistic neural network with the expert path chosen by the value of the width of the potential function σ.
2. Производится классификация неизвестных сигналов с использованием построенного классификатора на основе вероятностной нейронной сети в результате выполнения следующих действий:2. The unknown signals are classified using the constructed classifier based on a probabilistic neural network as a result of the following actions:
- измерение структурно-временных параметров неизвестного радиосигнала х;- measurement of structural and temporal parameters of an unknown radio signal x;
- расчет функции плотности вероятности для каждого известного класса радиосигналов в области радиосигнала х в соответствии с выражением (1);- calculation of the probability density function for each known class of radio signals in the region of the radio signal x in accordance with expression (1);
- определение класса неизвестного сигнала х по принципу: х∈j, если gj(x)=max.- determination of the class of unknown signal x according to the principle: x∈j if g j (x) = max.
Рассмотренный способ классификации радиосигналов по структурно-временным параметрам с использованием вероятностной нейронной сети принят за прототип.The considered method for classifying radio signals according to structural-temporal parameters using a probabilistic neural network is adopted as a prototype.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании прототипа, относятся следующие недостатки. В известном способе необходимо проводить выбор значения σ экспертным путем. Трудность выбора заключается в том, что различные классы радиосигналов имеют различные значения внутриклассовой дисперсии. Второй причиной является низкая робастность известного способа.The reasons that impede the achievement of the following technical result when using the prototype include the following disadvantages. In the known method, it is necessary to select the value of σ by expert means. The difficulty of choosing is that different classes of radio signals have different values of intra-class dispersion. The second reason is the low robustness of the known method.
В основу изобретения положена задача автоматизации выбора ширины функции потенциала для каждого класса радиосигналов и повышения робастности классификации за счет построения эталонных векторов структурно-временных параметров различных классов радиосигналов.The basis of the invention is the task of automating the choice of the width of the potential function for each class of radio signals and increasing the robustness of classification by constructing reference vectors of structural and temporal parameters of various classes of radio signals.
Поставленная задача достигается тем, что в отличие от известного способа классификации радиосигналов по структурно-временным параметрам с использованием устройства типа вероятностной нейронной сети, заключающегося в том, что по учебным данным, состоящим из векторов структурно-временных параметров сигналов различных классов, производится построение вероятностной нейронной сети с выбранным экспертным путем значением ширины функции потенциала σ, с использованием построенной вероятностной нейронной сети производится оценка плотности распределения вероятности известных классов радиосигналов в области неизвестного (классифицируемого) сигнала и неизвестный сигнал отождествляется с классом, имеющим наиболее плотное распределение вероятности в области неизвестного сигнала, в заявленном способе перед построением вероятностной нейронной сети учебные данные подвергаются процедуре кластеризации, основанной на принципе конкуренции, которая обеспечивает построение набора эталонных векторов структурно-временных параметров известных классов радиосигналов с автоматической оценкой для каждого эталонного вектора значения σ.The problem is achieved in that, in contrast to the known method for classifying radio signals according to structural-temporal parameters using a device of the type probabilistic neural network, which consists in the fact that according to the training data, consisting of vectors of structural-temporal parameters of signals of various classes, a probabilistic neural networks with the expert-selected value of the width of the potential function σ, using the constructed probabilistic neural network, the density is estimated the probability distribution of the known classes of radio signals in the region of an unknown (classified) signal and the unknown signal is identified with the class having the most dense probability distribution in the region of the unknown signal, in the inventive method, before constructing a probabilistic neural network, the training data undergoes a clustering procedure based on the competition principle, which provides building a set of reference vectors of structural-temporal parameters of known classes of radio signals with automatic eskoy estimate for each reference vector values σ.
Благодаря введению в известный способ совокупности существенных отличительных признаков заявляемый способ позволяет автоматизировать и повысить робастность процесса классификации радиосигналов по структурно-временным параметрам.Thanks to the introduction of a set of essential distinguishing features into the known method, the claimed method allows to automate and increase the robustness of the process of classifying radio signals according to structural-temporal parameters.
Процедура предварительной кластеризации позволяет автоматически формировать набор эталонных векторов структурно-временных параметров известных классов радиосигналов, являющихся усредненным значением векторов параметров известных классов радиосигналов. Построенная по эталонным векторам вероятностная нейронная сеть обладает робастностью при решении задачи классификации за счет того, что сформированные эталонные векторы являются оптимальной оценкой истинных структурно-временных параметров радиосигналов различных классов.The preliminary clustering procedure allows you to automatically generate a set of reference vectors of structural and temporal parameters of known classes of radio signals, which are the average value of the parameter vectors of known classes of radio signals. The probabilistic neural network constructed from the reference vectors is robust in solving the classification problem due to the fact that the generated reference vectors are the optimal estimate of the true structural and temporal parameters of radio signals of various classes.
Кроме того, рассчитанные по результатам кластеризации значения дисперсии сформированных кластеров используются в качестве значений ширины функции потенциала при построении вероятностной нейронной сети, что позволяет автоматизировать процесс классификации, так как не требуется выбирать значения ширины функции потенциала экспертным путем.In addition, the dispersion values of the formed clusters calculated from the results of clustering are used as the values of the width of the potential function when constructing a probabilistic neural network, which allows us to automate the classification process, since it is not necessary to select the values of the width of the potential function by experts.
Способ автоматизированной робастной классификации радиосигналов по структурно-временным параметрам заключается в последовательном выполнении следующих действий.A method of automated robust classification of radio signals according to structural-temporal parameters consists in sequentially performing the following actions.
1. Производится построение (обучение) классификатора на основе вероятностной нейронной сети, заключающееся в последовательности выполнения следующих действий:1. The construction (training) of the classifier is carried out on the basis of a probabilistic neural network, which consists in the sequence of the following actions:
1.1 Измеряются структурно-временные параметры радиосигналов для формирования учебных данных {Х}i, i=1…N, где N - количество учебных образцов.1.1 Structural and temporal parameters of radio signals are measured for the formation of training data {X} i , i = 1 ... N, where N is the number of training samples.
1.2 Проводится кластеризация набора учебных векторов структурно-временных параметров радиосигналов {X}. Кластеризация производится следующим образом:1.2 A set of clustering vectors of structural-temporal parameters of radio signals {X} is being clustered. Clustering is performed as follows:
1.2.1 Формируется набор эталонных векторов {Y}i, i=1…N, проинициализированных случайными значениями.1.2.1 A set of reference vectors {Y} i , i = 1 ... N, initialized by random values is generated.
1.2.2 Случайным образом выбирается один из векторов обучающей выборки {X}i.1.2.2 Randomly select one of the vectors of the training set {X} i .
1.2.3 Определяется вектор-победитель {Y}c, который наиболее похож на вектор входов. Под похожестью понимается расстояние между векторами в евклидовом пространстве.1.2.3 The winner vector {Y} c is determined, which is most similar to the input vector. By similarity is meant the distance between vectors in Euclidean space.
1.2.4 Производится корректировка набора эталонных векторов {Y}i по формуле:1.2.4. The correction of the set of reference vectors {Y} i is performed according to the formula:
Yi(t+1)=Yi(t)+hci(t)·(X(t)-Yi(t)),Y i (t + 1) = Y i (t) + h ci (t) (X (t) -Y i (t)),
где t - номер эпохи. Функция h(t) называется функцией соседства, которая делится на функцию расстояния и функцию скорости обучения и определяется как:where t is the era number. The function h (t) is called the neighborhood function, which is divided into a distance function and a learning speed function and is defined as:
h(t)=h(||rc-ri||,t)·α(t),h (t) = h (|| r c -r i ||, t) · α (t),
где r определяет положение вектора в выборке, - функция расстояния, θ{t} - радиус обучения, d=||rc-ri|| - расстояние между вектором-победителем и i-тым вектором, - функция скорости обучения, А и В - константы скорости. На первоначальном этапе выбираются достаточно большие значения скорости обучения А, В и радиуса обучения θ{t), что позволяет расположить векторы {Y} в соответствии с распределением примеров в учебных данных, а затем производится точная подстройка векторов {Y}, когда значения параметров скорости обучения много меньше начальных.where r determines the position of the vector in the sample, is the distance function, θ {t} is the learning radius, d = || r c -r i || is the distance between the winning vector and the i-th vector, is a function of the learning rate, A and B are the rate constants. At the initial stage, sufficiently large values of the learning speed A, B and the learning radius θ {t) are selected, which allows one to arrange the vectors {Y} in accordance with the distribution of examples in the training data, and then fine-tuning the vectors {Y} when the values of the speed parameters are performed learning is much less than the initial.
1.2.5 Осуществляется возврат к этапу 1.2.2, пока t не достигнет заданной величины Т. Для успешной реализации способа T>1000.1.2.5. Returns to step 1.2.2 until t reaches the specified value T. For the successful implementation of the method T> 1000.
По результатам кластеризации формируется набор эталонных векторов структурно-временных параметров радиосигналов {Y}, j=1…M, где М - количество полученных эталонных образцов, причем M<N, и соответствующие им дисперсии σj.Based on the results of clustering, a set of reference vectors of the structural-temporal parameters of radio signals {Y}, j = 1 ... M, is formed, where M is the number of received reference samples, with M <N, and the corresponding variances σ j .
1.3 Проводится построение по эталонным данным {Y} вероятностной нейронной сети с соответствующей каждому вектору (образцу) σj.1.3 A probabilistic neural network is constructed from the reference data {Y} with a corresponding σ j vector (sample).
2. Проводится классификация неизвестных сигналов с использованием построенного классификатора на основе вероятностной нейронной сети, заключающаяся в последовательности выполнения следующих действий:2. Classification of unknown signals is carried out using the constructed classifier based on a probabilistic neural network, which consists in the sequence of the following actions:
2.1 Производится измерение структурно-временных параметров неизвестного радиосигнала х.2.1. Measurement of the structural-temporal parameters of the unknown radio signal x.
2.2 Рассчитывается функция плотности вероятности для каждого известного класса радиосигналов в области радиосигнала х в соответствии с выражением (1).2.2 The probability density function is calculated for each known class of radio signals in the region of the radio signal x in accordance with expression (1).
2.3 Определяется класс неизвестного сигнала х по принципу: x∈j, если gj(x)=max.2.3 The unknown signal class x is determined by the principle: x∈j if g j (x) = max.
Преимущество изобретения состоит в том, что по сравнению с прототипом заявленный способ позволяет решать задачу классификации радиосигналов по структурно-временным параметрам полностью в автоматическом режиме и снижает вероятность принятия ложного решения (классификации), обусловленного случайными флуктуациями радиосигналов, на 10-20%, то есть повышения робастности классификации.The advantage of the invention is that, compared with the prototype, the claimed method allows to solve the problem of classifying radio signals according to structural-temporal parameters completely automatically and reduces the likelihood of making a false decision (classification) due to random fluctuations of radio signals by 10-20%, i.e. increase robustness classification.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010108858/08A RU2450356C2 (en) | 2010-03-09 | 2010-03-09 | Method for automated robust classification radio signals according to structure-time parameters |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010108858/08A RU2450356C2 (en) | 2010-03-09 | 2010-03-09 | Method for automated robust classification radio signals according to structure-time parameters |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010108858A RU2010108858A (en) | 2011-09-20 |
RU2450356C2 true RU2450356C2 (en) | 2012-05-10 |
Family
ID=44758344
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010108858/08A RU2450356C2 (en) | 2010-03-09 | 2010-03-09 | Method for automated robust classification radio signals according to structure-time parameters |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2450356C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2801063C1 (en) * | 2023-03-20 | 2023-08-01 | Николай Александрович Соколов | Method for automated classification of search objects in multichannel magnetometric system based on artificial neural network |
US11825324B2 (en) | 2016-03-08 | 2023-11-21 | Aurora Insight Inc. | System and method for large-scale radio frequency signal collection and processing |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111612097B (en) * | 2020-06-02 | 2023-02-07 | 华侨大学 | GRU network-based master user number estimation method |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1718237A1 (en) * | 1990-03-05 | 1992-03-07 | Специальное Конструкторское Бюро Вычислительной Техники Института Кибернетики Ан Эстонии | Analog signal separator |
RU2268485C2 (en) * | 2003-05-20 | 2006-01-20 | Войсковая часть 45807 | Device for classification of digital signals order |
-
2010
- 2010-03-09 RU RU2010108858/08A patent/RU2450356C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1718237A1 (en) * | 1990-03-05 | 1992-03-07 | Специальное Конструкторское Бюро Вычислительной Техники Института Кибернетики Ан Эстонии | Analog signal separator |
RU2268485C2 (en) * | 2003-05-20 | 2006-01-20 | Войсковая часть 45807 | Device for classification of digital signals order |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
КАЛЛАН РОБЕРТ. Основные концепции нейронных сетей/Пер. с англ. - М.: издательский дом «Вильямс», 2001, стр.80-82, 154-155, 158-159. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11825324B2 (en) | 2016-03-08 | 2023-11-21 | Aurora Insight Inc. | System and method for large-scale radio frequency signal collection and processing |
RU2801063C1 (en) * | 2023-03-20 | 2023-08-01 | Николай Александрович Соколов | Method for automated classification of search objects in multichannel magnetometric system based on artificial neural network |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2010108858A (en) | 2011-09-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN111181939B (en) | Network intrusion detection method and device based on ensemble learning | |
Ozturk et al. | RF-based low-SNR classification of UAVs using convolutional neural networks | |
Álvarez-Meza et al. | Unsupervised kernel function building using maximization of information potential variability | |
CN109299668A (en) | A kind of hyperspectral image classification method based on Active Learning and clustering | |
JP6821615B2 (en) | Mask estimation device, model learning device, sound source separation device, mask estimation method, model learning method, sound source separation method and program | |
CN113364751A (en) | Network attack prediction method, computer-readable storage medium, and electronic device | |
CN111862951A (en) | Voice endpoint detection method and device, storage medium and electronic equipment | |
WO2015146113A1 (en) | Identification dictionary learning system, identification dictionary learning method, and recording medium | |
Zhang et al. | Latency prediction for delay-sensitive v2x applications in mobile cloud/edge computing systems | |
CN112884147A (en) | Neural network training method, image processing method, device and electronic equipment | |
CN115114958A (en) | Electromagnetic signal open set identification method based on supervised contrast learning | |
KR101693405B1 (en) | Apparatus and method for detecting anomaly intrusion using local deviation factor graph based algorithm | |
RU2450356C2 (en) | Method for automated robust classification radio signals according to structure-time parameters | |
CN113128584B (en) | Mode-level unsupervised sorting method of multifunctional radar pulse sequence | |
CN111444816A (en) | Multi-scale dense pedestrian detection method based on fast RCNN | |
JP2008059080A (en) | Method for selecting learning data of signal identification device | |
CN113065395A (en) | Radar target new class detection method based on generation countermeasure network | |
JP2015232805A (en) | Image processing method, image processor, and image processing program | |
KR102183672B1 (en) | A Method of Association Learning for Domain Invariant Human Classifier with Convolutional Neural Networks and the method thereof | |
CN114550221B (en) | Pedestrian re-identification method, device, equipment and storage medium | |
CN116229512A (en) | Pedestrian re-identification model building method based on cross-camera self-distillation and application thereof | |
CN116192530A (en) | Unknown threat self-adaptive detection method based on deceptive defense | |
CN113887357B (en) | Face representation attack detection method, system, device and medium | |
CN113420791B (en) | Access control method and device for edge network equipment and terminal equipment | |
CN114548569A (en) | Missing link prediction method, system and storage medium in heterogeneous social network |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180310 |