RU2430417C1 - Radio signal recognition method - Google Patents

Radio signal recognition method Download PDF

Info

Publication number
RU2430417C1
RU2430417C1 RU2010121268/08A RU2010121268A RU2430417C1 RU 2430417 C1 RU2430417 C1 RU 2430417C1 RU 2010121268/08 A RU2010121268/08 A RU 2010121268/08A RU 2010121268 A RU2010121268 A RU 2010121268A RU 2430417 C1 RU2430417 C1 RU 2430417C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radio signal
signal
radio signals
received
radio
Prior art date
Application number
RU2010121268/08A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Александрович Устинов (RU)
Андрей Александрович Устинов
Сергей Викторович Дворников (RU)
Сергей Викторович Дворников
Сергей Сергеевич Дворников (RU)
Сергей Сергеевич Дворников
Максим Александрович Коноплев (RU)
Максим Александрович Коноплев
Георгий Александрович Сухаруков (RU)
Георгий Александрович Сухаруков
Александр Иванович Осадчий (RU)
Александр Иванович Осадчий
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия связи имени С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия связи имени С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия связи имени С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации
Priority to RU2010121268/08A priority Critical patent/RU2430417C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2430417C1 publication Critical patent/RU2430417C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Monitoring And Testing Of Transmission In General (AREA)

Abstract

FIELD: information technology. ^ SUBSTANCE: radio signal recognition method involves giving standard radio signals first, discretisation, quantisation and frame wavelet transformation of the sequence of quantised readings of standard radio signals. A standard radio signal attribute vector is then generated from the wavelet coefficients of the standard radio signals, after which the recognised radio signal is received and its attribute vector is generated in the same way as that of standard radio signals. The received signal is then identified by comparing its attributes with attributes of standard radio signals, where for each time reading of the radio signal, the maximum wavelet coefficient is picked up from corresponding wavelet coefficients at filter outputs, onto which the rest of the wavelet coefficients corresponding to the given time reading of the radio signal are standardised, and average power values of the wavelet coefficients obtained at the output of each filter are chosen as attribute vectors. The received radio signal is identified through successive modulo subtraction of elements of its attribute vector from attribute vectors of each of the standard radio signals, and the recognised radio signal is the incident standard radio signal, the difference between attribute vectors of which is minimal. ^ EFFECT: high efficiency while maintaining the required probability of correct recognition. ^ 12 dwg

Description

Изобретение отнится к распознаванию образов, а именно - к способам распознавания радиосигналов, в частности к способам распознавания вида и параметров модуляции радиосигналов. Способ может быть использован в технических средствах распознавания радиосигналов фазовой манипуляции.The invention relates to pattern recognition, namely to methods for recognizing radio signals, in particular to methods for recognizing the form and modulation parameters of radio signals. The method can be used in the technical means of recognition of radio signals of phase manipulation.

Известен способ распознавания радиосигналов на основе сингулярного разложения псевдо-частотно-временного распределения (псевдо-ЧВР) Вигнера-Вилле [N.M.Marinovic, G.Eichmann. An expansion of Wigner distribution and its applications. - Proc. IEEE ICASSP-85, 1985, pp.1021-1024], в котором предварительно на основе псевдо-ЧВР Вигнера-Вилле формируют матрицы распределения энергии (РЭ) эталонных радиосигналов, выполняют их спектральное разложение, формируют параметры эталонных радиосигналов, затем принимают распознаваемый радиосигнал, дискретизируют и квантуют его, формируют матрицу распределения энергии принятого радиосигнала, выделяют признаки принятого радиосигнала, сравнивают их с параметрами эталонных радиосигналов и по результатам сравнения идентифицируют принятый радиосигнал.A known method for the recognition of radio signals based on the singular decomposition of the pseudo-frequency-time distribution (pseudo-CWR) Wigner-Ville [N.M. Marinovic, G. Eichmann. An expansion of Wigner distribution and its applications. - Proc. IEEE ICASSP-85, 1985, pp.1021-1024], in which the energy distribution matrices (REs) of the reference radio signals are preliminarily generated on the basis of the Wigner-Ville pseudo-FEC, their spectral decomposition is performed, the parameters of the reference radio signals are formed, then a recognized radio signal is received, discretize and quantize it, form the matrix of the energy distribution of the received radio signal, select the signs of the received radio signal, compare them with the parameters of the reference radio signals and identify the received radio signal from the results of the comparison.

Недостатком указанного способа является относительно низкая вероятность правильного распознавания (вероятность правильного распознавания - относительная частота принятия правильного решения при отнесении принятого радиосигнала к одному из эталонных классов. Событие правильного распознавания является противоположным (дополнительным) к событию ошибочного распознавания (Ррасп=1-Рош) - см. Дж.Ту, Р.Гонсалес. Принципы распознавания образов. Пер. с англ. - М.: Мир, 1978, стр.142-152) радиосигналов сложной частотно-временной структуры, а также радиосигналов при воздействии на них шумов и помех, что обусловлено особенностями используемого для распознавания псевдо-ЧВР Вигнера-Вилле [Коэн Л. Время-частотные распределения. Обзор // ТИИЭР, 1989, т.77, №10. С.72-121]. Снижение вероятности правильного распознавания происходит вследствие появления интерференционного фона и ложных пиков мощности в псевдо-ЧВР Вигнера-Вилле, искажающих реальную картину РЭ сигнала в координатах частота-время.The disadvantage of this method is the relatively low probability of correct recognition (the probability of correct recognition is the relative frequency of making the right decision when assigning the received radio signal to one of the reference classes. The correct recognition event is the opposite (additional) to the error recognition event (P dec = 1-P osh ) - see J. Tu, R. González, Principles of Pattern Recognition, Translated from English - Moscow: Mir, 1978, pp. 142-152) of radio signals of complex time-frequency structure, as well as for signals when exposed to noise and interference, which is due to the features used for the recognition of pseudo-FWM Wigner-Ville [Cohen L. Time-frequency distribution. Review // TIIER, 1989, v.77, No. 10. S.72-121]. The probability of correct recognition is reduced due to the appearance of interference background and false power peaks in the Wigner-Ville pseudo-FWM, which distort the real picture of the RE signal in frequency-time coordinates.

Известен способ распознавания радиосигналов по патенту РФ №2261476, МПК7 G06К 9/00 от 27.09.2005 г. В этом способе предварительно задают эталонные радиосигналы. Затем эталонные радиосигналы дискретизируют, квантуют и выполняют над ними операцию непрерывного вейвлет-преобразования (ВП) с целью получения матрицы РЭ. После чего для каждой матрицы РЭ формируют вектор РЭ. Затем для всех полученных векторов РЭ вычисляют общую ковариационную матрицу. После чего выполняют спектральное разложение матриц РЭ эталонных радиосигналов путем вычисления собственных векторов и собственных значений общей ковариационной матрицы. Затем формируют усеченную матрицу собственных векторов путем выбора собственных векторов общей ковариационной матрицы, соответствующих ее максимальным собственным значениям. При формировании параметров эталонных радиосигналов умножают усеченную матрицу собственных векторов на векторы РЭ эталонных радиосигналов, а в качестве параметров эталонов используются средние значения полученных произведений. После чего принимают распознаваемый радиосигнал, дискретизируют его, квантуют и затем выполняют операцию непрерывного ВП его квантованных отсчетов. Затем из матрицы РЭ формируют вектор РЭ, а для выделения признаков принятого радиосигнала умножают усеченную матрицу собственных векторов на его вектор РЭ. Результаты вычислений принимают в качестве признаков распознавания принятого радиосигнала, которые последовательно сравнивают с параметрами полученных ранее эталонов. Результаты сравнения служат основой для принятия решения о соотнесении распознаваемого радиосигнала к тому или иному классу.A known method of recognizing radio signals according to the patent of the Russian Federation No. 2261476, IPC 7 G06K 9/00 from 09/27/2005, in this method, the reference radio signals are pre-set. Then, the reference radio signals are discretized, quantized, and a continuous wavelet transform (VP) operation is performed on them in order to obtain an RE matrix. After that, for each matrix RE form the vector RE. Then, for all obtained RE vectors, the total covariance matrix is calculated. After that, spectral decomposition of the RE matrices of the reference radio signals is performed by calculating the eigenvectors and eigenvalues of the total covariance matrix. Then a truncated matrix of eigenvectors is formed by choosing the eigenvectors of the general covariance matrix corresponding to its maximum eigenvalues. When forming the parameters of the reference radio signals, a truncated matrix of eigenvectors is multiplied by the RE vectors of the reference radio signals, and the average values of the obtained products are used as the parameters of the standards. After that, a recognizable radio signal is received, it is sampled, quantized, and then the continuous VP operation of its quantized samples is performed. Then, an RE vector is formed from the RE matrix, and a truncated matrix of eigenvectors is multiplied by its RE vector to extract features of the received radio signal. The calculation results are taken as signs of recognition of the received radio signal, which are sequentially compared with the parameters of the previously obtained standards. The comparison results serve as the basis for deciding on the correlation of the recognized radio signal to one or another class.

Недостатком рассмотренного способа является относительно низкая оперативность (быстродействие)(быстродействие - время перехода системы из некоторого начального состояния в требуемое конечное; одна из оценок качества системы - см. Словарь по кибернетике. Киев.: Укр. Сов. Энциклопедия, 1979 г., 623 с. // С.89.) самого процесса распознавания, обусловленная необходимостью выполнения операций непрерывного ВП, выполнения спектрального разложения матриц РЭ и формирования усеченной матрицы собственных векторов, которые связаны со значительным объемом вычислительных операций.The disadvantage of the considered method is the relatively low responsiveness (speed) (speed is the time it takes for the system to transition from a certain initial state to the desired final state; one of the system quality ratings is see Dictionary on Cybernetics. Kiev: Ukr. Sov. Encyclopedia, 1979, 623 p. // S.89.) of the recognition process itself, due to the need to perform continuous VP operations, perform spectral decomposition of RE matrices and form a truncated matrix of eigenvectors that are associated with a significant amount computing operations.

Наиболее близким аналогом по технической сущности к заявленному является способ распознавания радиосигналов по патенту РФ №2356064, МПК7 G06К 9/00 от 20.05.2009 г. В ближайшем аналоге предварительно задают эталонные радио-сигналы. Затем для каждого эталонного радиосигнала формируют его матрицу РЭ. С этой целью эталонные радиосигналы дискретизируют, квантуют и затем выполняют операцию фреймового (вейвлет-фреймы - это вейвлет-преобразование, использующее кратное двум масштабирование (по частоте), и непрерывные сдвиги (по времени) - см. В. Дьяконов. Вейвлеты. От теории к практике. - М.: СОЛОН-Р, 2002, 448 с.) ВП, путем фильтрации их квантованных отсчетов посредством фильтров, полосы пропускания которых каждый раз увеличивают в два раза с возрастанием порядкового номера фильтра. После этого полученные с выхода каждого из фильтров вейвлет-коэффициенты (ВК) нормируют, ранжируют и исключают малозначимые ВК. В качестве малозначимых выбирают совокупность ВК, начиная от наименьшего, суммарная энергия которых составляет 10-30% от суммарной энергии всей совокупности ВК на выходе каждого из фильтров соответственно. Затем из оставшихся ВК формируют матрицу РЭ, причем строками матрицы РЭ каждого эталонного радиосигнала являются ВК, полученные на выходе фильтров. А из матриц РЭ эталонных радиосигналов формируют их векторы признаков путем построчной конкатенации всех ВК сформированных матриц РЭ. После этого принимают распознаваемый радиосигнал, из квантованных отсчетов которого формируют матрицу РЭ и вектор признаков, аналогично как и для эталонных радиосигналов. Идентифицируют принятый радиосигнал путем вычитания по модулю его вектора признаков из векторов признаков каждого из эталонных радиосигналов. Распознаваемый радиосигнал считают инцидентным эталонному радиосигналу, разница векторов признаков с которым минимальна.The closest analogue in technical essence to the claimed one is the method of recognition of radio signals according to RF patent No. 2356064, IPC 7 G06K 9/00 of 05/20/2009. In the closest analogue, reference radio signals are pre-set. Then, for each reference radio signal, its RE matrix is formed. To this end, reference radio signals are sampled, quantized, and then perform a frame operation (wavelet frames are a wavelet transform that uses a multiple of two scaling (in frequency) and continuous shifts (in time) - see V. Dyakonov. Wavelets. From theory to practice. - M.: SOLON-R, 2002, 448 pp.) VP, by filtering their quantized readings by means of filters, the bandwidth of which each time doubles with increasing filter serial number. After that, the wavelet coefficients (VK) obtained from the output of each filter are normalized, ranked and excluded insignificant VK. The VC set is selected as insignificant, starting from the lowest, the total energy of which is 10-30% of the total energy of the entire VC set at the output of each filter, respectively. Then, from the remaining VCs, an RE matrix is formed, with the rows of the RE matrix of each reference radio signal being the VC obtained at the output of the filters. And from the RE matrices of the reference radio signals, their feature vectors are formed by line-wise concatenation of all the VC generated RE matrices. After that, a recognizable radio signal is received, from the quantized samples of which an RE matrix and a feature vector are formed, similarly to the reference radio signals. The received radio signal is identified by subtracting modulo its feature vector from the feature vectors of each of the reference radio signals. The recognized radio signal is considered incident with the reference radio signal, the difference of feature vectors with which is minimal.

Недостатком способа-прототипа является относительно низкая оперативность (быстродействие), вызванная необходимостью отбора малозначимых ВК при формировании вектора признаков, и относительно низкая вероятность правильного распознавания при воздействии шумов и помех, что обусловлено неравномерным распределением их мощности по ВК формируемой матрицы РЭ [В.Дьяконов Вейвлеты. От теории к практике. - М.: СОЛОН-Р, - 2002. 448 с.].The disadvantage of the prototype method is the relatively low efficiency (speed) caused by the need to select unimportant VCs when forming a feature vector and the relatively low probability of correct recognition when exposed to noise and interference, due to the uneven distribution of their power across the VC of the generated matrix of the RE [V. Dyakonov Wavelets . From theory to practice. - M .: SOLON-R, - 2002.448 s.].

Целью заявленного технического решения является разработка способа распознавания радиосигналов, обеспечивающего повышение оперативности распознавания при сохранении требуемой вероятности правильного распознавания, за счет предварительного нормирования ВК радиосигналов, поступающих с выходов фильтров каждый раз при воздействии на них очередного временного отсчета при формировании его матрицы РЭ. Причем в качестве нормирующего значения каждый раз выбирается максимальный ВК только среди тех ВК, которые появляются в этот момент времени на выходах фильтров [Дворников С.В., Сауков A.M. Модификация частотно-временных описаний нестационарных процессов на основе показательных и степенных функций // Научное приборостроение. Т.14. 2004. №2. С.57-66]. Указанный способ нормирования определен как временное нормирование, поскольку для матрицы РЭ нормирование ВК осуществляется по координатной оси выходов фильтров для каждого значения координатной оси временных отсчетов). И выбора в качестве элементов векторов признаков средних значений мощности ВК, полученных на выходе каждого из фильтров.The purpose of the claimed technical solution is to develop a method for recognizing radio signals, providing increased recognition efficiency while maintaining the required probability of correct recognition, by pre-normalizing the VC of the radio signals coming from the filter outputs every time they are subjected to the next time reference when forming its RE matrix. Moreover, as a normalizing value, the maximum VK is selected each time only among those VK that appear at this time at the filter outputs [Dvornikov SV, Saukov A.M. Modification of time-frequency descriptions of non-stationary processes based on exponential and power functions // Scientific Instrument Making. T.14. 2004. No2. S.57-66]. The specified normalization method is defined as temporary normalization, since for the RE matrix, VK normalization is carried out along the coordinate axis of the filter outputs for each value of the coordinate axis of time samples). And the choice as elements of the vectors of signs of the average power values of the VC obtained at the output of each of the filters.

Поставленная цель достигается тем, что в способе распознавания радиосигналов предварительно задают L≥2 эталонных радиосигналов. Формируют для каждого l-го эталонного радиосигнала, где l=1, …, L, матрицу РЭ Мl, для чего его дискретизируют, квантуют и затем выполняют операцию фреймового ВП последовательности его квантованных отчетов, с помощью К≥2 фильтров. Для чего полосу пропускания ΔФk k-того фильтра, где k=1, …, K, выбирают из условия ΔФk=2(k-1)ΔФ, где ΔФ - ширина полосы пропускания первого фильтра. Затем из ВК l-го эталонного радиосигнала, полученных в каждой k-той полосе частот ΔФk формируют вектор признаков l-го эталонного радиосигнала. После чего принимают распознаваемый радиосигнал и формируют его вектор признаков аналогично, как и для l-го эталонного радиосигнала. Затем идентифицируют принятый радиосигнал путем сравнения его признаков с признаками эталонных радиосигналов.This goal is achieved by the fact that in the method of recognition of radio signals pre-set L≥2 reference radio signals. For each l-th reference radio signal, where l = 1, ..., L, an RE matrix М l is formed , for which it is sampled, quantized, and then the frame VP operation of the sequence of its quantized reports is performed using K≥2 filters. Why the passband ΔФ k of the k-th filter, where k = 1, ..., K, is selected from the condition ΔФ k = 2 (k-1) ΔФ, where ΔФ is the bandwidth of the first filter. Then, from the VC of the l-th reference radio signal received in each k-th frequency band Δ Ф k , a feature vector of the l-th reference radio signal is formed. After that, a recognizable radio signal is received and its feature vector is formed in the same way as for the l-th reference radio signal. Then, the received radio signal is identified by comparing its features with those of the reference radio signals.

Причем для каждого временного отсчета радиосигнала из числа соответствующих ему ВК на выходах фильтров выделяют максимальный, на который нормируют остальные ВК, соответствующие данному временному отсчету радиосигнала. А в качестве элементов векторов признаков выбирают средние значения мощности ВК, полученные на выходе каждого из фильтров. Причем принятый радиосигнал идентифицируют путем последовательного вычитания по модулю элементов его вектора признаков из элементов векторов признаков каждого из L эталонных радиосигналов и распознаваемый радиосигнал считают инцидентным эталонному радиосигналу, разница векторов признаков с которым минимальна.Moreover, for each time reference of the radio signal from the number of corresponding VCs at the filter outputs, the maximum is allocated, to which the remaining VCs are normalized, corresponding to this time reference of the radio signal. And as the elements of the feature vectors, the average values of the VC power obtained at the output of each of the filters are selected. Moreover, the received radio signal is identified by sequentially subtracting modulo elements of its feature vector from the feature vector elements of each of the L reference radio signals and the recognized radio signal is considered to be incident with the reference radio signal, the difference of feature vectors with which is minimal.

Благодаря новой совокупности существенных признаков в заявленном способе обеспечивается снижение количества вычислительных операций при формировании векторов признаков за счет исключения процедур отбора малозначимых ВК, а также выбора в качестве элементов вектора признаков среднего значения мощности ВК на выходе каждого фильтра. Этим достигается сокращение процедур процесса распознавания радиосигналов и тем самым обеспечивается более высокая оперативность. Кроме того, нормирование ВК на выходах фильтров для каждого временного отсчета радиосигнала (временное нормирование) позволило уменьшить негативное влияние аддитивных и мультипликативных шумов, что обеспечило устойчивость формируемых векторов признаков и в результате повысило вероятность правильного распознавания.Thanks to the new set of essential features in the claimed method, the number of computational operations is reduced during the formation of feature vectors by eliminating the selection procedures of insignificant VC, as well as the choice of the average VC power at the output of each filter as the element of the feature vector. This achieves a reduction in the procedures for the process of recognition of radio signals and thereby provides higher efficiency. In addition, normalizing the VC at the filter outputs for each time reference of the radio signal (time normalization) made it possible to reduce the negative effect of additive and multiplicative noise, which ensured the stability of the generated feature vectors and as a result increased the probability of correct recognition.

Заявленный способ поясняется чертежами, на которых показаны:The claimed method is illustrated by drawings, which show:

фиг.1. Принцип вычисления матрицы РЭ радиосигнала на основе фреймового ВП;figure 1. The principle of calculating the RE matrix of a radio signal based on a frame VP;

фиг.2. Фрагмент тестового сигнала S1(t) (сигнал без шумов);figure 2. A fragment of the test signal S 1 (t) (signal without noise);

фиг.3. Фрагмент тестового сигнала Z1(t) (сигнал Z1(t) представляет сигнал S1(t) в мультипликативных и аддитивных шумах);figure 3. A fragment of the test signal Z 1 (t) (signal Z 1 (t) represents the signal S 1 (t) in multiplicative and additive noise);

фиг.4. Матрица РЭ тестового сигнала S1(t);figure 4. The matrix of RE test signal S 1 (t);

фиг.5. Матрица РЭ тестового сигнала Z1(t) без операций временного нормирования;figure 5. Matrix RE of the test signal Z 1 (t) without operations of time normalization;

фиг.6. Матрица РЭ тестового сигнала Z1(t) после операций временного нормирования;Fig.6. The matrix of RE test signal Z 1 (t) after the operations of temporary normalization;

фиг.7. Вектор разности векторов признаков тестового сигнала S1(t) и тестового сигнала Z1(t) без применения операции временного нормирования;Fig.7. The vector of the difference of the feature vectors of the test signal S 1 (t) and test signal Z 1 (t) without applying the time normalization operation;

фиг.8. Вектор разности векторов признаков тестового сигнала S1(t) и тестового сигнала Z1(t) после применения операции временного нормирования;Fig.8. The vector of the difference of the feature vectors of the test signal S 1 (t) and test signal Z 1 (t) after applying the time normalization operation;

фиг.9. Спектр тестового сигнала S11(t);Fig.9. The spectrum of the test signal S 11 (t);

фиг.10. Спектр тестового сигнала S12(t);figure 10. The spectrum of the test signal S 12 (t);

фиг.11. Спектр распознаваемого тестового сигнала Z11(t), представляющего тестовый сигнал S11(t) в шумах при отношении сигнал/шум (ОСШ) 10 дБ;11. The spectrum of the recognized test signal Z 11 (t) representing the test signal S 11 (t) in noise at a signal-to-noise ratio (SNR) of 10 dB;

фиг.12. Вектор разности векторов признаков сигналов S11(t) и Z11(t) и вектор разности векторов признаков сигналов S11(t) и S12(t).Fig.12. The vector of the difference of the feature vectors of the signals S 11 (t) and Z 11 (t) and the vector of the difference of the feature vectors of the signals S 11 (t) and S 12 (t).

Реализация заявленного способа объясняется следующим образом.The implementation of the claimed method is explained as follows.

Предварительно задают L эталонных радиосигналов, число и типы которых охватывают возможное число и типы реальных радиосигналов, подлежащих распознаванию.Pre-set L reference radio signals, the number and types of which cover the possible number and types of real radio signals to be recognized.

Затем выполняют совокупность процедур по формированию вектора признаков каждого l-го эталонного радиосигнала, где l=1, …, L. Для этого каждый эталонный радиосигнал дискретизируют и квантуют. Процедуры дискретизации и квантования аналоговых сигналов известны и описаны, например [В.Григорьев. Передача сигналов в зарубежных информационно-технических системах. - СПб.: ВАС, 1998, стр.83-85], причем квантованные выборки эталонных последовательностей радиосигналов формируют в соответствии с требованиями вычисления статистических оценок [Математический энциклопедический словарь. М.: Сов. Энциклопедия, 1988, 847 с.; Г.Корн, Т.Корн. Справочник по математике. Пер. с англ. - М.: Наука, 1977, стр.638-643]. Длина выборки N (значение дискретных отчетов радиосигналов n=1, …,N) выбирается в пределах 256…16384, в зависимости от требований по вероятности правильного распознавания и времени обработки (длина выборки должна быть кратна значению 2i, где i - целое число). Чем больше N, тем выше вероятность правильного распознавания, но при этом время обработки возрастает.Then, a set of procedures is performed to form a feature vector of each l-th reference radio signal, where l = 1, ..., L. For this, each reference radio signal is sampled and quantized. The sampling and quantization procedures for analog signals are known and described, for example [V.Grigoriev. Signal transmission in foreign information technology systems. - SPb .: VAS, 1998, pp. 83-85], and the quantized samples of the reference sequences of radio signals are formed in accordance with the requirements of calculating statistical estimates [Mathematical Encyclopedic Dictionary. M .: Sov. Encyclopedia, 1988, 847 p .; G.Corn, T.Corn. Math reference. Per. from English - M .: Nauka, 1977, pp. 638-643]. The sample length N (the value of discrete reports of radio signals n = 1, ..., N) is selected within 256 ... 16384, depending on the requirements for the probability of correct recognition and processing time (the sample length must be a multiple of 2 i , where i is an integer) . The larger N, the higher the probability of correct recognition, but the processing time increases.

Затем формируют совокупность матриц РЭ {М1…МL}, для чего над квантованными выборками эталонных радиосигналов выполняют операцию фреймового ВП. Операция фреймового ВП заключается в фильтрации выборок квантованного радиосигнала с помощью совокупности из К≥1 фильтров (фиг.1). Общее число К фильтров при этом определяют с учетом условия:Then a set of matrices RE {M 1 ... M L } is formed, for which a frame IP operation is performed on the quantized samples of reference radio signals. The operation of the frame VP consists in filtering the samples of the quantized radio signal using a combination of K≥1 filters (figure 1). The total number K of filters in this case is determined taking into account the conditions:

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

где ΔF - ширина спектра радиосигнала; ΔФ1 - ширина полосы пропускания первого фильтра [В.Дьяконов. Вейвлеты. От теории к практике. - М.: СОЛОН-Р, 2002, 448 с., с.117-121]. В свою очередь ширина полосы пропускания ΔФk k-го фильтра, где k=1, …, К, выбирают из условияwhere ΔF is the width of the spectrum of the radio signal; ΔF 1 - bandwidth of the first filter [V. Dyakonov. Wavelets. From theory to practice. - M .: SOLON-R, 2002, 448 p., Pp. 117-121]. In turn, the bandwidth ΔF k of the k-th filter, where k = 1, ..., K, is selected from the condition

ΔФk=2(k-1)ΔФ1.ΔФ k = 2 (k-1) ΔФ 1 .

Такой выбор полос пропускания фильтров обеспечивает полное перекрытие по частоте спектра радиосигнала системой вейвлет-фильтров, и при этом удается избежать избыточности описания, свойственной непрерывному ВП [В.Дьяконов. Вейвлеты. От теории к практике. - М.: СОЛОН-Р, 2002, 448 с., с.104-107]. В этом случае размерность матрицы РЭ М равна (K×N), где К - число фильтров, N - число дискретных отчетов сигнала.Such a choice of filter bandwidths provides a complete overlap in the frequency spectrum of the radio signal with a wavelet filter system, and at the same time, the description redundancy inherent in a continuous VP is avoided [V. Dyakonov. Wavelets. From theory to practice. - M .: SOLON-R, 2002, 448 p., Pp. 104-107]. In this case, the dimension of the RE M matrix is (K × N), where K is the number of filters, N is the number of discrete reports of the signal.

После этого над матрицами РЭ эталонных радиосигналов выполняют операцию временного нормирования. Операция временного нормирования заключается в том, что в матрице РЭ ВК нормируются для каждого временного значения N по координате К (К - число фильтров). Так как матрицу РЭ можно рассматривать как совокупность N векторов ВК (N - число временных отсчетов), то операция временного нормирования матрицы РЭ будет эквивалентна N операциям нормирования векторов ВК. Операция нормирования вектора известна и описана в [Г.Корн, Т.Корн. Справочник по математике. - М.: Наука, 1977, 831 с.].After that, an operation of temporary normalization is performed on the RE matrices of the reference radio signals. The operation of temporary normalization consists in the fact that, in the matrix of REs, the VK are normalized for each temporary value of N along the coordinate K (K is the number of filters). Since the RE matrix can be considered as a set of N VK vectors (N is the number of time samples), the operation of temporary normalization of the RE matrix will be equivalent to N operations of normalization of VK vectors. The operation of normalizing a vector is known and described in [G. Korn, T. Korn. Math reference. - M .: Nauka, 1977, 831 p.].

Затем формируют векторы признаков для каждого из эталонных радиосигналов путем усреднения мощности ВК на выходах каждого из К фильтров. Операция усреднения известна и описана в [Г.Корн, Т.Корн. Справочник по математике. - М.: Наука, 1977, 831 с.].Then, feature vectors are formed for each of the reference radio signals by averaging the power of the VC at the outputs of each of the K filters. The averaging operation is known and described in [G. Korn, T. Korn. Math reference. - M .: Nauka, 1977, 831 p.].

После этого принимают распознаваемый радиосигнал

Figure 00000002
, выполняют над ним все описанные действия, которые выполнялись над эталонными радиосигналами, и формируют вектор признаков принятого радиосигнала
Figure 00000003
аналогично, как и для эталонных радиосигналов.After that, a recognized radio signal is received.
Figure 00000002
, perform on it all the described actions that were performed on the reference radio signals, and form a vector of signs of the received radio signal
Figure 00000003
similarly as for reference radio signals.

Идентифицируют распознаваемый радиосигнал путем сравнения его вектора признаков

Figure 00000004
с вектором признаков каждого из эталонных радиосигналов {m1(k)…mL(k)}. Идентификация может быть реализована, например, путем вычитания по модулю из вектора признаков принятого радиосигнала векторов признаков каждого из L эталонных радиосигналов
Figure 00000005
. Процедуры принятия решения являются известными и описаны, например, в [Я.Фомин, Г.Тарловский. Статистическая теория распознавания образов. - М.: Радио и связь, 1986, стр.30-46; Ю.Сато. Обработка сигналов. Первое знакомство. / Пер. с японского, под ред Ёсифуми Амэмия. - М.: Издательский дом «Додека-XXI», 2002, 176 с. с.41-54]. Распознаваемый радиосигнал считают инцидентным одному их L эталонных радиосигналов, с использованием одного из решающих правил, например, когда разница между векторами признаков минимальна.Recognized radio signal is identified by comparing its feature vector.
Figure 00000004
with the feature vector of each of the reference radio signals {m 1 (k) ... m L (k)}. Identification can be realized, for example, by subtracting modulo from the feature vector of the received radio signal the feature vectors of each of the L reference radio signals
Figure 00000005
. Decision-making procedures are well known and are described, for example, in [Y. Fomin, G. Tarlovsky. Statistical theory of pattern recognition. - M .: Radio and communications, 1986, pp. 30-46; Y. Sato. Signal processing. First meeting. / Per. from Japanese, edited by Yoshifumi Amemiya. - M.: Dodeka-XXI Publishing House, 2002, 176 p. p. 41-54]. A recognized radio signal is considered to be incident to one of their L reference radio signals, using one of the decisive rules, for example, when the difference between the feature vectors is minimal.

Выбор в качестве элементов вектора признаков для радиосигналов усредненных значений ВК с выходов К фильтров после операции временного нормирования обусловлен тем, что применение операции временного нормирования позволяет уменьшить негативное влияние аддитивных и мультипликативных помех на формируемую матрицу РЭ [Дворников С.В., Сауков A.M. Модификация частотно-временных описаний нестационарных процессов на основе показательных и степенных функций // Научное приборостроение. Т.14. 2004. №2. С.57-66].The choice of averaged VC values from the outputs of the K filters after the time normalization operation as the feature vector elements for the radio signals is due to the fact that the use of the time normalization operation reduces the negative impact of additive and multiplicative noise on the generated RE matrix [Dvornikov SV, Saukov A.M. Modification of time-frequency descriptions of non-stationary processes based on exponential and power functions // Scientific Instrument Making. T.14. 2004. No2. S.57-66].

Так, на фиг.2 и 3 представлен фрагмент тестового сигнала без шумов - S1(t) и в шумах - Z1(t). На фиг.4 изображена матрица РЭ

Figure 00000006
тестового сигнала S1(t). На фиг 5 представлена матрица РЭ
Figure 00000007
тестового сигнала Z1(t) без применения операции временного нормирования, а на фиг 6 - матрица РЭ
Figure 00000008
тестового сигнала Z1(t) после применения операции временного нормирования. Применение операции временного нормирования позволило уменьшить величину негативного влияния от шумов аддитивного и мультипликативного характера, что подтверждают значения векторов разности
Figure 00000009
(фиг.7) и
Figure 00000010
(фиг.8). Здесь mS(k) - вектор признаков тестового сигнала S1(t); mZ(k) - вектор признаков тестового сигнала Z1(t) без применения операции временного нормирования;
Figure 00000011
- вектор признаков тестового сигнала Z1(t) после применения операции временного нормирования.So, in Fig.2 and 3 presents a fragment of the test signal without noise - S 1 (t) and in noise - Z 1 (t). Figure 4 shows the matrix RE
Figure 00000006
test signal S 1 (t). On Fig 5 presents the matrix RE
Figure 00000007
test signal Z 1 (t) without the use of the operation of temporary normalization, and in Fig. 6 - matrix RE
Figure 00000008
test signal Z 1 (t) after applying the operation of temporary normalization. The use of the operation of temporary normalization allowed us to reduce the magnitude of the negative effect of noise of additive and multiplicative nature, which is confirmed by the values of the difference vectors
Figure 00000009
(Fig.7) and
Figure 00000010
(Fig. 8). Here m S (k) is the vector of features of the test signal S 1 (t); m Z (k) is the vector of features of the test signal Z 1 (t) without applying the operation of time normalization;
Figure 00000011
- the vector of signs of the test signal Z 1 (t) after applying the operation of temporary normalization.

Проведенные исследования показали, что для сигналов с близкой частотно-временной структурой S11(t) и S12(t) разработанный способ позволяет получить довольно высокую контрастность векторов их признаков. На фиг.9 изображен F11(f)-спектр сигнала S11(t). На фиг.10 изображен F12(f) - спектр сигнала S12(t). На фиг.11 показан F33(f) - спектр распознаваемого сигнала Z11(t), представляющий тестовый сигнал S11(t) в шумах при ОСШ 10 дБ. На фиг.12 изображены модули векторов разности

Figure 00000012
и
Figure 00000013
. Здесь
Figure 00000014
- вектор признаков сигнала S11(t) после применения операции временного нормирования;
Figure 00000015
- вектор признаков сигнала S12(t) после применения операции временного нормирования;
Figure 00000016
- вектор признаков сигнала Z11(t) после применения операции временного нормирования.The studies showed that for signals with a close frequency-time structure S 11 (t) and S 12 (t), the developed method allows to obtain a rather high contrast of the vectors of their signs. Figure 9 shows the F 11 (f) spectrum of the signal S 11 (t). Figure 10 shows F 12 (f) is the spectrum of the signal S 12 (t). 11 shows F 33 (f) is a spectrum of a recognized signal Z 11 (t) representing a test signal S 11 (t) in noise at an SNR of 10 dB. 12 shows the modules of the difference vectors
Figure 00000012
and
Figure 00000013
. Here
Figure 00000014
- the signal vector of the signal S 11 (t) after applying the operation of temporary normalization;
Figure 00000015
- the signal vector S 12 (t) after applying the operation of temporary normalization;
Figure 00000016
- the signal vector of the signal Z 11 (t) after applying the operation of temporary normalization.

Для рассматриваемого случая R11(k)=0,087, a R12(k)=0,437. Следовательно, можно однозначно идентифицировать принимаемый сигнал Z11(t), так как разность

Figure 00000017
меньше разности
Figure 00000018
.For the case under consideration, R 11 (k) = 0.087, and R 12 (k) = 0.437. Therefore, it is possible to uniquely identify the received signal Z 11 (t), since the difference
Figure 00000017
less difference
Figure 00000018
.

Claims (1)

Способ распознавания радиосигналов, заключающийся в том, что предварительно задают L≥2 эталонных радиосигналов, формируют для каждого l-го эталонного радиосигнала, где l=1, …, L, матрицу распределения энергии M1, для чего его дискретизируют, квантуют и затем выполняют операцию фреймового вейвлет-преобразования последовательности его квантованных отчетов с помощью К≥2 фильтров, для чего полосу пропускания ΔФk k-гo фильтра, где k=1, …, К, выбирают из условия ΔФk=2(k-1)ΔФ, где ΔФ - ширина полосы пропускания первого фильтра, затем из вейвлет-коэффициентов l-го эталонного радиосигнала, полученных в каждой k-й полосе частот ΔФk, формируют вектор признаков l-го эталонного радиосигнала, после чего принимают распознаваемый радиосигнал и формируют его вектор признаков аналогично как и для l-го эталонного радиосигнала, затем идентифицируют принятый радиосигнал путем сравнения его признаков с признаками эталонных радиосигналов, отличающийся тем, что для каждого временного отсчета радиосигнала из числа соответствующих ему вейвлет-коэффициентов на выходах фильтров выделяют максимальный, на который нормируют остальные вейвлет-коэффициенты, соответствующие данному временному отсчету радиосигнала, а в качестве элементов векторов признаков выбирают средние значения мощности вейвлет-коэффициентов, полученные на выходе каждого из фильтров, причем принятый радиосигнал идентифицируют путем последовательного вычитания по модулю элементов его вектора признаков из элементов векторов признаков каждого из L эталонных радиосигналов, и распознаваемый радиосигнал считают инцидентным эталонному радиосигналу, разница векторов признаков с которым минимальна. A method for recognizing radio signals, namely, that L≥2 reference radio signals are predefined, is formed for each l-th reference radio signal, where l = 1, ..., L, the energy distribution matrix M 1 , for which it is sampled, quantized, and then performed an operation of a frame wavelet transform of the sequence of its quantized reports using K≥2 filters, for which the passband ΔФ k of the k-th filter, where k = 1, ..., K, is selected from the condition ΔФ k = 2 (k-1) ΔФ, where ΔФ is the bandwidth of the first filter, then from the wavelet coefficient The l-th reference radio signal received in each k-th frequency band ΔФ k forms the feature vector of the l-th radio reference signal, after which a recognized radio signal is received and its feature vector is generated in the same way as for the l-th radio reference signal, then the received a radio signal by comparing its features with those of a reference radio signal, characterized in that for each time reference of the radio signal from the number of corresponding wavelet coefficients at the outputs of the filters, the maximum which is normalized by the remaining wavelet coefficients corresponding to a given time count of the radio signal, and the average values of the power of the wavelet coefficients obtained at the output of each filter are selected as elements of the feature vectors, and the received radio signal is identified by sequentially subtracting modulo elements of its feature vector from the elements of vectors features of each of the L reference radio signals, and the recognized radio signal is considered incident with the reference radio signal, the difference of vectors when signs with which is minimal.
RU2010121268/08A 2010-05-25 2010-05-25 Radio signal recognition method RU2430417C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010121268/08A RU2430417C1 (en) 2010-05-25 2010-05-25 Radio signal recognition method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010121268/08A RU2430417C1 (en) 2010-05-25 2010-05-25 Radio signal recognition method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2430417C1 true RU2430417C1 (en) 2011-09-27

Family

ID=44804254

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010121268/08A RU2430417C1 (en) 2010-05-25 2010-05-25 Radio signal recognition method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2430417C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2466455C1 (en) * 2011-11-03 2012-11-10 Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия связи имени маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства Обороны Российской Федерации (Минобороны России) Method to detect radio signals
RU2533651C2 (en) * 2013-02-14 2014-11-20 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ СВЯЗИ имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации Method of radio signal discrimination
RU2610146C1 (en) * 2015-09-29 2017-02-08 Федеральное государственное казённое образовательное учреждение высшего профессионального образования "Калининградский пограничный институт Федеральной службы безопасности Российской Федерации" Radio-wave doppler detector

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2466455C1 (en) * 2011-11-03 2012-11-10 Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия связи имени маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства Обороны Российской Федерации (Минобороны России) Method to detect radio signals
RU2533651C2 (en) * 2013-02-14 2014-11-20 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ СВЯЗИ имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации Method of radio signal discrimination
RU2610146C1 (en) * 2015-09-29 2017-02-08 Федеральное государственное казённое образовательное учреждение высшего профессионального образования "Калининградский пограничный институт Федеральной службы безопасности Российской Федерации" Radio-wave doppler detector

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Jax et al. Artificial bandwidth extension of speech signals using MMSE estimation based on a hidden Markov model
EP1103951A2 (en) Adaptive wavelet extraction for speech recognition
CN110148420A (en) A kind of audio recognition method suitable under noise circumstance
CN112034434B (en) Radar radiation source identification method based on sparse time-frequency detection convolutional neural network
RU2356064C2 (en) Method of identifying radio signals
RU2423735C1 (en) Method of detecting radio signals
CN113238193B (en) SAR echo broadband interference suppression method based on multi-component joint reconstruction
RU2430417C1 (en) Radio signal recognition method
CN116994564B (en) Voice data processing method and processing device
RU2551903C1 (en) Method of identifying radio signals
RU2430416C1 (en) Radio signal recognition method
Justo et al. Study of the gomp algorithm for recovery of compressed sensed hyperspectral images
CN113095113B (en) Wavelet line spectrum feature extraction method and system for underwater target identification
Agcaer et al. Optimization of amplitude modulation features for low-resource acoustic scene classification
Hossen Power spectral density estimation via wavelet decomposition
RU2466455C1 (en) Method to detect radio signals
US7904263B2 (en) Method for automatically detecting and characterizing spectral activity
Xu et al. New Robust LPC-Based Method for Time-resolved Morphology of High-noise Multiple Frequency Signals
RU2386165C2 (en) Method for determining structure and demodulation of signal with unknown structure
CN113343802B (en) Multi-wavelet-based radio frequency fingerprint image domain identification method
RU2261476C1 (en) Method for recognition of radio signals
CN112652321B (en) Deep learning phase-based more friendly voice noise reduction system and method
Huang et al. Novel modulation recognizer for frequency-hopping signals based on persistence diagram
Mahajan et al. Analysis of blind separation of noisy mixed images based on wavelet thresholding and independent component analysis
RU2685972C1 (en) Method and device for filtering frequency-modulated signals

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120526