电磁频谱入侵信号检测技术研究

发布时间：2020-04-17 08:47

【摘要】：在实际电磁频谱入侵信号检测场景中,很难获得大量的入侵信号样本以及入侵信号的先验知识。但是,传统的电磁频谱入侵信号检测技术相关研究多是对入侵信号具有较好先验基础,然后利用多分类算法对入侵行为中的干扰信号类型进行识别。因此,针对上述问题,本文主要研究方向为在入侵信号先验知识较少的条件下,研究电磁频谱入侵信号检测技术及方法。本文主要贡献在于对电磁频谱入侵信号进行了定义的基础上,提出了三种利用不同电磁频谱信息的入侵信号检测算法,能够较高效地实现电磁频谱入侵信号检测。论文的主要工作内容包括以下四个方面:1.定义了电磁频谱入侵信号,解决了缺少数据集的问题。通过查阅文献、对比分析,对电磁频谱入侵行为进行了定义,明确了入侵信号和干扰信号的区别和联系;构建了自动化的电磁信号数据集获取流程,使用较为先进的设备采集电磁频谱数据;通过噪声消除和信号检测技术对信号频谱数据进行提取,为后续研究提供数据支持。2.提出基于可变r位不连续匹配规则的人工免疫算法。针对信号参数的波动带来的虚警和漏警的问题,提出了可变r位不连续匹配规则,对其优势进行了仿真和理论分析;设计了改进后的人工免疫算法,添加了为每个检测器设定自适应参数区间矩阵和检测门限的细化训练过程,减少了检测漏洞;对特征进行了选择并通过实验对改进后算法的性能进行了评估和分析。3.提出基于信号波动特性的电磁频谱入侵信号检测。针对目前电子对抗中具有欺骗目的的入侵信号与合法信号参数相似,难以利用典型信号特征来实现入侵检测的问题,提出了信号波动特性这一特征;使用概率质量函数对信号波动特性进行描述作为新的信号特征,并使用KL散度来对不同信号之间该特征的差异进行度量,设计了基于信号波动特性的差异程度来对入侵信号进行检测的算法;通过无线电设备信号入侵广播频段这一真实入侵场景,分析了利用信号波动特性进行入侵信号检测的可行性,并验证了算法的有效性。4.提出基于功率熵的电磁频谱入侵信号检测。针对隐藏在噪声中的小功率入侵信号难以检测的问题,对频谱信息进一步挖掘提出了利用功率熵作为新的特征进行入侵信号检测的想法;提出了使用OcSVM对信号频谱的功率熵曲线进行学习来检测入侵信号的算法;设计了扩频信号入侵FM、QPSK、16QAM信号所在频段的三种实验场景,对算法的可行性和有效性进行了分析验证。
【图文】：

频率／Ｈｚ逦ｘ１０８逡逑图２－４：邋８０ＭＨｚ－１０８ＭＨｚ频段的频谱迹线逡逑以图２－４为例，在用户图形界面将频率分辨率设为ｌＫＨｚ，则８０ＭＨｚ－１０８ＭＨｚ逡逑频段对应２８０００个采样点，每个采样点对应该频点处的幅值，ＢＢ６０设备采集到逡逑的频谱迹线即为一个１＊２８０００的幅值序列。当采集ｎ个时刻的频谱迹线后，得到逡逑的频谱数据即为一个ｎ＊２８０００的幅值矩阵。逡逑２．邋３．邋２噪声消除及信号频谱数据提取逡逑１１逡逑

功率谱噪声基底估计方法，为了在色噪声信道下检测窄带信号，由于该算法具有逡逑良好的自反馈特性，后来被应用于图像处理研究中背景噪声的估计［３９］。其原理逡逑如图２－５所示：逡逑Ｐ（ｋ）广 ＜Ｐ（ｋ）逦0（ｋ＞逦Ｔ（ｋ）逡逑—ａ）￣￣＾邋ｍｎｌ邋—Ｋ）——＂逡逑Ｔ（ｋ－Ｄ逦Ｔ（ｋ－ｌ）逦丨邋１：Ｚ逡逑图２－５：非线性自回归平滑滤波法逡逑２．３．１中懫集到的一条频谱迹线即为一个幅值序列，将其记为Ｐ（ｆｃ），，对应的逡逑噪声基底估计值序列记为Ｔ（／0，ＭＮＬ是一个无记忆非线性系统，将当前频谱幅值逡逑与前一个噪声基底估计值的差值＊ｐ（ｆｃ）和预先设定的阈值ｒ进行比较，不同的比较逡逑结果对应不同的（Ｔ（／0的输出结果，ａ（／ｃ）为分段函数，当前的噪声基底估计值为前逡逑一个噪声基底估计值和（７（／ｃ）输出结果的和，具体涉及公式如２－２，邋２－３，邋２－４所示，逡逑Ｓｇｎ是符号函数，当Ｘ为负数时输出－１，当Ｘ为非负数时，输出１。逡逑Ｔ（ｋ）邋＝邋Ｔ〔ｋ邋－邋１）邋＋邋ａ〔ｋ）逦（２－２）逡逑（ｐ｛ｋ）邋＝邋Ｐ｛ｋ）邋－邋Ｔ｛ｋ邋－邋１）逦（２－３）逡逑＼ｃｐ｛ｋ）＼邋＜ｒ逡逑°逦＊邋ｓｇｎ［（ｐ（ｋ）），邋ｅｌｓｅ逡逑Ｓｇｎ｛ｘ）邋＝邋｛－＾邋Ｘｘ邋＜邋°逦（２－５）逡逑非线性自回归平滑滤波算法的核心思想：待估计噪声基底频段的频谱幅值起逡逑伏波动的变化较小时
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN911.23

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 胡向春;;打造电磁频谱战新技术和新能力[J];防务视点;2016年05期

2 陈勇;张余;柳永祥;;电磁频谱战发展剖析与思考[J];指挥与控制学报;2018年04期

3 李国强;张乐;郭凯;;国际国外空间电磁频谱管理法规与标准研究[J];中国标准化;2019年07期

4 顾黎明;张小林;刘健;;从电磁频谱特性看未来电磁频谱战的捷变性[J];航天电子对抗;2017年06期

5 吴启晖;任敬;;电磁频谱空间认知新范式:频谱态势[J];南京航空航天大学学报;2016年05期

6 罗争;杨学刚;李勇;吴林;;基于软件无线电的电磁频谱监测新方法[J];数字技术与应用;2017年01期

7 程郢瑞;肖丁;;加强海战场电磁频谱管理的几点举措[J];科技视界;2017年08期

8 宋伟;王劲松;;对电子防御和电磁频谱管理的思考[J];航天电子对抗;2017年03期

9 赵金红;李博;张建华;王璀璨;;复杂电磁频谱管理方案效果评估方法研究[J];舰船电子对抗;2017年03期

10 罗争;杨学刚;龚坚;;如何构建“五位一体”电磁频谱监测生态圈[J];中国无线电;2017年08期

相关会议论文 前10条

1 林义勇;董炳熙;林蕾;;基于军民融合的电磁频谱管理方法研究[A];第十二届全国信号和智能信息处理与应用学术会议论文集[C];2018年

2 田源;杨志勇;;新疆边境地区电磁频谱测试中虚假信号的识别与分析[A];2011全国无线及移动通信学术大会论文集[C];2011年

3 周宁;肖俐平;王继阳;肖凯宁;;若干新技术在电磁频谱管理中的应用[A];频谱管理与监测系统建设研讨会论文集[C];2011年

4 张秀强;谈钤;刘建厂;;电磁频谱监测信号分析及数据处理应用能力建设思考[A];频谱管理与监测系统建设研讨会论文集[C];2011年

5 毛炳文;;认知无线电技术下的电磁频谱管理策略初探[A];2009年中国高校通信类院系学术研讨会论文集[C];2009年

6 吕楠;康青;沈志强;王正刚;;复杂电磁环境下战场电磁频谱管制刍议[A];第二十届全国电磁兼容学术会议论文集[C];2010年

7 李赞;张学平;尹直兵;张倩;李伟;;新一代电磁频谱监测网的设计与应用[A];频谱管理与监测系统建设研讨会论文集[C];2011年

8 黄艳;王红亮;周宁;张杰;;未来电磁频谱监测系统发展方向的探讨[A];频谱管理与监测系统建设研讨会论文集[C];2011年

9 张桂林;杨进佩;刁联旺;;对海上目标群的电磁频谱拒止指挥控制研究[A];第四届中国指挥控制大会论文集[C];2016年

10 司长哲;陈剑红;王蕾;;航天发射场电磁频谱监测系统总体设计[A];第八届全国信号和智能信息处理与应用学术会议会刊[C];2014年

相关重要报纸文章 前10条

1 逯杰;美俄备战“第六作战域”[N];解放军报;2018年

2 空军工程大学 王鹏;美军制定电磁频谱新战略[N];中国青年报;2014年

3 司嘉;电磁频谱作战部队是干什么的[N];中国青年报;2018年

4 记者 帅又榕 张金然;全国电磁频谱管理领域军民融合发展成果展举行[N];人民邮电;2018年

5 记者 吴丽琳;全国电磁频谱管理领域军民融合发展成果展在北京举行[N];中国电子报;2018年

6 田武洲 魏庆 刘依墨;外军如何加强电磁频谱管控[N];解放军报;2017年

7 房永智;打击整治“黑广播”刻不容缓[N];中国青年报;2017年

8 本报记者 唐芳;“第六度空间”的战斗：电磁频谱战[N];科技日报;2017年

9 张春磊 李硕 陈志宏;电磁频谱，崛起的“第六作战域”[N];中国国防报;2016年

10 郝嘉　周宁 周任飞;电磁频谱：信息化战争之魂[N];解放军报;2015年

相关博士学位论文 前2条

1 薛剑韬;电磁频谱宽带实时检测与分析[D];北京邮电大学;2014年

2 田鹏武;基于压缩感知的大动态混合信号采集技术研究[D];解放军信息工程大学;2012年

相关硕士学位论文 前10条

1 冯笑可;电磁频谱入侵信号检测技术研究[D];北京邮电大学;2019年

2 甘皓元;基于业务的电磁频谱管理与技术研究[D];云南大学;2017年

3 屈小芳;战场电磁频谱分配模型构建及分配算法研究[D];西安电子科技大学;2018年

4 汪紫薇;电磁频谱监测系统数据传输关键技术研究[D];华中科技大学;2017年

5 刘保见;分布式电磁频谱监测网络分群算法研究与实现[D];解放军信息工程大学;2016年

6 李一博;基于测井数据的高精度电磁频谱应用技术研究[D];中国地质大学(北京);2018年

7 徐梓健;电磁频谱监测系统设计及算法研究[D];北京邮电大学;2018年

8 李昂;电磁频谱监测系统关键技术与实现[D];北京邮电大学;2016年

9 李慧;空间电磁频谱分析[D];西安电子科技大学;2012年

10 熊飞;异构电磁频谱监测系统软件设计与实现[D];电子科技大学;2017年

本文编号：2630675