本發(fā)明涉及認(rèn)知無線電、電磁感知，特別是涉及一種針對(duì)通信信號(hào)的電磁感知裝置。

背景技術(shù)：

1、隨著電信技術(shù)、集成電路技術(shù)的不斷革新，數(shù)字化、微型化和智能化是重要的發(fā)展方向。目前，用于物聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)通信的微型無線電設(shè)備大量投入使用，設(shè)備適用的電磁環(huán)境更加復(fù)雜多樣，無線通信能力更加豐富穩(wěn)定，滿足不同需求的無線信號(hào)調(diào)制樣式愈發(fā)多樣。尤其在多媒體傳輸應(yīng)用中，信號(hào)的空間電磁頻譜呈現(xiàn)寬帶趨勢(shì)。這些變化都對(duì)電磁信號(hào)的感知方法及裝置提出了更高的要求，認(rèn)知無線電次級(jí)用戶進(jìn)行機(jī)會(huì)通信需要對(duì)未知通信信號(hào)進(jìn)行精準(zhǔn)且快速的檢測(cè)和識(shí)別。

2、目前大多數(shù)針對(duì)未知信號(hào)的電磁感知裝置體積大、功耗大，無法滿足便攜式移動(dòng)通信設(shè)備或微型無人平臺(tái)掛載的感知需求，且少有在同一裝置上同時(shí)實(shí)現(xiàn)信號(hào)檢測(cè)和調(diào)制識(shí)別能力。常用的信號(hào)檢測(cè)技術(shù)中匹配濾波器檢測(cè)需要通信信號(hào)的先驗(yàn)知識(shí)和同步信息，循環(huán)平穩(wěn)特征檢測(cè)具有很強(qiáng)的抗干擾能力，但需要較長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間和較高計(jì)算復(fù)雜度。傳統(tǒng)的調(diào)制識(shí)別技術(shù)采用基于似然的方法，但其對(duì)先驗(yàn)信息有較強(qiáng)的依賴性，不符合盲信號(hào)處理需求且存在識(shí)別準(zhǔn)確率低、計(jì)算復(fù)雜度高的缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種針對(duì)通信信號(hào)的電磁感知裝置，能夠降低計(jì)算復(fù)雜度，實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)制方式的實(shí)時(shí)識(shí)別。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種針對(duì)通信信號(hào)的電磁感知裝置，包括：

3、數(shù)據(jù)采集單元，用于實(shí)時(shí)獲取通信信號(hào)的i/q采樣數(shù)據(jù)信號(hào)；

4、信號(hào)處理單元，用于對(duì)所述i/q采樣數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理得到數(shù)字基帶信號(hào)，并基于所述數(shù)字基帶信號(hào)獲取用于信號(hào)調(diào)制識(shí)別的特征集合；所述特征集合包括序列特征、瞬時(shí)特征、統(tǒng)計(jì)特征、頻譜特征和圖像特征；

5、ai加速單元，用于根據(jù)所述特征集合采用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)推理獲取通信信號(hào)的調(diào)制樣式。

6、所述數(shù)據(jù)采集單元中的sdr射頻前端對(duì)電磁環(huán)境中的射頻信號(hào)使用寬帶a/d轉(zhuǎn)換器進(jìn)行正交采樣以實(shí)現(xiàn)對(duì)所述通信信號(hào)在寬頻譜范圍內(nèi)的采樣，得到i/q采樣數(shù)據(jù)。

7、所述信號(hào)處理單元包括：

8、信號(hào)預(yù)處理模塊，用于對(duì)所述i/q采樣數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行功率譜估計(jì)，并通過功率積分獲取感知帶寬內(nèi)的信號(hào)總強(qiáng)度；

9、信號(hào)檢測(cè)模塊，用于對(duì)估計(jì)的功率譜進(jìn)行未知信號(hào)邊界檢測(cè)，并計(jì)算未知信號(hào)的頻點(diǎn)估計(jì)和帶寬估計(jì)；

10、信號(hào)后處理模塊，用于根據(jù)未知信號(hào)的頻點(diǎn)和帶寬對(duì)所述i/q采樣數(shù)據(jù)信號(hào)依次進(jìn)行數(shù)字下變頻處理和數(shù)字低通濾波處理，得到數(shù)字基帶信號(hào)；

11、特征生成模塊，用于基于所述數(shù)字基帶信號(hào)生成用于信號(hào)調(diào)制識(shí)別的特征集合。

12、所述數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊包括：

13、分幀部分，用于將所述i/q采樣數(shù)據(jù)信號(hào)分為l段數(shù)據(jù)，每段數(shù)據(jù)包括m個(gè)數(shù)據(jù)；

14、功率積分部分，用于對(duì)每段數(shù)據(jù)進(jìn)行功率積分，得到感知帶寬內(nèi)的信號(hào)總強(qiáng)度；

15、加窗變換部分，用于將窗函數(shù)加到每段數(shù)據(jù)上，并使用快速傅里葉變換得到每段數(shù)據(jù)的周期圖；

16、平均部分，用于根據(jù)每段數(shù)據(jù)的周期圖計(jì)算平均值進(jìn)行功率譜估計(jì)，得到估計(jì)的功率譜。

17、所述信號(hào)檢測(cè)模塊包括：

18、差分部分，用于對(duì)估計(jì)的功率譜進(jìn)行分段差分，得到若干差分結(jié)果向量；

19、排序部分，用于對(duì)所述若干差分結(jié)果向量進(jìn)行排序；

20、估計(jì)部分，用于根據(jù)排序結(jié)果中最大值對(duì)應(yīng)的索引和第二大值對(duì)應(yīng)的索引，以及所述數(shù)據(jù)采集單元的采樣頻率進(jìn)行估計(jì)計(jì)算，得到未知信號(hào)的頻點(diǎn)估計(jì)和帶寬估計(jì)。

21、所述估計(jì)部分通過計(jì)算頻點(diǎn)估計(jì)，通過計(jì)算帶寬估計(jì)，其中，為頻點(diǎn)估計(jì)，為帶寬估計(jì)，d1為排序結(jié)果中最大值對(duì)應(yīng)的索引，d2為排序結(jié)果中第二大值對(duì)應(yīng)的索引，fs為數(shù)據(jù)采集單元的采樣頻率，m為每段數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)。

22、所述特征生成模塊包括：

23、序列特征生成部分，用于將所述數(shù)字基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換為矩陣形式，得到序列特征；

24、瞬時(shí)特征生成部分，用于根據(jù)所述數(shù)字基帶信號(hào)確定瞬時(shí)振幅和瞬時(shí)相位，并基于瞬時(shí)相位得到瞬時(shí)頻率，根據(jù)所述瞬時(shí)振幅和瞬時(shí)頻率得到瞬時(shí)特征，所述瞬時(shí)特征包括瞬時(shí)振幅標(biāo)準(zhǔn)差、瞬時(shí)振幅絕對(duì)值的標(biāo)準(zhǔn)差、瞬時(shí)振幅峰度、瞬時(shí)頻率絕對(duì)值的標(biāo)準(zhǔn)差和瞬時(shí)頻率峰度；

25、統(tǒng)計(jì)特征生成部分，用于對(duì)所述數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行高階矩計(jì)算，得到高階累積量，并選出預(yù)設(shè)數(shù)量的所述高階積累量作為統(tǒng)計(jì)特征；

26、頻譜特征生成部分，用于對(duì)所述數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換得到頻譜圖，并根據(jù)頻譜圖得到頻譜特征，所述頻譜特征包括瞬時(shí)振幅功率譜密度的最大值、頻譜對(duì)稱性、振幅譜的局部極大值；

27、圖像特征生成部分，用于對(duì)所述數(shù)字基帶信號(hào)映射為復(fù)平面上的散射點(diǎn)得到星座圖，對(duì)所述數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻變換得到時(shí)頻圖，將所述星座圖和時(shí)頻圖作為圖像特征。

28、所述深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括：

29、rnn部分，用于對(duì)所述序列特征進(jìn)行特征提取，得到第一特征；

30、dnn部分，用于對(duì)所述瞬時(shí)特征、統(tǒng)計(jì)特征和頻譜特征進(jìn)行特征提取，得到第二特征；

31、cnn部分，用于對(duì)所述圖像特征進(jìn)行特征提取，得到第三特征；

32、拼接部分，用于將所述第一特征、第二特征和第三特征按照通道進(jìn)行拼接，得到融合特征；

33、注意力層部分，用于對(duì)所述融合特征執(zhí)行通道注意力機(jī)制進(jìn)行特征簡(jiǎn)化和選擇，得到最終特征；

34、分類部分，用于根據(jù)最終特征得到通信信號(hào)的調(diào)制樣式。

35、所述的針對(duì)通信信號(hào)的電磁感知裝置還包括中央控制單元，所述中央控制單元包括存儲(chǔ)器和微控制器，所述存儲(chǔ)器用于保存所述i/q采樣數(shù)據(jù)信號(hào)、所述信號(hào)處理單元的處理結(jié)果和所述通信信號(hào)的調(diào)制樣式；所述微控制器分別與所述數(shù)據(jù)采集單元、所述信號(hào)處理單元和所述ai加速單元相連，用于統(tǒng)籌協(xié)調(diào)所述數(shù)據(jù)采集單元、所述信號(hào)處理單元和所述ai加速單元的正常運(yùn)作。

36、有益效果

37、由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果：本發(fā)明使用輕量化的檢測(cè)算法快速獲取目標(biāo)信號(hào)在頻域的邊界，從而能夠?qū)崟r(shí)獲取信號(hào)的頻點(diǎn)估計(jì)和帶寬估計(jì)，同時(shí)應(yīng)用通道注意力機(jī)制簡(jiǎn)化特征提取和選擇，降低其計(jì)算復(fù)雜度以達(dá)到實(shí)時(shí)識(shí)別信號(hào)調(diào)制方式的目的。

技術(shù)特征：

1.一種針對(duì)通信信號(hào)的電磁感知裝置，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對(duì)通信信號(hào)的電磁感知裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集單元中的sdr射頻前端對(duì)電磁環(huán)境中的射頻信號(hào)使用寬帶a/d轉(zhuǎn)換器進(jìn)行正交采樣以實(shí)現(xiàn)對(duì)所述通信信號(hào)在寬頻譜范圍內(nèi)的采樣，得到i/q采樣數(shù)據(jù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對(duì)通信信號(hào)的電磁感知裝置，其特征在于，所述信號(hào)處理單元包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的針對(duì)通信信號(hào)的電磁感知裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的針對(duì)通信信號(hào)的電磁感知裝置，其特征在于，所述信號(hào)檢測(cè)模塊包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的針對(duì)通信信號(hào)的電磁感知裝置，其特征在于，所述估計(jì)部分通過計(jì)算頻點(diǎn)估計(jì)，通過計(jì)算帶寬估計(jì)，其中，為頻點(diǎn)估計(jì)，為帶寬估計(jì)，d1為排序結(jié)果中最大值對(duì)應(yīng)的索引，d2為排序結(jié)果中第二大值對(duì)應(yīng)的索引，fs為數(shù)據(jù)采集單元的采樣頻率，m為每段數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的針對(duì)通信信號(hào)的電磁感知裝置，其特征在于，所述特征生成模塊包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對(duì)通信信號(hào)的電磁感知裝置，其特征在于，所述深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對(duì)通信信號(hào)的電磁感知裝置，其特征在于，還包括中央控制單元，所述中央控制單元包括存儲(chǔ)器和微控制器，所述存儲(chǔ)器用于保存所述i/q采樣數(shù)據(jù)信號(hào)、所述信號(hào)處理單元的處理結(jié)果和所述通信信號(hào)的調(diào)制樣式；所述微控制器分別與所述數(shù)據(jù)采集單元、所述信號(hào)處理單元和所述ai加速單元相連，用于統(tǒng)籌協(xié)調(diào)所述數(shù)據(jù)采集單元、所述信號(hào)處理單元和所述ai加速單元的正常運(yùn)作。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種針對(duì)通信信號(hào)的電磁感知裝置，包括：數(shù)據(jù)采集單元，用于實(shí)時(shí)獲取通信信號(hào)的I/Q采樣數(shù)據(jù)信號(hào)；信號(hào)處理單元，用于對(duì)所述I/Q采樣數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理得到數(shù)字基帶信號(hào)，并基于所述數(shù)字基帶信號(hào)獲取用于信號(hào)調(diào)制識(shí)別的特征集合；所述特征集合包括序列特征、瞬時(shí)特征、統(tǒng)計(jì)特征、頻譜特征和圖像特征；AI加速單元，用于根據(jù)所述特征集合采用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)推理獲取通信信號(hào)的調(diào)制樣式。本發(fā)明能夠降低計(jì)算復(fù)雜度，實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)制方式的實(shí)時(shí)識(shí)別。

技術(shù)研發(fā)人員：嚴(yán)思嘉,王江,馬慧,李寶清
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10