兵工学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (2): 545-555.doi: 10.12382/bgxb.2021.0620
收稿日期:
2021-09-13
上线日期:
2022-06-11
通讯作者:
基金资助:
WANG Yang, FENG Yongxin*(), SONG Bixue, TIAN Binghe
Received:
2021-09-13
Online:
2022-06-11
摘要:
卷积神经网络在降低系统网络开销的同时,如何保证较高的信号调制识别准确率是目前面临的重要问题。提出一种轻量级卷积神经网络。该网络分为两路,并行提取信号的自相关和互相关特征,之后两路特征进行合并,实现不同调制方式的分类识别;该网络采用控制模型中卷积层的输入数据维度及卷积核数量的方案,实现对网络模型开销的控制。通过对多种不同的调制方式进行识别验证。实验结果表明:在信噪比为-6~12dB条件下,其平均识别准确率可达到86.5%;与传统卷积神经网络相比,计算量降低了94.44%;与常规轻量级卷积神经网络相比,计算量降低了67.6%,该网络性能优于现有的基于轻量级卷积神经网络的调制方式识别方法。
中图分类号:
王洋, 冯永新, 宋碧雪, 田秉禾. DP-DRCnet卷积神经网络信号调制识别算法[J]. 兵工学报, 2023, 44(2): 545-555.
WANG Yang, FENG Yongxin, SONG Bixue, TIAN Binghe. A Modulation Recognition Algorithm of DP-DRCnet Convolutional Neural Network[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(2): 545-555.
层名称 | 输入数据维度 | 填充维度 | 步长 | 卷积核维度 | 通道数 |
---|---|---|---|---|---|
convu1 | 2×128 | 0×0 | 1×1 | 2×1 | 32 |
avgu1 | 1×126 | 32 | |||
convu2 | 2×32 | 0×0 | 1×1 | 2×1 | 32 |
avgu2 | 1×31 | 32 | |||
convd1 | 2×128 | 0×0 | 1×1 | 1×3 | 32 |
avgd1 | 2×124 | 32 | |||
convd2 | 2×32 | 0×0 | 1×1 | 1×3 | 32 |
avgd2 | 2×29 | 32 | |||
pla | 2×16 | 64 | |||
fcmain | 1024 |
表1 DP-DRCnet(2,2,32)网络模型参数
Table 1 Model parameters of DP-DRCnet(2,2,32)
层名称 | 输入数据维度 | 填充维度 | 步长 | 卷积核维度 | 通道数 |
---|---|---|---|---|---|
convu1 | 2×128 | 0×0 | 1×1 | 2×1 | 32 |
avgu1 | 1×126 | 32 | |||
convu2 | 2×32 | 0×0 | 1×1 | 2×1 | 32 |
avgu2 | 1×31 | 32 | |||
convd1 | 2×128 | 0×0 | 1×1 | 1×3 | 32 |
avgd1 | 2×124 | 32 | |||
convd2 | 2×32 | 0×0 | 1×1 | 1×3 | 32 |
avgd2 | 2×29 | 32 | |||
pla | 2×16 | 64 | |||
fcmain | 1024 |
层名称 | 输入数据维度 | 填充维度 | 步长 | 卷积核维度 |
---|---|---|---|---|
convu1 | 2×128 | 0×0 | 1×1 | 1×3 |
avgu1 | 2×124 | |||
convu2 | 2×32 | 0×0 | 1×1 | 1×3 |
avgu2 | 2×29 | |||
convd1 | 2×128 | 0×0 | 1×1 | 1×3 |
avgd1 | 2×124 | |||
convd2 | 2×32 | 0×0 | 1×1 | 1×3 |
avgd2 | 2×29 | |||
pla | 2×16 | |||
fcmain | 1024 |
表2 DP-DRCnetdown(2,2,32)网络模型参数
Table 2 Model parameters of DP-DRCnetd(2,2,32)
层名称 | 输入数据维度 | 填充维度 | 步长 | 卷积核维度 |
---|---|---|---|---|
convu1 | 2×128 | 0×0 | 1×1 | 1×3 |
avgu1 | 2×124 | |||
convu2 | 2×32 | 0×0 | 1×1 | 1×3 |
avgu2 | 2×29 | |||
convd1 | 2×128 | 0×0 | 1×1 | 1×3 |
avgd1 | 2×124 | |||
convd2 | 2×32 | 0×0 | 1×1 | 1×3 |
avgd2 | 2×29 | |||
pla | 2×16 | |||
fcmain | 1024 |
层名称 | 输入数据维度 | 填充维度 | 步长 | 卷积核维度 |
---|---|---|---|---|
convu1 | 2×128 | 0×0 | 1×1 | 2×1 |
avgu1 | 1×126 | |||
convu2 | 2×32 | 0×0 | 1×1 | 2×1 |
avgu2 | 1×31 | |||
convd1 | 2×128 | 0×0 | 1×1 | 2×1 |
avgd1 | 1×126 | |||
convd2 | 2×32 | 0×0 | 1×1 | 2×1 |
avgd2 | 1×31 | |||
pla | 2×16 | |||
fcmain | 1024 |
表3 DP-DRCnetup(2,2,32)网络模型参数
Table 3 Model parameters of DP- DRCnetu(2,2,32)
层名称 | 输入数据维度 | 填充维度 | 步长 | 卷积核维度 |
---|---|---|---|---|
convu1 | 2×128 | 0×0 | 1×1 | 2×1 |
avgu1 | 1×126 | |||
convu2 | 2×32 | 0×0 | 1×1 | 2×1 |
avgu2 | 1×31 | |||
convd1 | 2×128 | 0×0 | 1×1 | 2×1 |
avgd1 | 1×126 | |||
convd2 | 2×32 | 0×0 | 1×1 | 2×1 |
avgd2 | 1×31 | |||
pla | 2×16 | |||
fcmain | 1024 |
网络名称 | 卷积 层数 | 卷积核维度 | LSTM 层数 | 全连接 层数 | 通道数 |
---|---|---|---|---|---|
CLDNN | 3 | 1×8 | 1 | 32/64/128 | |
CNN_LSTM | 2 | 1×3,2×3 | 1 | 64/128 | |
IQCNet | 5 | 2×1,1×3 | 1 | 32 |
表4 对比网络的模型参数
Table 4 Model parameters of the network for comparison
网络名称 | 卷积 层数 | 卷积核维度 | LSTM 层数 | 全连接 层数 | 通道数 |
---|---|---|---|---|---|
CLDNN | 3 | 1×8 | 1 | 32/64/128 | |
CNN_LSTM | 2 | 1×3,2×3 | 1 | 64/128 | |
IQCNet | 5 | 2×1,1×3 | 1 | 32 |
网络名称 | -6~ 0/dB | 2~ 6/dB | 8~ 12/dB | 平均识 别率 |
---|---|---|---|---|
DP-DRCnet(2,2,32) | 69.24 | 82.91 | 87.68 | 79.94 |
DP-DRCnet(3,3,32) | 73.3 | 88.45 | 91.55 | 84.43 |
DP-DRCnet(4,4,32) | 76.59 | 90.2 | 92.71 | 86.5 |
DP-DRCnetu(2,2,32) | 62.26 | 74.12 | 75.62 | 70.67 |
DP- DRCnetu(3,3,32) | 69.09 | 83.67 | 87.76 | 80.17 |
DP- DRCnetu(4,4,32) | 73.95 | 84.79 | 87.3 | 82.01 |
DP- DRCnetd(2,2,32) | 66.95 | 83.7 | 85.06 | 78.57 |
DP- DRCnetd(3,3,32) | 68.56 | 85.88 | 89.39 | 81.28 |
DP- DRCnetd(4,4,32) | 67.05 | 85.64 | 88.62 | 80.44 |
表5 识别率对比
Table 5 Comparison of recognition rate%
网络名称 | -6~ 0/dB | 2~ 6/dB | 8~ 12/dB | 平均识 别率 |
---|---|---|---|---|
DP-DRCnet(2,2,32) | 69.24 | 82.91 | 87.68 | 79.94 |
DP-DRCnet(3,3,32) | 73.3 | 88.45 | 91.55 | 84.43 |
DP-DRCnet(4,4,32) | 76.59 | 90.2 | 92.71 | 86.5 |
DP-DRCnetu(2,2,32) | 62.26 | 74.12 | 75.62 | 70.67 |
DP- DRCnetu(3,3,32) | 69.09 | 83.67 | 87.76 | 80.17 |
DP- DRCnetu(4,4,32) | 73.95 | 84.79 | 87.3 | 82.01 |
DP- DRCnetd(2,2,32) | 66.95 | 83.7 | 85.06 | 78.57 |
DP- DRCnetd(3,3,32) | 68.56 | 85.88 | 89.39 | 81.28 |
DP- DRCnetd(4,4,32) | 67.05 | 85.64 | 88.62 | 80.44 |
网络名称 | -6~ 0/dB | 2~ 6/dB | 8~ 12/dB | 平均识 别率 |
---|---|---|---|---|
DP-DRCnet(4,4,32) | 76.59 | 90.2 | 92.71 | 86.5 |
CLDNN | 65.95 | 82.82 | 84.67 | 77.81 |
CNN_LSTM | 71.87 | 86.07 | 88.48 | 82.14 |
IQCnet(5,32) | 68.01 | 87.65 | 88.62 | 81.4 |
表6 识别率对比
Table 6 Comparison of recognition rate%
网络名称 | -6~ 0/dB | 2~ 6/dB | 8~ 12/dB | 平均识 别率 |
---|---|---|---|---|
DP-DRCnet(4,4,32) | 76.59 | 90.2 | 92.71 | 86.5 |
CLDNN | 65.95 | 82.82 | 84.67 | 77.81 |
CNN_LSTM | 71.87 | 86.07 | 88.48 | 82.14 |
IQCnet(5,32) | 68.01 | 87.65 | 88.62 | 81.4 |
对比参数 | CLDNN | CNN_LSTM | IQCNet(5,24) | DP-DRCnet(4,4,32) |
---|---|---|---|---|
网络参数量 | 9.81×104 | 7.8×105 | 2.39×104 | 1.9×104 |
单样本计算量 | 1.88×107 | 9.15×106 | 1.57×106 | 5.09×105 |
训练时间/测试时间 | 3121/867 | 1209/410 | 156/87 | 97/42 |
表7 网络参数与计算量
Table 7 Network parameters and computational load
对比参数 | CLDNN | CNN_LSTM | IQCNet(5,24) | DP-DRCnet(4,4,32) |
---|---|---|---|---|
网络参数量 | 9.81×104 | 7.8×105 | 2.39×104 | 1.9×104 |
单样本计算量 | 1.88×107 | 9.15×106 | 1.57×106 | 5.09×105 |
训练时间/测试时间 | 3121/867 | 1209/410 | 156/87 | 97/42 |
[1] |
赫彬, 苏洪涛. 认知雷达抗干扰中的博弈论分析综述[J]. 电子与信息学报, 2021, 43(5):1199-1211.
|
|
|
[2] |
doi: 10.1049/ell2.v52.21 URL |
[3] |
doi: 10.1109/TWC.2011.030311.101490 URL |
[4] |
张笑宇, 冯永新, 钱博. 一种分数域数字信号调制方式识别方法[J]. 弹箭与制导学报, 2021, 41(1):13-17.
|
|
|
[5] |
|
[6] |
doi: 10.1109/Access.6287639 URL |
[7] |
doi: 10.1109/TNNLS.2021.3085433 URL |
[8] |
|
[9] |
张思成, 林云, 涂涯, 等. 基于轻量级深度神经网络的电磁信号调制识别技术[J]. 通信学报, 2020, 403(11):16-25.
|
|
|
[10] |
刘明骞, 郑诗斐, 李兵兵. 基于深度学习的MPSK信号调制识别[J]. 国防科技大学学报, 2019, 41(5):153-158.
|
|
|
[11] |
|
[12] |
|
[13] |
doi: 10.1109/Access.6287639 URL |
[14] |
张天骐, 范聪聪, 葛宛营, 等. 基于ICA和特征提取的MIMO信号调制识别算法[J]. 电子与信息学报, 2020, 42(9):2208-2215.
|
|
|
[15] |
江伟华, 童峰, 王彬, 等. 采用主分量分析的非合作水声通信信号调制识别[J]. 兵工学报, 2016, 37(9):1670-1676.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2016.09.017 |
|
|
[16] |
安泽亮, 张天骐, 马宝泽, 等. 基于一维CNN的多入多出OSTBC信号协作调制识别[J]. 通信学报, 2021, 42(7):84-94.
doi: 10.11959/j.issn.1000-436x.2021142 |
doi: 10.11959/j.issn.1000-436x.2021142 |
|
[17] |
|
[18] |
崔天舒, 崔凯, 黄永辉, 等. 卷积神经网络卫星信号自动调制识别算法[J]. 北京航空航天大学学报, 2022, 48(6):986-994.
|
|
|
[19] |
|
[20] |
|
[21] |
|
[1] | 田大明, 苗圃. 融合模型求解与深度学习的可见光通信非线性均衡器[J]. 兵工学报, 2024, 45(2): 466-473. |
[2] | 张堃, 杜睿怡, 时昊天, 华帅. 基于Mogrifier-BiGRU的飞行器轨迹预测[J]. 兵工学报, 2024, 45(2): 373-384. |
[3] | 杨家铭, 潘悦, 王强, 曹怀刚, 高荪培. 水下弱目标跟踪的深度学习方法研究[J]. 兵工学报, 2024, 45(2): 385-394. |
[4] | 吕卫民, 孙晨峰, 任立坤, 赵杰, 李永强. 一种基于TCN-LGBM的航空发动机气路故障诊断方法[J]. 兵工学报, 2024, 45(1): 253-263. |
[5] | 秦昊林, 许廷发, 李佳男. 基于超像素注意力和孪生结构的半监督高光谱显著性目标检测[J]. 兵工学报, 2023, 44(9): 2639-2649. |
[6] | 彭沛然, 任术波, 李佳男, 周鸿伟, 许廷发. 基于光照感知的多光谱融合行人检测方法[J]. 兵工学报, 2023, 44(9): 2622-2630. |
[7] | 周宇, 曹荣刚, 栗苹, 马啸. 一种用于外场试验图像的引信炸点检测方法[J]. 兵工学报, 2023, 44(8): 2453-2464. |
[8] | 吴礼洋, 呙鹏程, 刘超, 李文强. 基于注意力机制增强残差网络的雷达信号调制类型识别[J]. 兵工学报, 2023, 44(8): 2310-2318. |
[9] | 刘懿, 任济寰, 吴祥, 薄煜明. 基于集成迁移学习的新装备装甲车辆分类[J]. 兵工学报, 2023, 44(8): 2319-2328. |
[10] | 何锦成, 韩永成, 张闻文, 何伟基, 陈钱. 基于通道校正卷积的真彩色微光图像增强[J]. 兵工学报, 2023, 44(6): 1643-1654. |
[11] | 刘佳, 刘海鸥, 陈慧岩, 毛飞鸿. 基于融合特征的无人履带车辆道路类型识别方法[J]. 兵工学报, 2023, 44(5): 1267-1276. |
[12] | 王检, 张邦宁, 张洁, 魏国峰, 郭道省. 基于多域特征融合的通信辐射源个体识别方法[J]. 兵工学报, 2023, 44(4): 949-959. |
[13] | 章斌, 卢洪义, 刘舜, 桑豆豆, 杨禹成. 发动机部件CT图像特征提取与区域生长算法[J]. 兵工学报, 2023, 44(4): 1171-1180. |
[14] | 张良安, 陈洋, 谢胜龙, 刘同鑫. 基于机器视觉与深度学习的飞机防护栅裂纹检测系统[J]. 兵工学报, 2023, 44(2): 507-516. |
[15] | 郑志伟, 管雪元, 傅健, 马训穷, 尹上. 基于卷积神经网络与长短期记忆神经网络的弹丸轨迹预测[J]. 兵工学报, 2023, 44(10): 2975-2983. |
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