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海面舰艇作为现代海军主要装备,在执行海面任务的时候表现优秀。海面舰艇一般是以集群的形式航行,舰艇与舰艇之间通过相互发送通信信息实现实时调度,因此海面舰艇之间通信信号通常会承载许多重要信息,需要通过信息识别技术获取这些重要信息。非合作通信节点通联关系识别是目前新兴起的一种信息识别技术,通过识别非合作通信节点信息实现通联关系的识别。本文是在前人研究的基础上,运用神经网络、信号识别、位置识别以及数据挖掘等技术,实现在海面舰艇场景下非合作通信节点间通联关系识别。本文的主要研究内容有:
(1)研究了通信信号识别理论,通信信号识别包括调制方式识别、通信帧识别以及位置识别,研究了神经网络相关理论,对DNN和CNN的模型结构以及训练过程进行了深入研究。
(2)研究了非合作节点信号识别技术。非合作节点信号识别包括节点信号调制方式识别、通信帧识别以及位置识别三部分内容。在节点信号调制方式识别中。提出了一种基于CNN的调制方式识别方案,选取BPSK、QPSK、QAM等8种调制方式作为识别对象,在信噪比为8dB时,调制识别率达到89.4%;在通信帧识别中,提出了一种单节点通信帧识别方案,通过调制方式识别结合关联规则分析实现通信帧的识别,该方案能够正确地识别出通信帧;在位置识别中,提出了一种在接入舰艇数量充足的条件下,基于神经网络的RSSI位置指纹定位方案并实现仿真。仿真结果表明,在训练距离为4km的条件下,对待定位舰艇的X坐标估计精确度达到82.32%,Y坐标估计精确度达到83.06%。
(3)在调制方式识别与通信帧识别理论与仿真基础上,提出了非合作节点间通联关系识别方案,该方案包括非合作节点位置识别以及节点间通联关系识别两部分。在非合作节点位置识别方案中,主要考虑了接入海面舰艇数量不充足的情况,引入信号到达角作为位置指纹,仿真表明,在训练距离为4km的条件下,对海面舰艇位置X坐标的估计准确率为84.86%,Y坐标的估计准确率为89.57%。在节点间通联关系识别方案中,根据识别每个帧得到的RSSI与到达角信息实现信号分类,并通过寻找频繁2项集完成通联关系的识别。仿真表明,该方案能够较好地识别出非合作节点间的通联关系,识别得到的舰艇信号发送顺序与实际的舰艇信号发送顺序相比,准确率在95%。
(1)研究了通信信号识别理论,通信信号识别包括调制方式识别、通信帧识别以及位置识别,研究了神经网络相关理论,对DNN和CNN的模型结构以及训练过程进行了深入研究。
(2)研究了非合作节点信号识别技术。非合作节点信号识别包括节点信号调制方式识别、通信帧识别以及位置识别三部分内容。在节点信号调制方式识别中。提出了一种基于CNN的调制方式识别方案,选取BPSK、QPSK、QAM等8种调制方式作为识别对象,在信噪比为8dB时,调制识别率达到89.4%;在通信帧识别中,提出了一种单节点通信帧识别方案,通过调制方式识别结合关联规则分析实现通信帧的识别,该方案能够正确地识别出通信帧;在位置识别中,提出了一种在接入舰艇数量充足的条件下,基于神经网络的RSSI位置指纹定位方案并实现仿真。仿真结果表明,在训练距离为4km的条件下,对待定位舰艇的X坐标估计精确度达到82.32%,Y坐标估计精确度达到83.06%。
(3)在调制方式识别与通信帧识别理论与仿真基础上,提出了非合作节点间通联关系识别方案,该方案包括非合作节点位置识别以及节点间通联关系识别两部分。在非合作节点位置识别方案中,主要考虑了接入海面舰艇数量不充足的情况,引入信号到达角作为位置指纹,仿真表明,在训练距离为4km的条件下,对海面舰艇位置X坐标的估计准确率为84.86%,Y坐标的估计准确率为89.57%。在节点间通联关系识别方案中,根据识别每个帧得到的RSSI与到达角信息实现信号分类,并通过寻找频繁2项集完成通联关系的识别。仿真表明,该方案能够较好地识别出非合作节点间的通联关系,识别得到的舰艇信号发送顺序与实际的舰艇信号发送顺序相比,准确率在95%。