基于时频分布图像和主分量分析的脉内调制识别算法研究

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1、第l4卷第2期电路与系统学报Vo1．14No．22009年4月JOURNALOFCIRCUITSANDSYSTEMSApril，2009文章编号：1007-0249(2009)02．0022—05基于时频分布图像和主分量分析的脉内调制识别算法研究冀贞海2，朱伟强，赵力(1．中国航天科工集团8511研究所，江苏南京210007；2．东南大学信息科学与工程学院，江苏南京210096)摘要t本文提出了⋯种利用模式识别中图像处理的方法来进行雷达脉内调制特征识别的新算法。通过对雷达信号时频分布图像进行二维

2、小波分解，并对其进行主分量分析，获得每类雷达信号中的特征参数，构建相应的分类器，并利用此分类器对信号进行识别。仿真结果表明，利用信号的时频分布图像来进行信号识别是完全可行的，提取的特征参数具有很好的鲁棒性，具有较强的抗噪声能力，同时可以取得较高识别率。关键词t时频分布图像；主分量分析：脉内调制识别中圈分类号tTN974文献标识码tA1引言雷达信号脉内调制是指雷达为提高其检测性能、抗干扰措施而采取的特定的调制样式。随着现代雷达技术的不断发展，采用各种复杂脉内调制方式工作的雷达逐渐增多，这给雷达信号

3、的侦察、分选和识别带来了新的挑战。目前，雷达信号脉内调制特征分析的一般方法有时域自相关法【1．2】、调制域分析法J、谱相关法I4J、时域倒谱法J等，这些方法都是遵循着通过对采样信号的某种变换，使信号之间特征区分明显，从而达到信号分类识别的目的，因此是相互渗透、相互关联的。时频分布和小波变换是新发展起来的处理非平稳信号的有力工具。时频分布将时域信号映射成为一个联合时域和频域的信号，在时间和频率点处既表达了某时刻的频率信息，同时获得了相应的时域信息。小波的特点是它能够对信号进行多尺度分析，即能用粗尺

4、度获得信号的概貌，同时，利用细尺度获得信号的细节信息。通过对脉内调制信号进行小波分解得到不同水平下的细节信息，这些信息对不同类别的信号而言，具有明显的差异，因此可以用来进行模式识别。文献[6]初步探讨了利用时频分布图像来识别雷达信号脉内调制类型的可行性。该方法仅仅利用了时频分布图像的边缘信息，没有充分挖掘时频分布图像中所包含的丰富信息；而且，在较低信噪比下，时频分布图像的边缘信息很难提取，因此，文献[6]的方法需要进一步深入研究。本文在此基础上，完整的利用时频分布图像中所蕴含的内在信息，借助于多

5、尺度分析的理论，对其进行了二维小波分解，通过主分量分析，获得表征其低频和高频部分的信息的相关特征参数，并将其组合成一个强的分类器，最后利用该分类器达到信号识别的目的。仿真结果表明，利用信号的时频分布图像来进行信号识别是完全可行的，提取的特征参数具有很好的鲁棒性，同时可以取得较高的识别率。本文的章节安排如下，第2节简要介绍了时频分布图像和二维小波分析；接着详细阐述了信号特征参数提取的过程和分类器的构造；第4节利用测试集合中的样本进行了仿真分析，最后给出结论。2时频分布图像和二维小波分解2．1时频分

6、布图像Wigner．Ville分布是当前广泛使用的一种时频分布形式，它可以看作是一种用信号自身作为窗函数的特殊的短时Fourier变换形式，根据信号的特点，相应的窗函数对信号具有某种程度的自适应性，而且该分布具有许多良好的特性，如边缘特性、时频移不变性等。信号(f)的Wigner—Ville分布为收稿日期t2008—03·27修订日期：2008·05-05基金项目·国家自然科学基金(60472058)；教育部博士点基金(20050286001)；教育部新世纪优秀人才支持计划(NCET-04-04

7、83)第2期冀贞海等：基于时频分布图像和主分量分析的脉内调制识别算法研究(f，)=r(，+r／2)s(f—r／2)e-jotdr(1)图1显示了四种不同的雷达信号在不同信噪比下的时频分布图像。从图中可以看出，时频分布图像中蕴含了信号的本质属性，尽管信噪比从20dB变到0dB，仍然可以看出信号的时频分布模■■■样；相反，在单纯的时域或频域中，随着信噪比的降低，其相应的图像的可观性将迅速下降，因此，时频分布图像是一种分析雷达信号脉内调制特征的有利工具，可以用来进行分析不同调制模式的信号，同时，时频分

8、布图像具有相当的抗噪■■声能力特性。2．2二维小波分析小波分析是近年来发展起来的一种用于信号分析的数学方法。其主要思想是选择合适的小波基函数，再对小波基函数通过如下方式生成函数簇{，6)，，(f)=f“／j，然后通过函数簇■■■{．}对信号进行分析。对于能量有限函数f(t)，其连续小波变换定义为：CWVi(~,(厂，，)=坨()纠】dt(2)其中b代表时间上的位移，而a代表时间尺度，c，(口，b)是指原信号／(f)在时间b处所包含的■■■尺度为a的小波函数分量，表示了信号f(t)和小(d)四相编