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Dirichlet过程混合模型驱动的多站时差信号分选方法

陈金立 王延杰 樊宇 李家强

陈金立, 王延杰, 樊宇, 李家强. Dirichlet过程混合模型驱动的多站时差信号分选方法[J]. 电子与信息学报. doi: 10.11999/JEIT250191
引用本文: 陈金立, 王延杰, 樊宇, 李家强. Dirichlet过程混合模型驱动的多站时差信号分选方法[J]. 电子与信息学报. doi: 10.11999/JEIT250191
CHEN Jinli, WANG Yanjie, FAN Yu, LI Jiaqiang. Signal Sorting Method Based on Multi-station Time Difference and Dirichlet Process Mixture Model[J]. Journal of Electronics & Information Technology. doi: 10.11999/JEIT250191
Citation: CHEN Jinli, WANG Yanjie, FAN Yu, LI Jiaqiang. Signal Sorting Method Based on Multi-station Time Difference and Dirichlet Process Mixture Model[J]. Journal of Electronics & Information Technology. doi: 10.11999/JEIT250191

Dirichlet过程混合模型驱动的多站时差信号分选方法

doi: 10.11999/JEIT250191 cstr: 32379.14.JEIT250191
基金项目: 国家自然科学基金(62071238),江苏省自然科学基金(BK20191399),江苏省研究生科研与实践创新计划项目(KYCX25_1645)
详细信息
    作者简介:

    陈金立:男,教授,研究方向为雷达辐射源信号分选、MIMO雷达信号处理

    王延杰:男,硕士生,研究方向为电子侦察与雷达信号分选

    樊宇:男,硕士生,研究方向为辐射源特征提取与识别

    李家强:男,副教授,研究方向为雷达信号处理

    通讯作者:

    陈金立 chen820803@yeah.net

  • 中图分类号: TN971

Signal Sorting Method Based on Multi-station Time Difference and Dirichlet Process Mixture Model

Funds: The National Natural Science Foundation of China (62071238), The National Nature Science Foundation of Jiangsu Province (BK20191399), Postgraduate Research & Practice Innovation Program of Jiangsu Province (KYCX25_1645)
  • 摘要: 现有的多站时差信号分选方法依赖辐射源数目或脉冲参数测量误差等先验信息,并且无法对配对失败的脉冲进行准确分选。针对这一问题,该文提出一种Dirichlet过程混合模型(DPMM)驱动的多站时差分选方法。该方法首先引入时差窗与多参数约束条件,实现大部分脉冲的成功配对,同时部分脉冲会由于脉冲丢失与噪声干扰而配对失败;接着,采用DPMM对配对成功后获得的到达时差信息进行聚类分析,从而实现对配对成功脉冲的分选,并构建雷达脉冲集合;最后,通过计算配对失败脉冲相对于脉冲集合的归属度,完成对配对失败脉冲的归类。仿真结果表明,与现有方法相比,该方法无需事先确定辐射源数目或参数测量误差等参数,且在脉冲丢失和干扰严重的情况下,仍能保持较高的分选准确率。
  • 图  1  多站协同侦察场景图

    图  2  脉冲时差窗配对原理图

    图  3  实际混合脉冲序列图

    图  4  基于Dirichlet过程混合模型的多站时差分选方法框图

    图  5  单一模型与混合模型拟合效果对比图

    图  6  分选正确率随TOA测量误差的变化曲线

    图  7  分选正确率随丢失率的变化曲线

    图  8  分选正确率随干扰率的变化曲线

    图  9  不同场景下各算法分选正确率比较

    表  1  场景1中雷达参数表

    雷达序号位置坐标(km)PRI(µs)PW(µs)CF(MHz)BW(MHz)发射脉冲数
    E1($ - $6.0, 0)350抖动11固定2 500固定7.8/7.9跳变185
    E2($ - $4.7, 1.7)420/610参差10/10.5跳变2 400固定7固定164
    E3($ - $3.8, 3.2)550固定10.3固定2 200/2 600跳变6/8跳变100
    E4($ - $2.5, 4.3)1 240~1 300滑变12.3固定1 800固定7.8/6.5跳变90
    E5($ - $0.9, 5.5)1 630固定10固定2 450~2 550滑变8.5固定74
    E6(1.8, 4.5)2 000/2 250/2 500参差7.8/8/9.2跳变2 800固定5固定61
    E7(2.5, $ - $4.0)5 000抖动9.7固定600/750跳变4.9/5.6跳变56
    E8(4.6, $ - $1.8)7 000抖动9固定1 500固定3.2固定42
    E9(6.0, 0)10 000固定7.5固定2 100~2 200滑变5.4固定30
    总数802
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    表  2  接收站实际接收脉冲数

    雷达序号接收站1接收站2接收站3
    E1168160141
    E2149138136
    E3919282
    E4837878
    E5676357
    E6565352
    E7535046
    E8403540
    E9282924
    干扰脉冲14710466
    接收脉冲总数882802722
    配对成功脉冲518518518
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    表  3  基于Dirichlet过程混合模型的多站时差分选结果

    雷达
    序号
    接收站1 接收站2 接收站3
    正确
    分选脉冲
    漏选
    脉冲
    正确
    分选脉冲
    漏选
    脉冲
    正确
    分选脉冲
    漏选
    脉冲
    E1 166 2 158 2 141 0
    E2 148 1 137 1 133 3
    E3 91 0 90 2 82 0
    E4 83 0 76 2 78 0
    E5 65 2 60 3 56 1
    E6 56 0 53 0 50 2
    E7 51 2 49 1 45 1
    E8 39 1 34 1 40 0
    E9 27 1 28 1 24 0
    干扰脉冲 156 117 73
    分选正确率 98.8%
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    表  4  场景2中雷达参数表

    雷达序号位置坐标(km)PRI(µs)PW(µs)CF(MHz)BW(MHz)发射脉冲数
    E1($ - $6.0, 0)580固定10.3固定2 200~2 600滑变6~8滑变175
    E2($ - $4.8, 1.8)400/600参差10/10.5跳变2 400~2 500滑变8.5固定156
    E3($ - $3.5, 3.5)1 000~1 200滑变10.1固定2 250/2 500跳变7/7.8跳变103
    E4($ - $2.4, 4.5)1 240~1 300滑变9~9.5滑变1 800固定6.5/7.5跳变94
    E5($ - $1.3, 5.5)1 500固定9.2固定1 500~2 000滑变7固定75
    E6(3.5, $ - $4.5)1 800/2 000/2 200参差7.8/8/9.2跳变700固定4.8~5.4滑变60
    E7(2.5, $ - $4.0)3 000抖动8.1固定600/750跳变4.5/5跳变58
    E8(4.6, $ - $1.5)5 000抖动8~8.5滑变2 150固定4.5固定42
    E9(0, $ - $6.0)6 000固定7.5固定2 100~2 200滑变5~5.6滑变30
    总数793
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    表  5  场景3中雷达参数表

    雷达序号位置坐标(km)模式PRI(µs)PW(µs)CF(MHz)BW(MHz)发射脉冲数
    E1($ - $6.0, 0)模式1550固定10固定2 600~2 800滑变8固定216
    模式2450/600参差10/10.8跳变2 800~3 000滑变8.5固定210
    E2($ - $4.0, 2.0)模式11 000~1 200滑变8.5~9滑变2 400/2 600跳变7.3/7.8跳变180
    模式21 240~1 300滑变9~9.5滑变2 500固定6.5固定175
    E3($ - $3.8, $ - $3.2)模式11 600固定7.5~8.3滑变1 100~1 300滑变5.2/5.6跳变160
    E4($ - $2.5, 4.3)模式12 000/2 400参差7.5固定600固定4.5~5滑变155
    模式22 000固定7~7.5滑变750/900跳变5固定150
    模式32 400固定8固定1 000~1 200滑变5.4固定145
    E5(2.5, $ - $4.0)模式12 800抖动8.5固定650/780跳变4.8/5.5跳变125
    E6(3.4, $ - $4.4)模式12 600固定9.3固定1 600~1 800滑变4固定120
    模式22 500/2 700参差9.8固定1 700固定4.5固定110
    E7(2.7, $ - $4.0)模式11 700~1 900滑变12/12.5跳变3 500/3 600跳变10/10.5跳变100
    模式21 900~2 100滑变12.5固定3 600固定10.5固定98
    E8(4.5, $ - $1.5)模式12 500抖动11.8固定3 800~4 000滑变10.8固定70
    E9(6.0, $ - $6.0)模式12 500~3 000滑变11固定2 600固定8.5~9滑变60
    模式23 000固定11~11.5滑变2 600/2 900跳变9.0固定68
    模式34 000固定11.5固定3 000~3 200滑变9.5~10滑变55
    总数2 197
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  • [1] XIANG Haoran, SHEN Furao, and ZHAO Jian. Deep TOA mask-based recursive radar pulse deinterleaving[J]. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 2023, 59(2): 989–1006. doi: 10.1109/TAES.2022.3193948.
    [2] ZHOU Zixiang, FU Xiongjun, DONG Jian, et al. Radar signal sorting with multiple self-attention coupling mechanism based transformer network[J]. IEEE Signal Processing Letters, 2024, 31: 1765–1769. doi: 10.1109/LSP.2024.3421948.
    [3] 陈涛, 邱宝传, 肖易寒, 等. 基于点云分割网络的雷达信号分选方法[J]. 电子与信息学报, 2024, 46(4): 1391–1398. doi: 10.11999/JEIT230622.

    CHEN Tao, QIU Baochuan, XIAO Yihan, et al. The radar signal deinterleaving method base on point cloud segmentation network[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2024, 46(4): 1391–1398. doi: 10.11999/JEIT230622.
    [4] MU Haiyue and QU Zhiyu. Three-dimensional DBSCAN radar radial source sorting algorithm based on TDOA and DOA information[C]. Proceedings of 2023 International Conference on Intelligent Communication and Networking, Changzhou, China, 2023: 154–158. doi: 10.1109/ICN60549.2023.10426191.
    [5] 刘智鑫, 赵拥军. 约束准则下扩展时差直方图脉冲分选配对方法[J]. 西安电子科技大学学报, 2019, 46(6): 102–111. doi: 10.19665/j.issn1001-2400.2019.06.015.

    LIU Zhixin and ZHAO Yongjun. Pulse sorting and pairing based on the constrained extended TDOA histogram[J]. Journal of Xidian University, 2019, 46(6): 102–111. doi: 10.19665/j.issn1001-2400.2019.06.015.
    [6] 马爽, 吴海斌, 柳征, 等. 基于递归扩展直方图的辐射源时差分选方法[J]. 国防科技大学学报, 2012, 34(5): 83–89. doi: 10.3969/j.issn.1001-2486.2012.05.017.

    MA Shuang, WU Haibin, LIU Zheng, et al. Method for emitter TDOA sorting based on recursive extended histogram[J]. Journal of National University of Defense Technology, 2012, 34(5): 83–89. doi: 10.3969/j.issn.1001-2486.2012.05.017.
    [7] LU Yang and DENG Zhian. A recursive sorting method based on multi-station TDOA vector[C]. Proceedings of the 8th International Conference on Intelligent Computing and Signal Processing, Xi'an, China, 2023: 1024–1027. doi: 10.1109/ICSP58490.2023.10248871.
    [8] 马贤同, 罗景青, 孟祥豪. 基于时差的同类辐射源信号分选定位方法[J]. 电子与信息学报, 2015, 37(10): 2363–2368. doi: 10.11999/JEIT141480.

    MA Xiantong, LUO Jingqing, and MENG Xianghao. Signal sorting and positioning method for similar radiation sources based on time difference of arrival[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2015, 37(10): 2363–2368. doi: 10.11999/JEIT141480.
    [9] XIANG Zhexi, ZHOU Zou, GU Yu, et al. A multi-station signal sorting method based on time difference pair and azimuth information[M]. LIU Qi, LIU Xiaodong, CHENG Jieren, et al. Proceedings of the 12th International Conference on Computer Engineering and Networks. Singapore: Springer, 2022: 466–475. doi: 10.1007/978-981-19-6901-0_49.
    [10] ZHAO Zihao, ZHANG Huaguo, and GAN Lu. A multi-station signal sorting method based on TDOA grid clustering[C]. Proceedings of 2021 IEEE 6th International Conference on Signal and Image Processing, Nanjing, China, 2021: 773–778. doi: 10.1109/ICSIP52628.2021.9689025.
    [11] 李松炜, 杨松岩, 邓志安, 等. 基于自适应流聚类的多站时差协同信号分选方法[J]. 信号处理, 2024, 40(4): 682–694. doi: 10.16798/j.issn.1003-0530.2024.04.007.

    LI Songwei, YANG Songyan, DENG Zhi’an, et al. Cooperative signal sorting method based on multi-station TDOA and adaptive stream clustering[J]. Journal of Signal Processing, 2024, 40(4): 682–694. doi: 10.16798/j.issn.1003-0530.2024.04.007.
    [12] 仇洪冰, 周兰兰, 周陬, 等. 基于云模型的辐射源信号多站分选方法[J]. 电子学报, 2022, 50(10): 2469–2477. doi: 10.12263/DZXB.20210212.

    QIU Hongbing, ZHOU Lanlan, ZHOU Zou, et al. Multi-station sorting method for emitter signal based on cloud model[J]. Acta Electronica Sinica, 2022, 50(10): 2469–2477. doi: 10.12263/DZXB.20210212.
    [13] 徐英杰, 张敏, 张文俊, 等. 对运动高重频辐射源的三星时差跟踪算法[J]. 信号处理, 2021, 37(8): 1399–1408. doi: 10.16798/j.issn.1003-0530.2021.08.007.

    XU Yingjie, ZHANG Min, ZHANG Wenjun, et al. The tracking algorithm of triple satellites using TDOA based on moving high pulse repetition frequency radiation emitter[J]. Journal of Signal Processing, 2021, 37(8): 1399–1408. doi: 10.16798/j.issn.1003-0530.2021.08.007.
    [14] 姜宏志, 赵闯, 胡德秀, 等. 基于时差多参的单脉冲信号实时配对分选[J]. 电子学报, 2021, 49(3): 566–572. doi: 10.12263/DZXB.20191316.

    JIANG Hongzhi, ZHAO Chuang, HU Dexiu, et al. Real-time deinterleaving algorithm for single pulse signal based on TDOAs and multi-parameter information[J]. Acta Electronica Sinica, 2021, 49(3): 566–572. doi: 10.12263/DZXB.20191316.
    [15] LAI Yuping, YU Yiying, GUAN Wenbo, et al. A lightweight intrusion detection system using a finite dirichlet mixture model with extended stochastic variational inference[J]. IEEE Transactions on Network and Service Management, 2024, 21(4): 4701–4712. doi: 10.1109/TNSM.2024.3391250.
    [16] COUILLET R and DEBBAH M. A bayesian framework for collaborative multi-source signal sensing[J]. IEEE Transactions on Signal Processing, 2010, 58(10): 5186–5195. doi: 10.1109/TSP.2010.2052921.
    [17] WANG Zhi, CHEN Chunlin, and DONG Daoyi. A dirichlet process mixture of robust task models for scalable lifelong reinforcement learning[J]. IEEE Transactions on Cybernetics, 2023, 53(12): 7509–7520. doi: 10.1109/TCYB.2022.3170485.
    [18] HECK M, SAKTI S, and NAKAMURA S. Dirichlet process mixture of mixtures model for unsupervised subword modeling[J]. IEEE/ACM Transactions on Audio, Speech, and Language Processing, 2018, 26(11): 2027–2042. doi: 10.1109/TASLP.2018.2852500.
    [19] KIM D, PARK J, CHUNG H C, et al. Unsupervised outlier detection using random subspace and subsampling ensembles of Dirichlet process mixtures[J]. Pattern Recognition, 2024, 156: 110846. doi: 10.1016/j.patcog.2024.110846.
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出版历程
  • 收稿日期:  2025-03-24
  • 修回日期:  2025-09-01
  • 网络出版日期:  2025-09-09

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