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基于卷积神经网络的低截获概率雷达信号检测算法

蒋伊琳 尹子茹 宋宇

蒋伊琳, 尹子茹, 宋宇. 基于卷积神经网络的低截获概率雷达信号检测算法[J]. 电子与信息学报, 2022, 44(2): 718-725. doi: 10.11999/JEIT210132
引用本文: 蒋伊琳, 尹子茹, 宋宇. 基于卷积神经网络的低截获概率雷达信号检测算法[J]. 电子与信息学报, 2022, 44(2): 718-725. doi: 10.11999/JEIT210132
JIANG Yilin, YIN Ziru, SONG Yu. Low Probability of Intercept Radar Signal Detection Algorithm Based on Convolutional Neural Networks[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2022, 44(2): 718-725. doi: 10.11999/JEIT210132
Citation: JIANG Yilin, YIN Ziru, SONG Yu. Low Probability of Intercept Radar Signal Detection Algorithm Based on Convolutional Neural Networks[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2022, 44(2): 718-725. doi: 10.11999/JEIT210132

基于卷积神经网络的低截获概率雷达信号检测算法

doi: 10.11999/JEIT210132
基金项目: 国家自然科学基金(62071137)
详细信息
    作者简介:

    蒋伊琳:男,1980年生,副教授,研究方向为目标检测与识别、深度学习

    尹子茹:女,1997年生,硕士生,研究方向为雷达信号检测、雷达信号到达时间估计

    宋宇:男,1996年生,硕士生,研究方向为雷达辐射源结构反演

    通讯作者:

    尹子茹 ruruyinyin@126.com

  • 中图分类号: TN974

Low Probability of Intercept Radar Signal Detection Algorithm Based on Convolutional Neural Networks

Funds: The National Natural Science Foundation of China (62071137)
  • 摘要: 为了解决雷达截获接收机对低截获概率(LPI)雷达信号检测效果不理想的问题,针对截获信号中有效信号脉宽长度来定义信号和噪声,该文提出一种基于卷积神经网络(CNN)的LPI雷达信号检测方法,利用卷积核与匹配滤波器结构上的相似性,在低信噪比下能够提高信号的检测准确率。利用大量的基于4种典型LPI雷达信号(线性调频信号(LFM)、非线性调频信号(NLFM)、二相编码信号(BPSK)、COSTAS频率编码信号)和白噪声信号的模拟数据集进行CNN模型训练,同时增加少量实测信号(LFM, BPSK)作为验证集进行适配,更好地拟合实测信号的检测模型。最终利用实际信号进行测试,实验结果表明:该文算法在低信噪比的情况下具有较好的检测效果,对多种调制方式、不同信噪比下的LPI雷达信号具有泛化能力。
  • 图  1  匹配滤波器检测系统结构

    图  2  基于CNN的LPI信号检测网络基本结构示意图

    图  3  模拟信号的检测准确率

    图  4  实测信号的检测准确率

    表  1  LPI雷达信号检测的CNN网络结构参数

    层名称结构参数
    输入层2×2000
    第1, 2层Conv1-64@2×32(步长:1×4) & Maxpooling@1×4(步长:1×2)
    第3, 4层Conv1-128@1×16(步长:1×4) & Maxpooling@1×4(步长:1×2)
    第5, 6层Conv1-256@1×8(步长:1×4) & Maxpooling@1×4(步长:1×2)
    第7层FC-1024
    第8层FC-256
    输出层2
    下载: 导出CSV

    表  2  模拟信号的调制参数

    调制方式瞬时相位$\phi (t)$载频fc
    (MHZ)
    带宽B
    $({\rm{MHz}})$
    子脉冲宽度(μs)巴克码跳频序列${a_N}$
    LFM$2{\rm{\pi } }\left({f_c} \times t + \dfrac{\mu }{2} \times {t^2}\right)$
    调频斜率$\mu = B/\tau $
    50~7020~40______
    NLFM$2{\rm{\pi } }\left({f_c} \times t + \dfrac{1}{2}{a_1} \times {t^2} + \dfrac{1}{3}{a_2} \times {t^3}\right)$
    ${a_1} = B/(2 \times \tau )$, ${a_2} = B/(2 \times {\tau ^2})$
    50~7020~40______
    BPSK$2\pi {f_c}t + \theta ,\theta \in \left\{ {0,\pi } \right\}$50~70__0.5~1
    [1 1 1 1 1 –1–1 1 1 –1 1 –1 1]__
    COSTAS$2{\rm{\pi } }({f_c} \times {a_N})t$${a_N} = \left\{ { {a_1},{a_2},\cdots,{a_n} } \right\}$5~10__0.5~1__[8, 9, 6, 4, 10, 3, 2, 5, 7, 1]
    下载: 导出CSV

    表  3  实测信号的调制参数

    调制方式主要参数取值范围
    LFM载频${f_c}{\rm{(MHz)} }$50~70
    带宽$B{\rm{(MHz)} }$ 20~40
    BPSK载频${f_c}{\rm{(MHz)} }$50~70
    子脉冲宽度(μs) 0.5~1
    巴克码[1 1 1 1 1 –1 –1 1 1 –1 1 –1 1]
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-02-05
  • 修回日期:  2021-07-18
  • 网络出版日期:  2021-08-10
  • 刊出日期:  2022-02-25

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