一種基於模糊聚類的宙斯盾系統信號分選方法
2023-05-29 10:07:36 3
專利名稱：一種基於模糊聚類的宙斯盾系統信號分選方法
技術領域：
本發明涉及信息技術領域，尤其是一種基於模糊聚類的宙斯盾系統信號分選方法，用於航天、航空傳感器平臺獲取的航母編隊阿利 伯克飛彈驅逐艦、提康德羅加飛彈護衛艦的雷達信號分選。
背景技術：
在現代電子戰環境中，電子偵察系統所面臨的信號環境是由許多雷達輻射的序列信號隨機交迭而成的密集脈衝流，對這些密集雷達信號進行分選是雷達對抗領域的一個重要而特殊的組成部分。隨著新體制、新技術雷達的不斷出現，雷達偵察接收機接收到的信號更加密集和 複雜，常規雷達信號和非常規雷達信號常常混迭在一起。非常規雷達如美國宙斯盾AN/SPY-I系列多功能相控陣雷達，它具有多種工作狀態(如單脈衝、脈壓、邊跟蹤邊掃描TffS (Track While Scan)、跟蹤加搜索TAS (Track and Search)等)，而且不同工作模式下波形形式也各異。同時為提高自身的性能和抗幹擾的需要，往往採用各種複雜的波形設計。如雷達信號的脈內調製特徵有線性調頻、相位編碼等；時域調製特徵如脈衝重複周期參差、抖動等。宙斯盾多功能相控陣雷達的天線波束隨機掃描，可實現隨機搜索和邊跟蹤邊搜索，其脈衝參數也是隨機可變的，分選識別難度增大。傳統常用的信號分選方法是對雷達脈衝參數逐個進行統計直方圖分析，這種方法只能適應參數不變，至少在短時間內基本不變或者具有重複性變化規律的情況，而且存在以下幾個問題速度慢、對不完整數據和被汙染的脈衝參數分選效果較差、無法處理大量複雜數據。利用自組織神經網絡的綜合分選方法，對信號參數的變化敏感，當兩類信號分布參數有相交時，性能急劇下降。而且由於神經網絡的網絡參數需要大量的訓練樣本進行多次迭代訓練，所以該方法對突發信號的分選效果並不理想。因此，本發明引入了模糊聚類技術，利用它的特殊性能來達到正確分選的目的。
發明內容
為了克服現有利用「統計直方圖」方法適應參數變化能力差、運算速度慢、對不完整數據和被汙染的脈衝參數分選效果較差、無法處理大量複雜數據；而利用「自組織神經網絡」綜合分選方法對信號參數的變化敏感、兩類信號分布參數有相交時性能急劇下降、需要大量的訓練樣本進行多次迭代訓練、分選效果不理想等不足，本發明的目的是綜合利用全脈衝、脈內特徵，採用模糊數學方法，提供一種自動高效的宙斯盾系統信號分選識別方法。本發明提出的一種基於模糊聚類的宙斯盾系統信號分選方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟步驟SI，利用平移標準差變換和平移極差變換對所述宙斯盾系統信號的脈衝描述字X進行標準化處理；步驟S2，計算標準化處理後的待分類的宙斯盾系統信號脈衝描述字之間的模糊相似矩陣R ；步驟S3，基於所述步驟S2得到的模糊相似矩陣R，利用傳遞閉包法將所述模糊相似矩陣R轉換為模糊等價矩陣R* ；步驟S4，將所述模糊等價矩陣R*轉換為與其等價的\截矩陣Ra，給定一個\值，即可得到所述、截矩陣I的分類結果，根據所述模糊等價矩陣R*與其\截矩陣Ra的轉換關係，就能夠相應的得到所述宙斯盾系統信號脈衝描述字的分選結果，其中，A為模糊聚類分析的水平參數，即閾值；所述步驟S2進一步包括以下步驟步驟S21，對於宙斯盾系統信號脈衝描述字X的每一個信號樣本Xi，計算信號樣本 之間的相似程度rij;步驟S22，以所述信號樣本之間的相似程度為元素建立模糊相似矩陣R。本發明的有益效果是，本發明通過基於模糊聚類的宙斯盾系統信號分選，結合宙斯盾系統全脈衝信號、脈內特徵，採用模糊數學方法，突破了傳統雷達信號分選方法的局限，將全脈衝和脈內特徵融合處理，有效地解決極少信號處理的難題，提高了雷達信號特徵提取的有效性。
圖I是本發明所提出的基於模糊聚類的宙斯盾系統信號分選方法的流程圖；圖2是根據本發明實施例得到的動態聚類圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，並參照附圖，對本發明進一步詳細說明。本發明提供的方法既可以在個人計算機、工控機及伺服器上以軟體的形式安裝並執行，也可將方法做成嵌入式晶片以硬體的形式來體現。圖I是本發明所提出的基於模糊聚類的宙斯盾系統信號分選方法的流程圖，如圖I所示，本發明所提出的基於模糊聚類的宙斯盾系統信號分選方法包括以下步驟步驟SI，利用平移標準差變換和平移極差變換對宙斯盾系統信號的脈衝描述字進行標準化處理；所述標準化處理是為了滿足下文所要求取的模糊相似矩陣的要求，即將所述宙斯盾系統信號的脈衝描述字壓縮到區間
上，通常需要作平移標準差變換以及平移極差變換；設需要被分類的宙斯盾系統信號，即雷達脈衝信號的脈衝描述字一共有n個，即X=(X1, x2, ---Xi---, Xn),其中每一個信號樣本Xi具有m個特性指標,即特徵,所述特性指標通常包括載頻、到達角、到達時間、脈衝寬度、脈衝周期、脈內特徵等，即Xi可寫為向量Xi =(xn,xi2,…，Xim)(i = 1，2，-n)0這樣就可以將原始數據，即宙斯盾系統信號脈衝描述字寫為矩陣形式
權利要求
1.一種基於模糊聚類的宙斯盾系統信號分選方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟 步驟Si，利用平移標準差變換和平移極差變換對所述宙斯盾系統信號的脈衝描述字X進行標準化處理； 步驟S2，計算標準化處理後的待分類的宙斯盾系統信號脈衝描述字之間的模糊相似矩陣R; 步驟S3，基於所述步驟S2得到的模糊相似矩陣R，利用傳遞閉包法將所述模糊相似矩陣R轉換為模糊等價矩陣R* ； 步驟S4，將所述模糊等價矩陣R*轉換為與其等價的\截矩陣Ra，給定一個 ' 值，即可得到所述\截矩陣Ra的分類結果，根據所述模糊等價矩陣R*與其\截矩陣Ra的轉換關係，就能夠相應的得到所述宙斯盾系統信號脈衝描述字的分選結果，其中，A為模糊聚類分析的水平參數，即閾值； 所述步驟S2進一步包括以下步驟 步驟S21，對於宙斯盾系統信號脈衝描述字X的每一個信號樣本Xi，計算信號樣本之間的相似程度ru ； 步驟S22，以所述信號樣本之間的相似程度為元素建立模糊相似矩陣R。
2.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述宙斯盾系統信號的脈衝描述字表不為
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述特性指標包括載頻、到達角、到達時間、脈衝寬度、脈衝周期、脈內特徵。
4.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述步驟SI中的標準化處理是將所述宙斯盾系統信號的脈衝描述字壓縮到區間[O，I]上。
5.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述步驟SI進一步包括以下步驟 步驟S11，計算所述宙斯盾系統信號脈衝描述字每一維特徵的平均值^和標準差C
6.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述步驟S21中，採用指數相似係數法計算得到所述信號樣本之間的相似程度ru I 亡 f 3 (x,k-xlkf\ ^= §expr I—I* 其中，m為每一個信號樣本所包含的特徵數量，Xu表示n個脈衝描述字中的第i個信InJ n號樣本的第 j 個特徵，*%，巧-~^zYjXtk >k = 1,2,…，m。
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7.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述傳遞閉包法描述為設模糊相似矩陣R e ii nXn其中，ii nXn是一個所有元素都大於等於0且小於等於I的nXn矩陣，則存在一個最小自然數k，k < n，使得傳遞閉包t (R) = Rk，對於一切大於k的自然數1，恆有R1 = Rk,此時，t (R)即為模糊相似矩陣轉換得到的模糊等價矩陣R'
8.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，利用平方法來求得基於傳遞閉包法轉換得到的模糊等價矩陣R* 依次求得所述模糊相似矩陣R的平方義R\ !r.…、/廣...，當第一次出現卜1 =滻時，表明此時的Rk具有傳遞性，則此時的Rk就是基於傳遞閉包法轉換得到的模糊等價矩陣R*。
9.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述步驟S4中，所述\截矩陣Ra的元素、ij表示為 fl ru> X v IO ^<1 1 J 、O
10.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述\截矩陣Ra的分類滿足 若模糊等價矩陣R* e y nXn其中，U nXn是一個所有元素都大於等於0且小於等於I的nXn矩陣，則對於X，ii G
，且X < ii，模糊等價矩陣R*的y截矩陣Rw所決定的分類中的每一類是模糊等價矩陣R*的\截矩陣Ra決定的分類中的某個類的子類。
全文摘要
本發明公開了一種基於模糊聚類的宙斯盾系統信號分選方法，可用於宙斯盾系統AN/SPY-1系列多功能相控陣雷達的信號識別，該方法包括以下步驟利用平移標準差變換和平移極差變換對宙斯盾系統信號的脈衝描述字進行標準化處理；計算脈衝描述字之間的模糊相似矩陣；利用傳遞閉包法將模糊相似矩陣轉換為模糊等價矩陣；將模糊等價矩陣轉換為與其等價的λ截矩陣，通過對於λ截矩陣Rλ的分類得到宙斯盾系統信號脈衝描述字的分選結果。本發明採用模糊數學方法，突破了傳統雷達信號分選方法的局限，將全脈衝和脈內特徵融合處理，有效地解決了極少信號處理的難題，提高了雷達信號特徵提取的有效性。
文檔編號G01S7/285GK102749616SQ20121022601
公開日2012年10月24日 申請日期2012年6月29日 優先權日2012年6月29日
發明者劉明智, 常民, 張秀玲, 張鵬芳, 林勐 申請人:北京市遙感信息研究所