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基于联邦学习的多站雷达信号智能分选算法

叶成基 谢坚 张兆林 王伶

叶成基, 谢坚, 张兆林, 王伶. 基于联邦学习的多站雷达信号智能分选算法[J]. 电子与信息学报. doi: 10.11999/JEIT251355
引用本文: 叶成基, 谢坚, 张兆林, 王伶. 基于联邦学习的多站雷达信号智能分选算法[J]. 电子与信息学报. doi: 10.11999/JEIT251355
YE Chengji, XIE Jian, ZHANG Zhaolin, WANG Ling. Intelligent Sorting Algorithm for Multi-station Radar Signals Based on Federated Learning[J]. Journal of Electronics & Information Technology. doi: 10.11999/JEIT251355
Citation: YE Chengji, XIE Jian, ZHANG Zhaolin, WANG Ling. Intelligent Sorting Algorithm for Multi-station Radar Signals Based on Federated Learning[J]. Journal of Electronics & Information Technology. doi: 10.11999/JEIT251355

基于联邦学习的多站雷达信号智能分选算法

doi: 10.11999/JEIT251355 cstr: 32379.14.JEIT251355
基金项目: 国家自然科学基金(62571444, 62271412)
详细信息
    作者简介:

    叶成基:男,硕士生,研究方向为电子侦察、雷达信号分选

    谢坚:男,博士,教授,博士生导师,研究方向阵列信号处理、空间谱估计、辐射源定位技术等

    张兆林:男,博士,副教授,硕士生导师,研究方向卫星导航抗干扰技术、阵列信号处理技术

    王伶:男,博士,教授,博士生导师,研究方向通信抗干扰技术、阵列信号处理、导航通信技术、移动通信等

    通讯作者:

    谢坚 xiejian@nwpu.edu.cn

  • 中图分类号: TN957.52

Intelligent Sorting Algorithm for Multi-station Radar Signals Based on Federated Learning

Funds: The National Natural Science Foundation of China(62571444, 62271412)
  • 摘要: 针对多站雷达信号分选面临的传输受限、数据安全以及站间非独立同分布导致的泛化能力差等问题,该文提出一种基于联邦学习的多站协同分选方法。首先,构建了中心化联邦分选架构,设计了本地时序模型,通过双向长短时记忆网络与残差连接的结合,有效捕捉了脉冲序列的时序信息,在核心集上实现了超过96%的分选性能。其次,针对站间数据异构性问题,提出参数解耦与近端正则的站间聚合策略,有效缓解模型漂移。仿真表明,所提方法在扩展集上的F1-Score达到83.75%,较FedAvg算法提升了3.86%。在70%高脉冲丢失率或杂散干扰等极端场景下F1-Score保持在75%以上,表现出优异的鲁棒性。同时该方法将全周期通信总量降低了92.60%,实现了高效、鲁棒的多站分选处理。
  • 图  1  多站协同侦察示意图

    图  2  本地时序模型

    图  3  TOA差分处理示意图

    图  4  CF参数示意图

    图  5  PW参数示意图

    图  6  t-SNE数据降维示意图

    图  7  核心集各类别性能示意图

    图  8  扩展集各类别性能示意图

    图  9  不同参数规模下扩展集性能示意图

    图  10  核心集在不同偏移下的性能示意图

    图  11  扩展集在不同偏移下的性能示意图

    图  12  核心集(a)与扩展集(b)在不同场景下的性能示意图

    表  1  接收站与辐射源坐标及仿真数据参数表

    站编号 X(km) Y(km) Z(km) 辐射源编号 X(km) Y(km) Z(km) PRI($ \mu \text{s} $) CF(GHz) PW($ \mu \text{s} $)
    S0 20 0 0 Radar 0 100 120 120 70抖动 8.0~9.4 组变 15滑变
    S1 0 –100 0 Radar 1 80 210 210 125/162/100参差 7.8~8.5 捷变 22抖动
    S2 0 10 0 Radar 2 130 146 146 85滑变 7.6~8.7 组变 20 固定
    S3 –40 80 0 Radar 3 150 30 30 40固定 8.2~9.2 捷变 18抖动
    S4 60 –60 20 Radar 4 100 102 102 100/130/80参差 8.4~9.5 组变 23滑变
    S5 –70 –30 –15 Radar 5 110 90 90 85抖动 8.6~9.6 组变 22抖动
    S6 30 140 10 Radar 6 95 160 160 140/95/180参差 7.5~8.3 捷变 25固定
    S7 –10 200 30 Radar 7 140 100 100 70滑变 8.1~9.0 组变 18滑变
    S8 80 –120 –25 Radar 8 120 60 60 44固定 9.0~9.8 捷变 16抖动
    Radar 9 105 130 130 90/120/150参差 7.9~8.8 组变 29滑变
    Radar 10 115 110 110 95抖动 8.3~9.1 捷变 24固定
    Radar 11 125 140 140 130滑变 8.5~9.4 组变 28固定
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    表  2  类别偏移档位设置

    档位偏移值偏移强度描述
    0.1~02每站集中少数类别,分布最不均匀
    0.4~0.6部分类别占优,仍明显不均匀
    0.9~1.0接近均匀,作为近IID对照
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    表  3  站间参数误差设置

    编号 TOA(ns) CF(MHz) 编号 TOA(ns) CF(MHz)
    S0 5.0 1.0 S0 2.0 1.0
    S1 10.0 0.5 S1 12.0 0.5
    S2 50.0 5.0 S2 17.0 5.0
    S3 23.0 2.0
    S4 28.0 3.0
    S5 10.0 0.8
    S6 5.0 0.6
    S7 3.0 0.4
    S8 50.0 4.0
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    表  4  分选性能指标对比(%)

    数据集 模型对照 精确率 召回率 F1-Score
    核心集 CL 97.39 97.21 97.29
    FedAvg 95.60 95.94 95.75
    本文方法 96.51 96.35 96.42
    相对CL –0.88 –0.86 –0.87
    相对FedAvg +0.91 +0.41 +0.67
    扩展集 CL 90.92 90.98 90.95
    FedAvg 81.24 80.38 79.89
    本文方法 83.69 83.81 83.75
    相对CL –7.23 –7.17 –7.20
    相对FedAvg +2.45 +3.43 +3.86
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出版历程
  • 收稿日期:  2025-12-23
  • 修回日期:  2026-03-03
  • 录用日期:  2026-03-03
  • 网络出版日期:  2026-03-14

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