兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (7): 240441-.doi: 10.12382/bgxb.2024.0441
收稿日期:
2024-06-05
上线日期:
2025-08-12
通讯作者:
基金资助:
WANG Yang, FENG Yongxin*(), QIAN Bo, SONG Bixue
Received:
2024-06-05
Online:
2025-08-12
摘要:
在现代无线通信环境下,由于噪声环境复杂多变,且信号在不同感知周期内的占空比变化较大,导致信号频谱感知能力的下降,甚至造成非授权用户对授权用户的干扰。针对此问题,提出一种基于峰度值估计的智能无线信号频谱感知方法。以典型的非高斯噪声分布(McLeish分布)作为通用背景噪声,依据多尺寸跳跃连接的思想构建深度神经网络框架,结合注意力机制捕获目标信号的多尺寸特征,在感知周期内占空比不确定的条件下,完成对目标信号峰度值的估计,通过对估计值的判决,实现在不同噪声模型下对无线信号的感知。仿真结果表明:在信噪比SNR≥-10dB条件下,当虚警概率Pf=0.02,感知占空比0.5≤η<1时,其平均检测概率达到了84.3%以上;当噪声功率估计误差ε≤2、Pf=0.01时,其平均检测概率达到96.1%以上。证明所提方法具有较强的抗占空比和噪声功率不确定性的能力,具备一定的理论研究意义和工程实用价值。
中图分类号:
王洋, 冯永新, 钱博, 宋碧雪. 基于峰度值估计的无线信号频谱感知方法[J]. 兵工学报, 2025, 46(7): 240441-.
WANG Yang, FENG Yongxin, QIAN Bo, SONG Bixue. Kurtosis-based Spectrum Sensing Method for Wireless Signals[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(7): 240441-.
调制信号 | 过采样率 | 扩频增益/dB | 伪码长度 |
---|---|---|---|
DSSS | 4 | 18.06 | 4096 |
FHSS | 4 | 18.06 | 4096 |
QPSK | 4 |
表1 目标感知信号的主要参数
Table 1 Main parameters of target sensing signals
调制信号 | 过采样率 | 扩频增益/dB | 伪码长度 |
---|---|---|---|
DSSS | 4 | 18.06 | 4096 |
FHSS | 4 | 18.06 | 4096 |
QPSK | 4 |
数据集 | 样本总数 | 噪声参数 | 信噪比/dB | 样本尺寸 |
---|---|---|---|---|
训练集 | 19.2万 | v=1,3,5,∞ σ2=1 | -15~0 | 2×4096 |
测试集1 | 4.8万 | v=1,3,5,∞ σ2=1,σ2≤2 | -15~0 | 2×4096 2×1024 |
测试集2 | 4.8万 | v=1,3,5,∞ 0.5≤η<1 | -15~0 | 2×4096 |
表2 训练集和测试集的主要参数
Table 2 Main parameters of training and testing sets
数据集 | 样本总数 | 噪声参数 | 信噪比/dB | 样本尺寸 |
---|---|---|---|---|
训练集 | 19.2万 | v=1,3,5,∞ σ2=1 | -15~0 | 2×4096 |
测试集1 | 4.8万 | v=1,3,5,∞ σ2=1,σ2≤2 | -15~0 | 2×4096 2×1024 |
测试集2 | 4.8万 | v=1,3,5,∞ 0.5≤η<1 | -15~0 | 2×4096 |
优化器 | 学习率 | 权重衰减 | 训练次数 | 验证方法 | 早停策略 |
---|---|---|---|---|---|
Adam | 0.001 | 10-4 | 50 | 十折 交叉 | 是 |
表3 网络训练参数
Table 3 Network training parameters
优化器 | 学习率 | 权重衰减 | 训练次数 | 验证方法 | 早停策略 |
---|---|---|---|---|---|
Adam | 0.001 | 10-4 | 50 | 十折 交叉 | 是 |
模块名称 | 特征尺寸 | ||||
---|---|---|---|---|---|
1×8 | 1×16 | 1×32 | 1×64 | 1×128 | |
SSFF | 2 | 3 | |||
BSFF | 2 | 3 | |||
MSFF | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
表4 特征融合模块的特征尺寸
Table 4 Feature sizes of feature fusion module
模块名称 | 特征尺寸 | ||||
---|---|---|---|---|---|
1×8 | 1×16 | 1×32 | 1×64 | 1×128 | |
SSFF | 2 | 3 | |||
BSFF | 2 | 3 | |||
MSFF | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
模块 名称 | 平均检测概率 | |||
---|---|---|---|---|
v→∞ SNR≤-12 | v→∞ SNR>-12 | v=3 SNR<-13 | v=3 SNR≥-13 | |
SSFF | 61.64 | 96.01 | 72.90 | 99.59 |
BSFF | 67.77 | 93.40 | 81.05 | 96.75 |
MSFF | 66.44 | 95.00 | 79.57 | 99.49 |
表5 不同特征融合模块平均检测概率对比
Table 5 Comparison of detection probabilities of different feature fusion modules %
模块 名称 | 平均检测概率 | |||
---|---|---|---|---|
v→∞ SNR≤-12 | v→∞ SNR>-12 | v=3 SNR<-13 | v=3 SNR≥-13 | |
SSFF | 61.64 | 96.01 | 72.90 | 99.59 |
BSFF | 67.77 | 93.40 | 81.05 | 96.75 |
MSFF | 66.44 | 95.00 | 79.57 | 99.49 |
数据集 | 样本总数/104 | 噪声参数 | 信噪比/dB | 样本尺寸 |
---|---|---|---|---|
训练集1 | 1.92 | v=∞ σ2=1 v=∞ σ2=1 | -15~0 | 2×4096 |
训练集2 | 9.6 |
表6 不同数量训练样本主要参数
Table 6 Main parameters of different numbers of training sets
数据集 | 样本总数/104 | 噪声参数 | 信噪比/dB | 样本尺寸 |
---|---|---|---|---|
训练集1 | 1.92 | v=∞ σ2=1 v=∞ σ2=1 | -15~0 | 2×4096 |
训练集2 | 9.6 |
名称 | 参数量 | 计算量 | 训练时长/ms | 推理时长/ms |
---|---|---|---|---|
本文方法 | 1.23×106 | 2.73×108 | 4491.11 | 853.33 |
SSCL | 1.07×106 | 2.09×108 | 4470.14 | 847.82 |
SSDNN | 1.11×105 | 2.98×107 | 4228.19 | 823.19 |
表7 方法复杂度对比
Table 7 Comparison of method complexity
名称 | 参数量 | 计算量 | 训练时长/ms | 推理时长/ms |
---|---|---|---|---|
本文方法 | 1.23×106 | 2.73×108 | 4491.11 | 853.33 |
SSCL | 1.07×106 | 2.09×108 | 4470.14 | 847.82 |
SSDNN | 1.11×105 | 2.98×107 | 4228.19 | 823.19 |
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