基于Bootstrap的BPSK信號(hào)盲處理結(jié)果可信性檢驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于Bootstrap的BPSK信號(hào)盲處理結(jié) 果可信性檢驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在無信號(hào)任何先驗(yàn)信息及低信噪比條件下，對(duì)觀測(cè)信號(hào)的調(diào)制方式識(shí)別、參數(shù)估 計(jì)等只能進(jìn)行盲處理，其過程具體包括調(diào)制方式識(shí)別，參數(shù)估計(jì)和解碼等環(huán)節(jié)。BPSK信號(hào)是 雷達(dá)及認(rèn)知無線電（CR)中常用的調(diào)制樣式，其參數(shù)較多，對(duì)其盲處理的結(jié)果進(jìn)行可信性分 析，可以為后續(xù)的處理環(huán)節(jié)提供信息支持，因此該技術(shù)成為電子偵察領(lǐng)域面臨的一個(gè)新課 題° 文獻(xiàn)[1]L.Pucker,''ReviewofContemporarySpectrumSensingTechnologies(For. IEEE-SAP1900. 6StandardsGroup)，作為IEEEP1990. 6 標(biāo)準(zhǔn)（針對(duì)CR)，稱部分民用 無線信號(hào)感知設(shè)備中已經(jīng)將調(diào)制識(shí)別的可信性評(píng)估作為其中一個(gè)輸出參數(shù)。文獻(xiàn)[2] J.A.K.W.Su,Y.Ming, ^Dual-useofmodulationrecognitiontechniquesfordigital communicationsignals，"presentedatSystems,ApplicationsandTechnology Conference，2006.指出：美國軍方在軍用非協(xié)作條件下的信號(hào)處理系統(tǒng)中，已將調(diào)制識(shí) 別結(jié)果的可信性作為調(diào)制識(shí)別之后一個(gè)獨(dú)立的新環(huán)節(jié)，其作用是利用識(shí)別的可信性信息， 輔助判別"未知信號(hào)"。然而，目前相關(guān)文獻(xiàn)針對(duì)信號(hào)的檢測(cè)（或稱頻譜感知）、調(diào)制識(shí)別 結(jié)果的可信性進(jìn)行了分析，但關(guān)于信號(hào)盲處理結(jié)果可信性檢驗(yàn)方法的公開文獻(xiàn)較少。文 獻(xiàn)[3]FehskeA. ,GaeddertJ. ,ReedJ.H.ANewApproachtoSignalClassification usingSpectralCorrelationandNeuralNetworks[A]. 2005FirstIEEEInternational SymposiumonNewFrontiersinDynamicSpectrumAccessNetworks, 2005.DySPAN 2005. [C], 2005, 144-150?對(duì)CR中調(diào)幅（AM，AmplitudeModulation)、BPSK、QPSK、最小移 頻鍵控（MSK，Minimum-shiftKeying)、FSK等調(diào)制信號(hào)進(jìn)行分類識(shí)別時(shí)，提出了調(diào)制識(shí)別 分類器可信性問題，將MLP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器的最大輸出值與次大輸出值之間差值的一半作 為分類器的可信度度量，但是這一方法要依賴大量的訓(xùn)練樣本，這在非協(xié)作條件下是較難 實(shí)現(xiàn)的。文獻(xiàn)[4]LinW.S.,LiuK.J.R.ModulationForensicsforWirelessDigital Communications[A].IEEEInternationalConferenceonAcoustics,SpeechandSignal Processing, 2008.ICASSP2008. [C], 2008, 1789-179 在對(duì)單入單出（SIS0,SingleInput andSingleOutput)及多入多出（MIM0,MultipleInputandMultipleOutput)系統(tǒng) 中BPSK、QPSK、八相編碼（8-PSK，8-PhaseShiftKeying)及 16 星座正交振幅調(diào)制（QAM， QuadratureAmplitudeModulation)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制識(shí)別時(shí)，提出了一種基于信息摘的可信 度分析方法，其主要思想是根據(jù)各種假設(shè)下似然值的差異來度量可信度。但在無信號(hào)先驗(yàn) 知識(shí)的條件下，計(jì)算各種假設(shè)下的似然值也較為困難。文獻(xiàn)[5]胡國兵，劉渝.BPSK信號(hào)盲 處理結(jié)果的可靠性檢驗(yàn)算法研宄[J].數(shù)據(jù)采集與處理，2011，26(6) :637-642.提出了一種 基于相關(guān)累加曲線線性回歸失擬檢驗(yàn)的BPSK信號(hào)盲處理結(jié)果可靠性檢驗(yàn)算法。該算法先 對(duì)調(diào)制方式進(jìn)行識(shí)別，并根據(jù)識(shí)別結(jié)果估計(jì)參數(shù)，構(gòu)造參考信號(hào)；而后將參考信號(hào)與接收信 號(hào)作相關(guān)累加，通過檢驗(yàn)相關(guān)累加曲線是否能擬合成一條直線來判斷BPSK信號(hào)盲處理結(jié) 果的可信與否。但該方法的線性回歸失擬檢驗(yàn)，由于缺少重復(fù)樣本，檢驗(yàn)中需要對(duì)相關(guān)累加 值進(jìn)行聚類，顯然檢驗(yàn)的結(jié)果受具體聚類方法的影響。文獻(xiàn)[6]胡國兵等.雷達(dá)調(diào)制信號(hào) 分析與處理技術(shù)[M]北京：人民郵電出版社，2014.中分別提出了兩種可信度檢驗(yàn)算法：一 種為基于相關(guān)系數(shù)法的BPSK信號(hào)盲處理結(jié)果的可靠性檢驗(yàn)算法。該算法在根據(jù)調(diào)制識(shí)別 的結(jié)果估計(jì)參數(shù)后，構(gòu)造出參考信號(hào)；后將參考信號(hào)與接收信號(hào)作相關(guān)累加取模，繼而提取 相關(guān)系數(shù)及相關(guān)系數(shù)符號(hào)一致性特征作為處理結(jié)果可信性判決的依據(jù)。與前兩種方法均選 擇了參考信號(hào)與觀測(cè)信號(hào)的相關(guān)累加模值作為檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量不同，第二種方法利用相位信息 作為信號(hào)盲處理結(jié)果可信性檢驗(yàn)的依據(jù)，通過相位概率分布擬合優(yōu)度檢驗(yàn)實(shí)現(xiàn)對(duì)BPSK信 號(hào)的盲處理結(jié)果的可靠性評(píng)估。但該方法需要有信噪比、信號(hào)幅度及噪聲方差的先驗(yàn)信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為：采用非參量Bootstrap方法，通過重采樣得到一 定容量的Bootstrap樣本集，進(jìn)行BPSK信號(hào)盲處理結(jié)果的可信性檢驗(yàn)，檢驗(yàn)過程無需信 號(hào)及噪聲的任何先驗(yàn)信息，且具有較強(qiáng)的檢錯(cuò)能力。作為統(tǒng)計(jì)學(xué)中的一種重抽樣方法， Bootstrap自1979年由Efron提出至今，已被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。
[0004] 有限觀測(cè)時(shí)間內(nèi)復(fù)BPSK信號(hào)模型可寫為：
[0005]
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于Bootstrap的BPSK信號(hào)盲處理結(jié)果可信性檢驗(yàn)方法，其特征在于，包括以下步 驟： (1) 參數(shù)估計(jì)與信號(hào)重構(gòu)：首先對(duì)觀測(cè)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制方式識(shí)別，根據(jù)識(shí)別結(jié)果對(duì)應(yīng)的 模型，估計(jì)相應(yīng)參數(shù)，并分別得到參考信號(hào)y (η)及重構(gòu)信號(hào): (I. 1)若觀測(cè)信號(hào)被正確識(shí)別為BPSK調(diào)制方式，則對(duì)BPSK信號(hào)的參數(shù)集進(jìn)行估計(jì)，定 義BPSK信號(hào)的幅度、載頻、碼字、碼長(zhǎng)、碼元寬度的估計(jì)值分別為，則參考信號(hào) 為：
重構(gòu)信號(hào)為：+) = 4?⑷； (2) Bootstrap樣本集獲?。禾崛∮^測(cè)信號(hào)的B個(gè)Bootstrap樣本集，步驟如下： (2. 1)殘留項(xiàng)提取：定義觀測(cè)信號(hào)為r(n)，則殘留項(xiàng)為觀測(cè)信號(hào)的原始信號(hào)與重構(gòu)信 號(hào)之差，即
(2.2) 對(duì)殘留項(xiàng)咖）中的N個(gè)樣本值柳湖，勒，...，印V-1)進(jìn)行重采樣，得到c#(n) = [c#( 0),c*(l),...,c*(N-l)]； (2.3) 產(chǎn)生 Bootstrap 樣本：(") = .?(")+ c (/?)，《 = 0,"·，Λ/-I . (2.4) 重復(fù)步驟（2.2)至（2.3) B次，得到B個(gè)Bootstrap樣本集 r*〇 (n), r*! (η),. . . , r*B_i (η)； (3) 特征提?。簩⒖夹盘?hào)y (η)與觀測(cè)信號(hào)B個(gè)Bootstrap樣本集分別作N點(diǎn)及Ν/2 點(diǎn)相關(guān)累加并取模，得到B個(gè)樣本值分別為：
進(jìn)而提取兩個(gè)隨機(jī)樣本集均值比特征Urfl= ^ 則統(tǒng)計(jì)量為I ^ ΚΙ-2 I ; (4) 檢驗(yàn)判決，包括以下步驟： (4. 1)分別計(jì)算觀測(cè)信號(hào)B個(gè)Bootstrap樣本集與參考信號(hào)的N點(diǎn)及N/2點(diǎn)相關(guān)累加 函數(shù)模值和，i = 0, 1，. . .，B-I ; (4. 2)令
i = 〇, 1，...，B-1，并對(duì)進(jìn)行排序，可得Kw </4>...<片％-; (4. 3)給定顯著水平為α，則判決門限為，其中q與顯著性水平α之間關(guān)系為：α =(B+l-q) / (Β+1)； (4. 4)通過比較統(tǒng)計(jì)量與門限的大小進(jìn)行判決，判決規(guī)則為：當(dāng)Μ. >/Ci)時(shí)，拒絕Htl假 設(shè)，反之接受Htl假設(shè)； 其中Htl假設(shè)即調(diào)制識(shí)別結(jié)果正確且無解碼錯(cuò)誤。
【專利摘要】本發(fā)明針對(duì)雷達(dá)及認(rèn)知無線電中常用的BPSK信號(hào)，提出一種基于Bootstrap的BPSK信號(hào)盲處理結(jié)果可信性檢驗(yàn)方法。該方法首先進(jìn)行調(diào)制方式識(shí)別，并根據(jù)識(shí)別結(jié)果對(duì)應(yīng)的模型，進(jìn)行參數(shù)估計(jì)及信號(hào)重構(gòu)，分別得到參考信號(hào)及重構(gòu)信號(hào)；而后對(duì)觀測(cè)信號(hào)進(jìn)行Bootstrap樣本提取，得到觀測(cè)信號(hào)的B個(gè)Bootstrap樣本集；再將參考信號(hào)與觀測(cè)信號(hào)B個(gè)Bootstrap樣本集分別作N點(diǎn)及N/2點(diǎn)相關(guān)累加并取模，得到B個(gè)樣本值，進(jìn)而提取兩個(gè)隨機(jī)樣本集均值比特征；最后在給定的顯著水平下，得到判決門限，后通過比較統(tǒng)計(jì)量與門限的大小進(jìn)行盲處理結(jié)果可信性的判決。本發(fā)明無需信號(hào)及噪聲的任何先驗(yàn)信息，對(duì)于BPSK信號(hào)盲處理的可信性檢驗(yàn)效果比較理想，當(dāng)信噪比大于0dB時(shí)，利用本算法對(duì)BPSK信號(hào)處理結(jié)果進(jìn)行可信性檢驗(yàn)的兩類錯(cuò)誤概率接近0。
【IPC分類】H04B17-00, H04L27-38, H04L1-00
【公開號(hào)】CN104869096
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510218536
【發(fā)明人】胡國兵, 吳珊珊, 胡曉燕, 王書旺, 高燕, 張園, 周波, 湯滟, 丁寧
【申請(qǐng)人】南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院
【公開日】2015年8月26日
【申請(qǐng)日】2015年4月30日