رادار

رادار

تفکیک کور سیگنال‌های راداری و مخابراتی با رویکرد ترکیبی موجک - کمولانت و یادگیری عمیق

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشگاه صنعتی مالک اشتر
2 دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران
چکیده
افزایش تنوع سامانه‌های بی‌سیم و گسترش سیگنال‌های راداری و مخابراتی، تشخیص دقیق نوع سیگنال و مدولاسیون آن را به یکی از نیازهای اساسی سامانه‌های پردازش سیگنال هوشمند تبدیل کرده است. در چنین شرایطی، روش‌های متداول مبتنی بر ویژگی‌های کلاسیک در مواجهه با سیگنال‌های غیرایستا با نویز زیاد عملکرد قابل‌قبولی ندارند. در این پژوهش، یک چارچوب ترکیبی مبتنی بر ویژگی‌های کلاسیک و یادگیری عمیق برای تفکیک و طبقه‌بندی‌کور سیگنال‌های راداری و مخابراتی ارائه شده است. در ساختار پیشنهادی، ابتدا مرحله‌ای از پیش‌پردازش مبتنی بر تبدیل‌موجک‌پیوسته(CWT) و استخراج آماره‌های آماری مرتبه‌ی چهارم و ششم انجام می‌شود تا نمایش زمان-فرکانس دقیق و ویژگی‌های آماری مقاوم در برابر نویز حاصل گردد. برای تحلیل دقیق‌تر نتایج، این پژوهش در سه سناریوی مختلف از داده‌ها و ویژگی‌های استخراج‌شده به‌منظور آموزش شبکه‌های پیشنهادی یعنی دو معماری LSTM‌بهبودیافته و ResNet‌پیشنهادی استفاده می‌کند. در سناریوی اول، شبکه‌ها صرفاً بر اساس مجموعه‌داده‌ی مخابراتی RadioML2018.01A آموزش دیدند تا عملکرد آن‌ها برای داده‌های مخابراتی مورد ارزیابی قرار گیرد که در نهایت مدل مبتنی بر LSTM بهبودیافته به میانگین دقت 39/79 درصد و مدل ResNet به 33/81 درصد دست یافتند. در سناریوی دوم، شبکه‌ها بر اساس مجموعه‌داده‌ی راداری DeepRadar2022 آموزش دیدند تا بتوان عملکرد مدل‌ها بر روی داده‌های راداری نیز ارزیابی گردد که نهایتاً میانگین دقت برای مدل مبتنی بر LSTM‌بهبودیافته 23/79 درصد و برای مدل ResNet پیشنهادی 05/83 درصد به‌دست آمد. در سناریوی سوم، ترکیبی از داده‌های مجموعه داده راداری و مخابراتی مورد استفاده قرار گرفت که این استفاده باعث شد که مدل LSTM دچار افت عملکرد شود؛ درحالی‌که مدل ResNet توانست با حفظ پایداری، در SNR=2 dB به دقت 2/98 درصد برسد. به‌طور کلی، نتایج بیانگر آن است که ترکیب تحلیل زمان-فرکانس مبتنی بر CWT با ویژگی‌های آماری مرتبه‌بالا و معماری‌های عمیق مانند ResNet، می‌تواند چارچوبی دقیق و قابل‌اتکا برای طبقه‌بندی کور سیگنال‌های راداری و مخابراتی در محیط‌های نویزی فراهم آورد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

A Hybrid Wavelet-Cumulant and Deep Learning Approach for Blind Separation of Radar and Communication Signals

نویسندگان English

Morteza Shafiee Neyestanak 1
Pezhman Alizade 2
1 Malek Ashtar University of Technology
2 Malek Ashtar University of Technology,Tehran,Iran
چکیده English

The increasing diversity of wireless systems and the proliferation of radar and communication signals have made accurate identification of signal type and modulation a fundamental requirement for intelligent signal processing systems. Under such conditions, conventional approaches based on handcrafted classical features do not provide satisfactory performance when facing nonstationary signals in high-noise environments. In this study, a hybrid framework that combines classical features with deep learning is proposed for blind discrimination and classification of radar and communication signals. In the proposed structure, a preprocessing stage based on the continuous wavelet transform (CWT) and the extraction of fourth- and sixth-order statistical measures is first performed to obtain an informative time-frequency representation and noise-robust statistical features. To enable a more thorough evaluation and analysis, the proposed framework is examined under three different scenarios using the extracted data and features to train two deep architectures, namely an improved LSTM model and a proposed ResNet model. In the first scenario, the networks are trained solely on the communication dataset RadioML2018.01A to assess performance on communication signals; the improved LSTM model achieves an average accuracy of 79.39%, and the ResNet model achieves 81.33%. In the second scenario, the networks are trained on the radar dataset DeepRadar2022 to evaluate performance on radar signals; the average accuracy reaches 79.23% for the improved LSTM model and 83.05% for the proposed ResNet. In the third scenario, a combination of the radar and communication datasets is used, which causes a performance drop for the LSTM model, whereas the ResNet model maintains stable performance and attains an accuracy of 98.2% at SNR=2 dB. Overall, the results indicate that combining CWT-based time-frequency analysis with higher-order statistical features and deep architectures such as ResNet can provide an accurate and reliable framework for blind classification of radar and communication signals in noisy environments.

کلیدواژه‌ها English

Deep Learning
Blind Signal Classification
LSTM Network
ResNet Network
Continuous Wavelet Transform (CWT)

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 17 مرداد 1405

  • تاریخ دریافت 11 آبان 1404
  • تاریخ بازنگری 13 بهمن 1404
  • تاریخ پذیرش 10 فروردین 1404
  • تاریخ انتشار 17 مرداد 1405