1.基于轮廓特征的跳频信号分类方法,其特征是,包括如下步骤:
1)得到二维时频矩阵:对采集到的跳频信号数据x(n)作短时傅里叶变换得到二维时频矩阵STFT(m,n),表示为公式(1):其中,h(m)为窗函数,n为对频率w的N点离散化,M为采样点数,且时间行向量为T=1∶1∶M,归一化频率列向量F为:
2)提取轮廓特征:将经步骤1)短时傅里叶变换得到的二维矩阵STFT和行向量T,归一化频率列向量F构成三维矩阵Z=[T,F,STFT],以(T,F)作为坐标矩阵,STFT作为高度值矩阵所表示的等高线图的颜色分布反映信号的特征,提取信号在等高线图上的轮廓,即通过先计算二维矩阵在每个时刻点的最大值y(n),表示为公式(2):选取E(n)=y(n)·σ为判断轮廓点的阈值,即在第k个采样时刻点,能量大于E(k)的点为轮廓内的点,其中,σ为能量阈值调整点,其区间在[0.5,1),提取的轮廓特征矩阵STFT1(m,n)可表示为公式(3):
接着将三维矩阵Z更新为Z=[T,F,STFT1],并对矩阵Z作等高线图并保存为图像;
3)图像预处理:图像预处理包括图像灰度化、图像增强、图像反转以及图像二值化处理:对步骤2)得到的等高线图进行灰度化处理,得到灰度图像I,其灰度转换公式可表示为公式(4):
Gray=R*0.299+G*0.587+B*0.114 (4),其中,Gray为像素点的亮度,R,G,B分别为读取图像的三基色的相对强度,对灰度图像I采用灰度变换增强法进行图像增强,接着进行灰度反转、然后采用最大类间误差法对等高线图像作二值化处理,根据有用信号所占的区域,选择对等高线图像进行裁剪;
4)训练、分类:经过步骤3)图像预处理后,得到了卷积神经网络的输入图像数据,将图像数据分为训练集和测试集,首先初始化所有卷积核的权重和偏差,再将图像输入卷积神经网络的卷积层,进行特征提取,然后通过激励函数ReLU对卷积层的输出结果做非线性映射,接着将非线性映射结果输入到池化层,进行下采样,对特征图稀疏处理,完成特征的降维,然后通过全连接层把局部特征通过权值矩阵组装成完整的图像,最后输入到卷积神经网络的softmax层,得到图像的所属类别标签h,通过误差E来调整卷积神经网络的每层参数,误差E是通过比较样本标签值O和网络输出标签h来计算,误差E的可表示为公式(5):其中,L表示样本集的数量,C表示样本类型的数量, 表示第l个样本对应的网络输出的第g个输出, 为第l个样本对应的标签的g维,当误差大于期望值时,根据求得误差进行权值更新,即将误差传回网络中,依次求得全连接层、池化层以及卷积层的误差,各层的误差可以理解为对于网络的总误差,网络应承担多少;当误差等于或小于我们的期望值时,结束训练,此时得到训练好的卷积神经网络模型,再将测试图像输入到训练好的卷积神经网络模型,通过训练好的网络模型中的softmax层作为分类器依据公式(6)对图像进行分类:其中,η表示跳频信号的特征,q为类别中的某一类,P为分类器输出概率值,依据输出的概率值,进行最终结果分类。