RU2713693C1 - Device for automatic recognition of radio signal keying types - Google Patents
Device for automatic recognition of radio signal keying types Download PDFInfo
- Publication number
- RU2713693C1 RU2713693C1 RU2019116484A RU2019116484A RU2713693C1 RU 2713693 C1 RU2713693 C1 RU 2713693C1 RU 2019116484 A RU2019116484 A RU 2019116484A RU 2019116484 A RU2019116484 A RU 2019116484A RU 2713693 C1 RU2713693 C1 RU 2713693C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- manipulation
- phase
- quadrature
- types
- radio signal
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F15/00—Digital computers in general; Data processing equipment in general
- G06F15/76—Architectures of general purpose stored program computers
- G06F15/80—Architectures of general purpose stored program computers comprising an array of processing units with common control, e.g. single instruction multiple data processors
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B14/00—Transmission systems not characterised by the medium used for transmission
- H04B14/002—Transmission systems not characterised by the medium used for transmission characterised by the use of a carrier modulation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области обработки радиосигналов, в частности к распознаванию типа манипуляции радиосигналов, и может быть использовано в радиотехнических средствах и системах для распознавания амплитудной, амплитудно-фазовой и фазовой манипуляции радиосигналов.The invention relates to the field of processing of radio signals, in particular to recognition of the type of manipulation of radio signals, and can be used in radio engineering means and systems for the recognition of amplitude, amplitude-phase and phase manipulation of radio signals.
Известно устройство автоматического распознавания типов манипуляции радиосигналов [1], в котором принятый аналоговый радиосигнал дискретизируют по времени, квантуют по уровню, в блоке формирования синфазной и квадратурной составляющих радиосигнала формируют синфазную и квадратурную составляющие оцифрованных отсчетов радиосигнала, в блоке расчетов кумулянтов по значениям синфазной и квадратурной составляющей N отсчетов радиосигнала рассчитывают кумулянты С40, С20, С22, значения которых подаются на блок нейронной сети, обеспечивающий определение типа манипуляции радиосигнала, блок нейронной сети состоит из i нейронов входного слоя, j нейронов промежуточного слоя, к нейронов выходного слоя, причем каждый нейрон предыдущего слоя соединена весовой связью с каждым нейроном последующего. Каждый нейрон состоит из последовательно соединенных сумматора и нелинейного преобразователя. Выход каждого нейрона выходного слоя является индикатором типа манипуляции и соединен с логическим устройством МАХ, обеспечивающим сравнение значений сигналов нейронов выходного слоя и выдачу на выход блока нейронной сети опознавательного радиосигнала, соответствующего распознанному типу манипуляции.A device for the automatic recognition of types of radio signal manipulation [1] is known, in which the received analog radio signal is sampled by time, quantized by level, in-phase and quadrature components of the radio signal are generated in-phase and quadrature components of the digitized radio signal samples, in the cumulant and quad-phase calculation block component of N samples of the radio signal, cumulants C 40 , C 20 , C 22 are calculated, the values of which are fed to the neural network block, which ensure nt determination of the type of radio signal manipulation, the neural network unit consists of i neurons of the input layer, j neurons of the intermediate layer, neurons of the output layer, and each neuron of the previous layer is connected by weight connection to each neuron of the subsequent one. Each neuron consists of a series-connected adder and a nonlinear transducer. The output of each neuron of the output layer is an indicator of the type of manipulation and is connected to the logic device MAX, which provides a comparison of the signals of the neurons of the output layer and the output of the neural network block identification radio signal corresponding to the recognized type of manipulation.
Недостатком данного устройства является ограниченность алфавита распознаваемых типов манипуляции радиосигналов четырьмя: AM, КАМ, ФМ и ЧМ.The disadvantage of this device is the limited alphabet of recognizable types of radio signal manipulation by four: AM, KAM, FM and FM.
Известное устройство [1] является наиболее близким к предлагаемому изобретению и выбрано в качестве прототипа.The known device [1] is the closest to the proposed invention and is selected as a prototype.
Устройство [1] не требует высокоточной синхронизации по несущей частоте, но позволяет распознавать только четыре типа манипуляции радиосигналов - AM, КАМ, ФМ и ЧМ, что не позволяет достигнуть указанного ниже технического результата.The device [1] does not require high-precision synchronization by the carrier frequency, but it only recognizes four types of radio signal manipulation - AM, KAM, FM and FM, which does not allow achieving the technical result indicated below.
Техническим результатом изобретения является расширение алфавита распознаваемых типов манипуляции радиосигналов с 4-х до 7, включающего:The technical result of the invention is the expansion of the alphabet of recognizable types of manipulation of radio signals from 4 to 7, including:
4-х уровневую импульсную амплитудную манипуляцию (4-РАМ);4-level pulsed amplitude-shift keying (4-RAM);
двоичную фазовую манипуляцию (PBSK);binary phase shift keying (PBSK);
квадратурную фазовую манипуляцию (QBSK);quadrature phase shift keying (QBSK);
фазовую манипуляцию 8-го порядка (8-PSK);8th order phase shift keying (8-PSK);
квадратурную манипуляцию 8-го порядка (8-QAK);8th order quadrature manipulation (8-QAK);
квадратурную манипуляцию 16-го порядка (16-QAK);16th order quadrature key manipulation (16-QAK);
квадратурную манипуляцию 32-го порядка (32-QAK).32nd order quadrature key manipulation (32-QAK).
Указанный технический результат достигается за счет того, что в устройство автоматического распознавания типов манипуляции радиосигналов, содержащее последовательно соединенные антенну, аналого-цифровой преобразователь, блок формирования синфазной и квадратурной составляющих сигнала, блок расчета кумулянтов и блок нейронной сети, между блоками формирования синфазной и квадратурной составляющих сигнала и расчета кумулянтов включен блок устранения частотной расстройки, блок расчета кумулянтов рассчитывает значения модулей кумулянтов С42 и С61 а блок нейронной сети обеспечивает определение типов манипуляции радиосигналов с 4-х уровневой импульсной амплитудной манипуляцией, двоичной фазовой, квадратурной фазовой, фазовой манипуляцией 8-го порядка, квадратурной манипуляцией 8-го, 16-го и 32-го порядков.The specified technical result is achieved due to the fact that the device automatically recognizes the types of manipulation of radio signals, containing a series-connected antenna, an analog-to-digital converter, a block for generating in-phase and quadrature components of the signal, a block for calculating cumulants and a block for neural network, between blocks for generating in-phase and quadrature components signal and calculation of cumulants, the unit for eliminating frequency detuning is included, the unit for calculating cumulants calculates the values of the cumulative modules comrade C 42 and C 61 and the neural network unit provides to determine the types of manipulation signals with 4-level pulse amplitude shift keying, binary phase, quadrature phase shift, phase shift keying of
Для принятия решения, как и в прототипе, используется предварительно обученная нейронная сеть типа многослойный персептрон, которая показывает высокую эффективность построения многомерных разделяющих поверхностей. В соответствии со следствием из теоремы Колмогорова-Арнольда-Хехт-Нильсена любую многомерную функцию нескольких переменных можно представить с помощью двухслойной нейронной сети с прямыми полными связями фиксированной размерности [2].To make a decision, as in the prototype, a pre-trained neural network of the multilayer perceptron type is used, which shows the high efficiency of constructing multidimensional separating surfaces. In accordance with the corollary of the Kolmogorov-Arnold-Hecht-Nielsen theorem, any multidimensional function of several variables can be represented using a two-layer neural network with direct full connections of fixed dimension [2].
Устройство автоматического распознавания типов манипуляции радиосигналов иллюстрируется следующими фигурами.A device for automatically recognizing types of radio signal manipulation is illustrated by the following figures.
Фиг. 1. Структурная схема устройства автоматического распознавания типов манипуляции радиосигналов.FIG. 1. The block diagram of the device for automatic recognition of types of manipulation of radio signals.
Цифрами на фиг. 1 обозначены:The numbers in FIG. 1 marked:
1 - антенна 1;1 -
2 - аналогово цифровой преобразователь АЦП 2;2 - analog-to-digital converter ADC 2;
3 - блок формирования синфазной и квадратурной составляющих радиосигнала БРС 3;3 - block forming the in-phase and quadrature components of the
4 - блок устранения частотной расстройки БУЧР 4;4 - block elimination of
5 - блок расчетов кумулянтов БРК 5;5 - block
6 - блок нейронной сети 6;6 - block
Фиг. 2. Блок-схема алгоритма работы БУЧР 4.FIG. 2. The block diagram of the algorithm of operation of the
В блок-схеме алгоритма использованы обозначения:The notation used in the block diagram of the algorithm:
index - функция, возвращающая номер элемента массива;index - a function that returns the number of an array element;
max - функция, возвращающая значение максимального элемента массива;max - a function that returns the value of the maximum element of the array;
Re - реальная часть комплексного аргумента;Re is the real part of the complex argument;
Im - мнимая часть комплексного аргумента.Im is the imaginary part of a complex argument.
Фиг. 3. Блок расчета кумулянтов БРК.FIG. 3. Block calculation of cumulative DBK.
Цифрами на фиг. 3 обозначены:The numbers in FIG. 3 are indicated:
5.1 - блок расчета момента М42 5.1 - block calculation of the moment M 42
5.2 - блок расчета момента М20 5.2 - block calculation of the moment M 20
5.3 - блок расчета момента М21 5.3 - block calculation of the moment M 21
5.4 - блок расчета момента М61 5.4 - block calculation of the moment M 61
5.5 - блок расчета момента М41 5.5 - block calculation of the moment M 41
5.6 - блок расчета момента М40 5.6 - block calculation of the moment M 40
5.7 - блок расчета модуля кумулянта С42 5.7 - block calculation module cumulant C 42
5.8 - блок расчета модуля кумулянта С61 5.8 - block calculation module cumulant C 61
Фиг. 4. Нейронная сеть типа многослойный персептрон.FIG. 4. A neural network such as a multilayer perceptron.
Цифрами на фиг. 4 обозначены:The numbers in FIG. 4 are indicated:
6.1 - входной слой;6.1 - input layer;
6.2 - скрытый слой;6.2 - hidden layer;
6.3 - выходной слой;6.3 - output layer;
6.4 - логическое устройство МАХ.6.4 - logical device MAX.
Заявленное устройство автоматического распознавания типов манипуляции радиосигналов работает следующим образом:The claimed device for automatic recognition of types of manipulation of radio signals works as follows:
1. Принятый антенной 1 аналоговый радиосигнал, имеющий длительность Ts, поступает на АЦП 2, где дискретизируется по времени и квантуется по уровню. Далее с выхода АЦП 2 оцифрованный радиосигнал поступает в БРС 3, где формируется синфазная I' и квадратурная Q' составляющие оцифрованных отсчетов радиосигнала, в результате чего получается массив из N комплексных отсчетов радиосигнала.1. An analog radio signal having a duration Ts received by
2. С выхода БРС 3 синфазная I' и квадратурная Q' составляющие оцифрованных отсчетов радиосигнала поступают на БУЧР 4, где по значениям N оцифрованных отсчетов происходит устранение расстройки по несущей частоте входного радиосигнала, для чего производится принудительная расстройка его частоты с фиксированным шагом расстройки ƒΔ в диапазоне ожидаемой расстройки с расчетом модуля кумулянта С40 радиосигнала для каждого значения расстройки. Критерием минимальной расстройки частоты является максимальное значение модуля кумулянта С40.2. From the output of the
Диапазон ожидаемой расстройки имеет нижнюю fmin и верхнюю ƒmах границы и совпадает с частотной полосой анализа устройства. Шаг анализа диапазона поиска частотной расстройки - ƒΔ.The expected detuning range has a lower f min and an upper ƒ max boundary and coincides with the frequency analysis band of the device. The step of analyzing the frequency detuning search range is ƒ Δ .
где Δϕ - абсолютное изменение фазы радиосигнала за время Ts, выбираемое в интервале от 0,1 до 0,2.where Δ ϕ is the absolute change in the phase of the radio signal during the time Ts, selected in the range from 0.1 to 0.2.
Расстройка по частоте осуществляется поэлементным умножением массива отсчетов входного радиосигнала на дискретные значения комплексной экспоненты, задающей частотный сдвиг радиосигнала dƒThe frequency detuning is carried out by element-wise multiplication of the array of samples of the input radio signal by the discrete values of the complex exponent defining the frequency shift of the radio signal dƒ
Для каждого радиосигнала so производится расчет кумулянта С40 [3]For each radio signal so, the cumulant C 40 is calculated [3]
где Мрr - совместные моменты порядков рr, рассчитываемые по формулеwhere M rr are the joint moments of orders rr calculated by the formula
где s - исходной радиосигнал, состоящий из N отсчетов.where s is the original radio signal, consisting of N samples.
Методом полного перебора значений расстроек из заданного диапазона значений определяется расстройка, которой соответствует максимальное значение модуля кумулянта С40. Данное значение является оценкой частотной расстройки Δƒ.The method of complete enumeration of detuning values from a given range of values determines the detuning to which the maximum value of the C 40 cumulant module corresponds. This value is an estimate of the frequency mismatch Δ ƒ .
Устранение частной расстройки производится поэлементным умножением массива отсчетов входного радиосигнала на дискретные значения комплексной экспоненты, имеющей частоту, равную оценке частотной расстройкиPartial detuning is eliminated by element-wise multiplication of the array of samples of the input radio signal by discrete values of the complex exponent having a frequency equal to the estimate of the frequency detuning
Блок-схема алгоритма работы блока устранения частотной расстройки представлена на Фиг. 2.The flowchart of the frequency detuning elimination unit is shown in FIG. 2.
3. Радиосигнал с устраненной расстройкой по несущей частоте с выхода БУЧР 4 поступает на вход БРК 5, в котором происходит расчет модулей значений кумулянтов С42 и С61 [3].3. The radio signal with the eliminated mismatch in the carrier frequency from the output of the
где М - совместные моменты.where M are joint moments.
4. Рассчитанные значения модулей кумулянтов С42 и С61 подаются на вход БНС 6. БНС 6 представляет собой нейронную сеть типа многослойный персептрон (Фиг. 3), состоящую из двух нейронов входного слоя 6.1, десяти нейронов скрытого слоя 6.2 и семи нейронов выходного слоя 6.3. Каждый нейрон слоя 6.2, 6.3 состоит из последовательно соединенных сумматора и нелинейного преобразователя. Нелинейный преобразователь реализует функцию типа сигмоиды. На каждый нейрон скрытого слоя поступают значения модулей кумулянтов С42 и С61 в виде сигналов соответствующего уровня (амплитуды), которые складываются в сумматоре с соответствующими весами, полученный сигнал с выхода сумматора поступает на нелинейный преобразователь, с которого полученный после преобразования сигнал поступает на вход каждого нейрона выходного слоя. Сигнал с выхода каждого нейрона выходного слоя 6.3 поступает на логическое устройство МАХ 6.4.4. The calculated values of the cumulant modules C 42 and C 61 are fed to the input of the
5. Логическое устройство МАХ 6.4 сравнивает сигналы с выходов нейронов выходного слоя 6.3. Каждый нейрон выходного слоя 6.3 соответствует определенному типу манипуляции. На выходе логического устройства МАХ 6.4 формируется опознавательный сигнал, соответствующий номеру нейрона выходного слоя с максимальным выходным сигналом.5. The logic device MAX 6.4 compares the signals from the outputs of the neurons of the output layer 6.3. Each neuron of the output layer 6.3 corresponds to a certain type of manipulation. At the output of the logic device MAX 6.4, an identification signal is generated corresponding to the neuron number of the output layer with the maximum output signal.
Результаты оценки эффективности распознавания типов манипуляции предлагаемым устройством приведенные в таблице 1. Результаты распознавания получены методом имитационного моделирования устройства при следующих исходных данных:The results of evaluating the effectiveness of recognition of the types of manipulation of the proposed device are shown in table 1. The recognition results are obtained by the simulation method of the device with the following initial data:
число выборок радиосигналов по каждому типу манипуляции 1000;the number of samples of radio signals for each type of manipulation 1000;
число отсчетов радиосигнала N=2000;the number of samples of the radio signal N = 2000;
отношение сигнал/шум 5 дБ;signal to
расстройка по частоте - случайная величина с равномерным распределением;frequency detuning - a random variable with a uniform distribution;
начальная фаза радиосигнала - случайная с равномерным распределением.the initial phase of the radio signal is random with a uniform distribution.
Преимущество изобретения состоит в том, что по сравнению с прототипом заявленное устройство позволяет решать задачу автоматического распознавания типов манипуляции радиосигналов для более широкого алфавита типов манипуляции. Заявляемое устройство позволяет распознавать различные типы манипуляции (BPSK, QPSK, 8-PSK, 4-РАМ, 8-QAM, 16-QAM, 32-QAM) с вероятностью не менее 0,85 при отношении сигнал/шум не менее 5 дБ.An advantage of the invention is that, compared with the prototype, the claimed device allows to solve the problem of automatic recognition of types of manipulation of radio signals for a wider alphabet of types of manipulation. The inventive device allows you to recognize various types of manipulation (BPSK, QPSK, 8-PSK, 4-RAM, 8-QAM, 16-QAM, 32-QAM) with a probability of at least 0.85 with a signal to noise ratio of at least 5 dB.
ЛитератураLiterature
1. RU 2510077.1. RU 2510077.
2. Hecht-Nielsen R. Kolmogorov's Mapping Neural Network Existence Theorem // IEEE First Annual Int. Conf. on Neural Networks, San Diego, 1987, Vol. 3, pp. 11-13.2. Hecht-Nielsen R. Kolmogorov's Mapping Neural Network Existence Theorem // IEEE First Annual Int. Conf. on Neural Networks, San Diego, 1987, Vol. 3, pp. 11-13.
3. William H. Clark IV. Blind comprehension of waveforms through statistical observations. Robert W. McGwier, Chair T. Charles Clancy R. Michael Buehrer. Blacksburg, Virginia, 2014. pp. 12.3. William H. Clark IV. Blind comprehension of waveforms through statistical observations. Robert W. McGwier, Chair T. Charles Clancy R. Michael Buehrer. Blacksburg, Virginia, 2014. pp. 12.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019116484A RU2713693C1 (en) | 2019-05-28 | 2019-05-28 | Device for automatic recognition of radio signal keying types |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019116484A RU2713693C1 (en) | 2019-05-28 | 2019-05-28 | Device for automatic recognition of radio signal keying types |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2713693C1 true RU2713693C1 (en) | 2020-02-06 |
Family
ID=69624892
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019116484A RU2713693C1 (en) | 2019-05-28 | 2019-05-28 | Device for automatic recognition of radio signal keying types |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2713693C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8295341B2 (en) * | 2009-10-30 | 2012-10-23 | Virginia Tech Intell Prop | Cognitive radio device |
RU2622846C1 (en) * | 2016-06-15 | 2017-06-20 | федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации | Method and device for automatic recognition of radio signals manipulation type |
WO2017127421A1 (en) * | 2016-01-18 | 2017-07-27 | Qoscience, Inc. | Method and apparatus for the detection of distortion or corruption of cellular communication signals |
RU2665235C1 (en) * | 2017-08-10 | 2018-08-28 | федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации | Method and device for automatic recognition of radio signal manipulation type |
RU2682304C1 (en) * | 2018-04-13 | 2019-03-18 | Федеральное государственное казённое военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия воздушно-космической обороны имени Маршала Советского Союза Г.К. Жукова" Министерства обороны Российской Федерации | Radio signals manipulation types recognition method |
-
2019
- 2019-05-28 RU RU2019116484A patent/RU2713693C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8295341B2 (en) * | 2009-10-30 | 2012-10-23 | Virginia Tech Intell Prop | Cognitive radio device |
WO2017127421A1 (en) * | 2016-01-18 | 2017-07-27 | Qoscience, Inc. | Method and apparatus for the detection of distortion or corruption of cellular communication signals |
RU2622846C1 (en) * | 2016-06-15 | 2017-06-20 | федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации | Method and device for automatic recognition of radio signals manipulation type |
RU2665235C1 (en) * | 2017-08-10 | 2018-08-28 | федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации | Method and device for automatic recognition of radio signal manipulation type |
RU2682304C1 (en) * | 2018-04-13 | 2019-03-18 | Федеральное государственное казённое военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия воздушно-космической обороны имени Маршала Советского Союза Г.К. Жукова" Министерства обороны Российской Федерации | Radio signals manipulation types recognition method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Haykin et al. | Detection of signals in chaos | |
Zaknich | Introduction to the modified probabilistic neural network for general signal processing applications | |
Hu et al. | Detection of low observable targets within sea clutter by structure function based multifractal analysis | |
Makovoz | Uniform approximation by neural networks | |
Zaldivar et al. | Forecasting high waters at Venice Lagoon using chaotic time series analysis and nonlinear neural networks | |
Azarbad et al. | Automatic recognition of digital communication signal | |
Ghani et al. | Neural networks applied to the classification of spectral features for automatic modulation recognition | |
RU2713693C1 (en) | Device for automatic recognition of radio signal keying types | |
Ebrahimzadeh et al. | Digital communication signals identification using an efficient recognizer | |
Sun et al. | Deep learning based preamble detection and TOA estimation | |
CN116359851A (en) | Radar active interference detection and identification method and device based on converged network | |
RU2510077C2 (en) | Method and apparatus for automatic detection of radio signal keying types | |
RU2622846C1 (en) | Method and device for automatic recognition of radio signals manipulation type | |
Hiremath et al. | Blind identification of radio access techniques based on time-frequency analysis and convolutional neural network | |
RU2682304C1 (en) | Radio signals manipulation types recognition method | |
CN105956565B (en) | A kind of dynamic oscillation signal parameter discrimination method for considering measurement signal and losing | |
Haykin | Radar clutter attractor: implications for physics, signal processing and control | |
Sung | Employed BPN to multi-sensors data fusion for environment monitoring services | |
Kim et al. | Tests for change in a mean function when the data are dependent | |
Redd et al. | Stochastic resonance enables BPP/log* complexity and universal approximation in analog recurrent neural networks | |
RU2665235C1 (en) | Method and device for automatic recognition of radio signal manipulation type | |
Nakayama et al. | A simple class of binary neural networks and logical synthesis | |
Specht | Applications of probabilistic neural networks | |
Jagannath | Detection and Estimation of Multiple DoA Targets with Single Snapshot Measurements | |
Chettih et al. | Combining a neural network with deterministic chaos theory using phase space reconstruction for daily rainfall-runoff forecasting |