脈沖信號(hào)輻射源個(gè)體識(shí)別技術(shù)研究.pdf

1、隨著輻射源系統(tǒng)復(fù)雜程度的顯著提高、低截獲概率技術(shù)的廣泛應(yīng)用以及信號(hào)調(diào)制種類的日益增多，輻射源個(gè)體識(shí)別技術(shù)所必須應(yīng)對的電磁環(huán)境和研究對象復(fù)雜化的挑戰(zhàn)也愈發(fā)嚴(yán)峻。這些客觀現(xiàn)象的出現(xiàn)，造成了諸如信號(hào)指紋特征的有效性下降、輻射源個(gè)體識(shí)別性能惡化等問題，給現(xiàn)有的信號(hào)指紋特征分析方法、輻射源個(gè)體識(shí)別理論研究以及工程實(shí)踐造成了無可避免的巨大困難。不同輻射源系統(tǒng)之間的個(gè)體非線性差異，是信號(hào)指紋特征產(chǎn)生的根源。一般系統(tǒng)理論及其模型在非線性系統(tǒng)建模及非線性

2、分析領(lǐng)域取得的大量研究成果顯示，該方法能夠?yàn)榻沂緩?fù)雜系統(tǒng)的非線性特征及其演化規(guī)律提供有力的理論支持，對解決當(dāng)前輻射源個(gè)體識(shí)別技術(shù)所面臨的理論研究發(fā)展困境和工程實(shí)際問題，具有十分積極的意義。
　　本文以復(fù)雜電磁環(huán)境下的脈沖信號(hào)輻射源系統(tǒng)個(gè)體識(shí)別問題為主要研究對象，利用一般系統(tǒng)理論、Yoyos系統(tǒng)模型和隨機(jī)微分幾何理論作基本分析工具，建立了輻射源個(gè)體識(shí)別的直觀系統(tǒng)演化模型，并據(jù)此提出了信號(hào)的擴(kuò)散模型，定義了輻射源個(gè)體系統(tǒng)狀態(tài)流形上的內(nèi)

3、蘊(yùn)指紋特征。針對簡單脈沖信號(hào)，提出一種基于信號(hào)內(nèi)蘊(yùn)瞬時(shí)參數(shù)的指紋提取方法INIP-FEX，利用該方法提取的指紋特征具有內(nèi)蘊(yùn)性，即特征的統(tǒng)計(jì)特性滿足不隨坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換而改變的性質(zhì)。INIP-FEX方法可以直接應(yīng)用在簡單脈沖信號(hào)環(huán)境下的輻射源個(gè)體識(shí)別問題中，由于上述內(nèi)蘊(yùn)指紋特征綜合應(yīng)用了整個(gè)脈沖信號(hào)瞬時(shí)參數(shù)中所蘊(yùn)含的輻射源個(gè)體系統(tǒng)狀態(tài)流形的內(nèi)蘊(yùn)幾何特性，故最終能夠得到優(yōu)于脈內(nèi)瞬時(shí)頻率曲線特征識(shí)別性能。通過外場實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)和仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了上述輻射

4、源個(gè)體識(shí)別直觀系統(tǒng)演化模型和內(nèi)蘊(yùn)指紋特征的有效性。為了擴(kuò)展內(nèi)蘊(yùn)指紋參數(shù)提取方法對具有有意調(diào)制的信號(hào)的適應(yīng)能力，提高對輻射源個(gè)體系統(tǒng)狀態(tài)流形內(nèi)蘊(yùn)幾何特征的提取精度，通過進(jìn)一步分析輻射源個(gè)體系統(tǒng)狀態(tài)流形上信號(hào)狀態(tài)轉(zhuǎn)移流函數(shù)，并借助近年來流形學(xué)習(xí)領(lǐng)域的理論研究成果，提出了基于擴(kuò)散映射的內(nèi)蘊(yùn)指紋特征提取方法 DIFF-IFEX。該方法通過選取適當(dāng)?shù)臄U(kuò)散過程核函數(shù)，估計(jì)信號(hào)觀測數(shù)據(jù)集合中所蘊(yùn)涵的狀態(tài)轉(zhuǎn)移流函數(shù)，提取輻射源個(gè)體系統(tǒng)狀態(tài)流形上信號(hào)生成

5、路徑附近的局部幾何特征，具有較高的計(jì)算效率以及特征提取精度，能夠?qū)崿F(xiàn)對線性調(diào)頻、正弦調(diào)制等的具有有意調(diào)制的信號(hào)環(huán)境下的內(nèi)蘊(yùn)指紋特征提取以及輻射源個(gè)體識(shí)別，且具有較好的識(shí)別性能。徑條件下，許多現(xiàn)有指紋特征的有效性會(huì)大大降低，導(dǎo)致利用這些特征進(jìn)行輻射源個(gè)體識(shí)別的識(shí)別性能嚴(yán)重惡化。
　　本文利用多徑信號(hào)時(shí)延域上的稀疏特性，借助稀疏信號(hào)處理方法和變分貝葉斯方法的研究成果，在內(nèi)蘊(yùn)指紋特征定義的基礎(chǔ)上，針對多徑信號(hào)環(huán)境，分析已知參考信號(hào)的前提

6、條件下觀測數(shù)據(jù)的典型自相關(guān)特征，提出了一種基于變分貝葉斯方法多徑信號(hào)時(shí)延估計(jì)的輻射源個(gè)體識(shí)別方法VB-TDE-SEI，在多徑時(shí)延小于脈沖信號(hào)寬度的小時(shí)延條件下，完成了輻射源個(gè)體識(shí)別。針對未知參考信號(hào)的情況，聯(lián)合基于擴(kuò)散映射的內(nèi)蘊(yùn)指紋特征提取方法和變分貝葉斯方法，提出基于變分貝葉斯方法和擴(kuò)散映射的內(nèi)蘊(yùn)指紋特征提取算法VB-DIFF-IFEX算法，從多徑條件下的觀測信號(hào)數(shù)據(jù)集合中，直接估計(jì)原始信號(hào)狀態(tài)轉(zhuǎn)移流函數(shù)，提取其中蘊(yùn)含的內(nèi)蘊(yùn)指紋特征，

7、并將其應(yīng)用于輻射源個(gè)體識(shí)別，仿真結(jié)果表明，該方法能夠在未知參考信號(hào)的多徑觀測條件下，取得了較好的輻射源個(gè)體識(shí)別性能。由于信號(hào)數(shù)字化觀測過程中的采集量化誤差、信號(hào)內(nèi)蘊(yùn)瞬時(shí)參數(shù)估計(jì)過程中的線性化近似誤差和同型號(hào)不同接收機(jī)之間的個(gè)體差異性等不良影響，使得工程實(shí)踐中，內(nèi)蘊(yùn)指紋特征提取精度降低、同一指紋特征模版在不同平臺(tái)之間的適應(yīng)性下降，甚至導(dǎo)致識(shí)別性能惡化。在本文直觀系統(tǒng)演化模型的研究框架基礎(chǔ)上，針對內(nèi)蘊(yùn)指紋特征，借鑒分布式采集系統(tǒng)的信號(hào)重構(gòu)技