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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,青海省海东人,西北工业大学电子信息学院研究生,主要研究电子侦察、雷达信号分选

    谢坚:男,江苏省南通人,博士,西北工业大学电子信息学院教授,博士生导师,主要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,河南安阳人,博士,西北工业大学副教授,硕士生导师,主要研究方向卫星导航抗干扰技术、阵列信号处理技术

    王伶:男,贵州省怀仁人,博士,西北工业大学教授,博士生导师,主要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 under Grant No. 62571444 and No. 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,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/nsCF/MHz编号TOA/nsCF/MHz
    S05.01.0S02.01.0
    S110.00.5S112.00.5
    S250.05.0S217.05.0
    S323.02.0
    S428.03.0
    S510.00.8
    S65.00.6
    S73.00.4
    S850.04.0
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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CL97.3997.2197.29
    FedAvg95.6095.9495.75
    本文方法96.5196.3596.42
    相对CL-0.88-0.86-0.87
    相对FedAvg+0.91+0.41+0.67
    扩展集CL90.9290.9890.95
    FedAvg81.2480.3879.89
    本文方法83.6983.8183.75
    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
  • 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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