Устройство классификации радиосигналов по структурно-временным параметрам
Владельцы патента RU 2422900:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский технический университет связи и информатики (МТУСИ) (RU)
Изобретение относится к области техники связи и может быть использовано в системах радиомониторинга для автоматизированной классификации радиосигналов по структурно-временным параметрам. Техническим результатом решения является автоматизация и повышение робастности процесса классификации радиосигналов по структурно-временным параметрам. Этот результат достигается тем, что в известном устройстве добавляются блоки хранения учебных данных (БУД) и кластеризации (БКЛ), обеспечивающих расчет эталонных векторов структурно-временных параметров радиосигналов известных классов и соответствующих им значений внутрикластерной дисперсии с использованием самоорганизующейся карты Кохонена. Рассчитанные эталонные вектора и значения внутрикластерной дисперсии используются для построения вероятностной нейронной сети, реализуемой блоком классификации (БК). Построенная таким образом вероятностная нейронная сеть позволяет, в отличие от известного устройства, автоматизировать работу устройства и повысить робастность классификации. 1 ил.
Настоящее устройство относится к технике связи и может быть использовано в составе комплексов радиомониторинга.
Из предшествующего уровня техники известно устройство классификации радиосигналов по структурно-временным параметрам, состоящее из блока измерения структурно-временных параметров радиосигнала, блока коммутации, обеспечивающего передачу измеренных структурно-временных параметров радиосигнала на блок классификации, реализующего вероятностную нейронную сеть, или на блок хранения учебных данных, которые используются для обучения вероятностной нейронной сети, блока управления блоком коммутации, обеспечивающего функционирование устройства в режиме обучения или в режиме классификации путем переключения состояния блока коммутации, отличающееся тем, что для построения вероятностной сети используются учебные данные, представляющие собой большое количество структурно-временных параметров радиосигналов известных классов, представленных в векторном виде, и значение ширины функции потенциала σ, задаваемое экспертным путем [Каллан Р. Основные концепции нейронных сетей.: Пер. с англ. - М.: Вильяме, 2003. - 288 с.].
Недостатком известного устройства является большой объем запоминающего устройства блока классификации, необходимого для обучения вероятностной нейронной сети, низкая эффективность работы при обучении вероятностной нейронной сети зашумленными учебными данными, неполная автоматизация работы устройства, из-за необходимости экспертного задания значения ширины функции потенциала.
Техническая задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в автоматизации работы устройства классификации радиосигналов по структурно-временным параметрам и повышение робастности классификации при использовании данного устройства.
Техническая задача решается тем, что устройство классификации радиосигналов по структурно-временным параметрам включает в себя блок измерения структурно-временных параметров радиосигнала (БИПР), два блока коммутации (БКМ-1 и БКМ-2), переключающих направления передачи данных между блоками, блок управления блоками коммутации (БУ), изменяющий состояние блоков коммутации, блок хранения учебных данных (БУД), для хранения векторов структурно-временных параметров радиосигналов учебных данных, блок кластеризации (БКЛ), реализующий одномерную самоорганизующуюся карту Кохонена, используемую для формирования эталонных структурно-временных параметров радиосигналов и оценки дисперсии построенных кластеров, блок классификации (БК), реализующий вероятностную нейронную сеть, используемую для классификации радиосигналов, причем выход блока измерения структурно-временных параметров радиосигнала (БИПР) соединен с первым входом первого блока коммутации (БКМ-1), переключающего сигнал от блока измерения структурно-временных параметров радиосигнала (БИПР) на блок хранения учебных данных (БУД) или блок классификации (БК); выход блока хранения учебных данных (БУД) соединен со входом блока кластеризации (БКЛ); выход блока кластеризации (БКЛ) соединен с первым входом второго блока коммутации (БКМ-2), передающего или не передающего сигнал на блок классификации (БК); первый выход блока управления блоками коммутации (БУ) соединен со вторым входом первого блока коммутации (БКМ-1), а второй выход блока управления блоками коммутации (БУ) соединен со вторым входом второго блока коммутации (БКМ-2); блок классификации (БК) имеет порт сопряжения с ЭВМ.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является автоматизация работы устройства и повышение робастности классификации.
Сущность технического решения поясняется чертежом, где представлена структурная схема устройства классификации радиосигналов по структурно-временным параметрам.
Устройство классификации радиосигналов по структурно-временным параметрам включает в себя блок измерения структурно-временных параметров радиосигнала (БИПР) 1, два блока коммутации (БКМ-1 и БКМ-2) 2 и 6, переключающих направления передачи данных между блоками, блок управления блоками коммутации (БУ) 7, изменяющий состояние блоков коммутации, блок хранения учебных данных (БУД) 4, для хранения векторов структурно-временных параметров радиосигналов учебных данных, блок кластеризации (БКЛ) 5, реализующий одномерную самоорганизующуюся карту Кохонена, используемую для формирования эталонных структурно-временных параметров радиосигналов и оценки дисперсии построенных кластеров, блок классификации (БК) 3, реализующий вероятностную нейронную сеть, используемую для классификации радиосигналов, причем выход блока измерения структурно-временных параметров радиосигнала (БИПР) соединен с первым входом первого блока коммутации (БКМ-1), переключающего сигнал от блока измерения структурно-временных параметров радиосигнала (БИПР) на блок хранения учебных данных (БУД) или блок классификации (БК); выход блока хранения учебных данных (БУД) соединен со входом блока кластеризации (БКЛ); выход блока кластеризации (БКЛ) соединен с первым входом второго блока коммутации (БКМ-2), передающего или не передающего сигнал на блок классификации (БК); первый выход блока управления блоками коммутации (БУ) соединен со вторым входом первого блока коммутации (БКМ-1), а второй выход блока управления блоками коммутации (БУ) соединен со вторым входом второго блока коммутации (БКМ-2); блок классификации (БК) имеет порт сопряжения с ЭВМ.
Устройство работает следующим образом. Устройство классификации радиосигналов по структурно-временным параметрам может работать в двух режимах: обучения и классификации.
Режим обучения включается блоком управления блоков коммутации (БУ). В режиме обучения блок управления (БУ) переключает блок коммутации (БКМ-1) в состояние, обеспечивающее передачу данных от блока измерения структурно-временных параметров радиосигнала (БИПР) на блок хранения учебных данных (БУД). Передача данных от блока измерения структурно-временных параметров радиосигнала (БИПР) на блок классификации (БК) не производится. Второй блок коммутации (БКМ-2) переводится в режим передачи данных от блока кластеризации (БКЛ) к блоку классификации (БК). На вход блока измерения структурно-временных параметров радиосигнала (БИПР) поступают радиосигналы известных классов, структурно-временные параметры которых измеряются блоком и передаются в векторном виде через первый блок коммутации (БКМ-1) на блок хранения учебных данных (БУД). После накопления в блоке хранения учебных данных (БУД) необходимого количества векторов структурно-временных параметров радиосигналов известных классов вектора передаются на блок кластеризации (БКЛ), в котором производится кластеризация векторов, с использованием самоорганизующейся карты Кохонена. В блоке кластеризации (БКЛ) формируются кластеры. Каждый кластер содержит параметры радиосигналов одного класса и описывается эталонным вектором, имеющий минимальную сумму расстояний до всех векторов, входящих в данный кластер, и значением внутрикластерной дисперсии. Полученные эталонные вектора структурно-временных параметров радиосигналов известных классов и соответствующие им значения внутрикластерной дисперсии от блока кластеризации (БКЛ) подаются через второй блок коммутации (БКМ) на блок классификации (БК). В блоке классификации (БК), реализующем вероятностную нейронную сеть, производится обучение нейронной сети в автоматическом режиме, по окончании которого устройство классификации радиосигналов по структурно-временным параметрам может быть переведено по команде блока управления блоков коммутации (БУ) в режим классификации.
Режим классификации включается блоком управления блоков коммутации (БУ). В режиме классификации блок управления (БУ) переключает блок коммутации (БКМ-1) в состояние, обеспечивающее передачу данных от блока измерения структурно-временных параметров радиосигнала (БИПР) на блок классификации (БК). Второй блок коммутации (БКМ-2) переведен в состояние, не обеспечивающее передачу данных от блока кластеризации (БКЛ) к блоку классификации (БК). На вход блока измерения структурно-временных параметров радиосигнала (БИПР) последовательно поступают радиосигналы неизвестных классов, структурно-временные параметры которых измеряются блоком и передаются в векторном виде через первый блок коммутации (БКМ-1) на блок классификации (БК). В блоке классификации (БК), реализующем вероятностную нейронную сеть, производится расчет плотности распределения вероятности известных классов радиосигналов в области неизвестного (классифицируемого) сигнала и неизвестный сигнал отождествляется с классом, имеющим наиболее плотное распределение вероятности в области неизвестного сигнала. Результаты классификации неизвестного сигнала передаются блоком классификации (БК) на ЭВМ. По окончании классификации первого радиосигнала производится классификация следующего и так далее.
Режим обучения устройства классификации радиосигналов по структурно-временным параметрам включается перед первым включением устройства и в случае появления нового класса радиосигналов, не содержащегося в учебных данных.
Устройство классификации радиосигналов по структурно-временным параметрам, характеризующееся тем, что содержит блок измерения структурно-временных параметров радиосигнала (БИПР), два блока коммутации (БКМ-1 и БКМ-2), переключающих направления передачи данных между блоками, блок управления блоками коммутации (БУ), изменяющий состояние блоков коммутации, блок хранения учебных данных (БУД) для хранения векторов структурно-временных параметров радиосигналов учебных данных, блок кластеризации (БКЛ), реализующий одномерную самоорганизующуюся карту Кохонена, используемую для формирования эталонных структурно-временных параметров радиосигналов и оценки дисперсии построенных кластеров, блок классификации (БК), реализующий вероятностную нейронную сеть, используемую для классификации радиосигналов, причем выход блока измерения структурно-временных параметров радиосигнала (БИПР) соединен с первым входом первого блока коммутации (БКМ-1), переключающего сигнал от блока измерения структурно-временных параметров радиосигнала (БИПР) на блок хранения учебных данных (БУД) или блок классификации (БК); выход блока хранения учебных данных (БУД) соединен со входом блока кластеризации (БКЛ); выход блока кластеризации (БКЛ) соединен с первым входом второго блока коммутации (БКМ-2), передающего или не передающего сигнал на блок классификации (БК); первый выход блока управления блоками коммутации (БУ) соединен со вторым входом первого блока коммутации (БКМ-1), а второй выход блока управления блоками коммутации (БУ) соединен со вторым входом второго блока коммутации (БКМ-2); блок классификации (БК) имеет порт сопряжения с ЭВМ.
