兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (9): 240447-.doi: 10.12382/bgxb.2024.0447
收稿日期:
2024-06-06
上线日期:
2025-09-24
通讯作者:
基金资助:
LIAO Renlong1, LUO Zhongtao1,*(), YIN Shuijun2, ZHANG Wei3
Received:
2024-06-06
Online:
2025-09-24
摘要:
针对低信噪比环境下复杂多类雷达信号调制识别准确率低的问题,提出一种基于时频融合特征与多尺度双重注意力网络的新方法。通过应用平滑伪Wigner-Ville分布、傅里叶同步压缩变换和基于变分模态分解的希尔伯特黄变换3种时频分析方法,并结合去噪预处理技术,将雷达信号转换为三通道时频特征图,显著增强了特征的稳健性与表达力。设计了一种多尺度双重注意力网络,通过多尺度通道注意力机制实现跨尺度信息融合与噪声抑制,同时利用多尺度空间注意力自适应感知雷达信号的时频结构,并通过门控融合与残差连接技术进一步整合信息。实验结果表明,在信噪比为-10dB的条件下,新方法对12类典型雷达信号调制方式的平均识别率达到98.99%,显示出良好的稳健性。
中图分类号:
廖仁龙, 罗忠涛, 殷水军, 张伟. 基于多尺度双重注意力网络的雷达信号调制识别方法[J]. 兵工学报, 2025, 46(9): 240447-.
LIAO Renlong, LUO Zhongtao, YIN Shuijun, ZHANG Wei. A Radar Signal Modulation Recognition Method Based on Multi-scale Dual Attention Network[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(9): 240447-.
网络层 | 神经元数量 | 卷积核参数 | 输出大小 |
---|---|---|---|
输入 | N/A | N/A | 256×256×3 |
Conv | 32 | 3×3,1,1 | 256×256×32 |
ReLU | N/A | N/A | 256×256×32 |
MP | N/A | 2×2,2,0 | 128×128×32 |
MSDA | N/A | N/A | 128×128×32 |
Conv | 64 | 3×3,2,1 | 64×64×64 |
MSDA | N/A | N/A | 64×64×64 |
Conv | 64 | 3×3,2,1 | 32×32×64 |
MSDA | N/A | N/A | 32×32×64 |
Conv | 64 | 3×3,2,1 | 16×16×64 |
ReLU | N/A | N/A | 16×16×64 |
MP | N/A | 2×2,2,0 | 8×8×64 |
Flatten | 4096 | N/A | 1×4096 |
Linear | 12 | N/A | 1×12 |
表1 MSDANet参数信息
Table 1 MSDANet parameters
网络层 | 神经元数量 | 卷积核参数 | 输出大小 |
---|---|---|---|
输入 | N/A | N/A | 256×256×3 |
Conv | 32 | 3×3,1,1 | 256×256×32 |
ReLU | N/A | N/A | 256×256×32 |
MP | N/A | 2×2,2,0 | 128×128×32 |
MSDA | N/A | N/A | 128×128×32 |
Conv | 64 | 3×3,2,1 | 64×64×64 |
MSDA | N/A | N/A | 64×64×64 |
Conv | 64 | 3×3,2,1 | 32×32×64 |
MSDA | N/A | N/A | 32×32×64 |
Conv | 64 | 3×3,2,1 | 16×16×64 |
ReLU | N/A | N/A | 16×16×64 |
MP | N/A | 2×2,2,0 | 8×8×64 |
Flatten | 4096 | N/A | 1×4096 |
Linear | 12 | N/A | 1×12 |
调制方式 | 参数 | 变化范围/MHz |
---|---|---|
CW | fc | 45~55 |
LFM | fc Bs | 45~55 15~20 |
NLFM | fc Bs | 45~55 15~20 |
BPSK | fc 13RandCode | 45~55 (0,1) |
QPSK | fc 21RandCode | 45~55 (0,1/2,1,3/2) |
FSK | fc Δf 13RandCode | 45~55 10~20 (0,1) |
4FSK | fc Δf 16RandCode | 45~55 5~15 (0,1,2,3) |
Frank | fc | 45~55 |
P1 | fc | 45~55 |
P2 | fc | 45~55 |
P3 | fc | 45~55 |
P4 | fc | 45~55 |
表2 雷达信号参数配置信息
Table 2 Radar signal parameter configuration information
调制方式 | 参数 | 变化范围/MHz |
---|---|---|
CW | fc | 45~55 |
LFM | fc Bs | 45~55 15~20 |
NLFM | fc Bs | 45~55 15~20 |
BPSK | fc 13RandCode | 45~55 (0,1) |
QPSK | fc 21RandCode | 45~55 (0,1/2,1,3/2) |
FSK | fc Δf 13RandCode | 45~55 10~20 (0,1) |
4FSK | fc Δf 16RandCode | 45~55 5~15 (0,1,2,3) |
Frank | fc | 45~55 |
P1 | fc | 45~55 |
P2 | fc | 45~55 |
P3 | fc | 45~55 |
P4 | fc | 45~55 |
网络模型 | 识别率/% | 参数量/106 | 浮点运算量/109 | |||
---|---|---|---|---|---|---|
SNR=-14dB | SNR=-12dB | SNR=-10dB | SNR=-8dB | |||
MSDANet | 85.12 | 96.22 | 98.99 | 99.99 | 0.5412 | 1.6668 |
CNN[ | 34.56 | 41.12 | 54.87 | 60.11 | 0.0007 | 0.0035 |
CNN[ | 55.23 | 68.20 | 75.17 | 80.53 | 2.5539 | 0.0334 |
CNN[ | 72.11 | 87.26 | 94.76 | 98.98 | 0.2373 | 0.0707 |
CNN[ | 52.33 | 73.83 | 86.21 | 95.55 | 12.3113 | 0.1509 |
CNN[ | 32.71 | 50.42 | 74.78 | 90.45 | 21.0068 | 0.0371 |
LeNet[ | 51.88 | 64.63 | 71.86 | 79.23 | 0.0622 | 0.0007 |
AlexNet[ | 72.73 | 85.37 | 92.38 | 96.54 | 14.6060 | 0.3092 |
ResNet50[ | 74.57 | 90.17 | 97.36 | 99.56 | 23.5326 | 4.1317 |
表3 不同网络模型的整体识别率和参数对比
Table 3 The overall recognition rate and parameter comparison of different network models
网络模型 | 识别率/% | 参数量/106 | 浮点运算量/109 | |||
---|---|---|---|---|---|---|
SNR=-14dB | SNR=-12dB | SNR=-10dB | SNR=-8dB | |||
MSDANet | 85.12 | 96.22 | 98.99 | 99.99 | 0.5412 | 1.6668 |
CNN[ | 34.56 | 41.12 | 54.87 | 60.11 | 0.0007 | 0.0035 |
CNN[ | 55.23 | 68.20 | 75.17 | 80.53 | 2.5539 | 0.0334 |
CNN[ | 72.11 | 87.26 | 94.76 | 98.98 | 0.2373 | 0.0707 |
CNN[ | 52.33 | 73.83 | 86.21 | 95.55 | 12.3113 | 0.1509 |
CNN[ | 32.71 | 50.42 | 74.78 | 90.45 | 21.0068 | 0.0371 |
LeNet[ | 51.88 | 64.63 | 71.86 | 79.23 | 0.0622 | 0.0007 |
AlexNet[ | 72.73 | 85.37 | 92.38 | 96.54 | 14.6060 | 0.3092 |
ResNet50[ | 74.57 | 90.17 | 97.36 | 99.56 | 23.5326 | 4.1317 |
网络模型 | 识别率/% | 参数量/106 | 浮点运算量/109 | |||
---|---|---|---|---|---|---|
SNR=-14dB/% | SNR=-12dB/% | SNR=-10dB/% | SNR=-8dB/% | |||
LeNet | 51.88 | 64.63 | 71.86 | 79.23 | 0.0622 | 0.0007 |
LeNet+MSDA | 61.29 | 76.45 | 84.62 | 90.24 | 0.0737 | 0.0009 |
AlexNet | 72.73 | 85.37 | 92.38 | 96.54 | 14.6060 | 0.3092 |
AlexNet+MSDA | 79.62 | 91.45 | 97.88 | 99.22 | 14.6093 | 0.4597 |
ResNet50 | 74.57 | 90.17 | 97.36 | 99.56 | 23.5326 | 4.1317 |
ResNet50+MSDA | 77.68 | 91.72 | 97.71 | 99.11 | 8.8648 | 3.8811 |
表4 MSDA模块加入典型CNN后的性能对比
Table 4 Performance comparison of MSDA module after adding classic CNN
网络模型 | 识别率/% | 参数量/106 | 浮点运算量/109 | |||
---|---|---|---|---|---|---|
SNR=-14dB/% | SNR=-12dB/% | SNR=-10dB/% | SNR=-8dB/% | |||
LeNet | 51.88 | 64.63 | 71.86 | 79.23 | 0.0622 | 0.0007 |
LeNet+MSDA | 61.29 | 76.45 | 84.62 | 90.24 | 0.0737 | 0.0009 |
AlexNet | 72.73 | 85.37 | 92.38 | 96.54 | 14.6060 | 0.3092 |
AlexNet+MSDA | 79.62 | 91.45 | 97.88 | 99.22 | 14.6093 | 0.4597 |
ResNet50 | 74.57 | 90.17 | 97.36 | 99.56 | 23.5326 | 4.1317 |
ResNet50+MSDA | 77.68 | 91.72 | 97.71 | 99.11 | 8.8648 | 3.8811 |
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doi: 10.21629/JSEE.2018.01.05 |
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doi: 10.12305/j.issn.1001-506X.2022.12.11 |
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