1.一种基于零次学习的信号开集识别方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)使用类别已知的信号样本集训练LSTM模型,得到用于信号开集识别的目标模型f;
(2)将类别已知的信号样本集输入至训练完成的目标模型f,计算类别已知的信号样本集每一类的特征均值向量以及相似度阈值,得到特征均值向量集合和相似度阈值集合;
(3)将待识别信号样本集中任意一个信号样本xt输入至训练完成的目标模型f,计算得到该信号样本xt的第三样本特征;并根据步骤(2)得到的特征均值向量集合和相似度阈值集合,求得该信号样本xt的最大第三相似度,从相似度阈值集合取出与信号样本xt的最大第三相似度类别一致的相似度阈值并进行比较,判断该信号样本xt是否为类别已知;
若判断该信号样本xt是类别已知,则下一个信号样本xt+1重复上述步骤;
若判断该信号样本xt是类别未知,则在已知的类别上新增一个类别,并更新相似度阈值集合和特征均值向量集合;下一个信号样本xt+1进行步骤(4);
(4)下一个信号样本xt+1根据步骤(3)更新后的相似度阈值集合以及更新后的特征均值向量集合,重复步骤(3),得到该信号样本xt+1的最大第三相似度,从更新后的相似度阈值集合取出与信号样本xt+1的最大第三相似度类别一致的相似度阈值并进行比较,判断该信号样本xt+1是否为类别已知;
若判断该信号样本xt+1属于类别已知且不属于新增的类别,则下一个信号样本xt+2重复上述步骤;
若判断该信号样本xt+1属于类别已知且属于新增的类别,则更新特征均值向量集合;下一个信号样本xt+2进行步骤(5);
若判断该信号样本xt+1属于类别未知,则在已知的类别上再新增一个类别,并更新相似度阈值集合和特征均值向量集合;下一个信号样本xt+2进行步骤(5);
(5)下一个信号样本xt+2根据步骤(4)更新后的相似度阈值集合以及更新后的特征均值向量集合,重复步骤(4),直到所述待识别信号样本集中所有信号样本都被预测了相应的类别。
2.根据权利要求1所述的一种基于零次学习的信号开集识别方法,其特征在于,所述步骤(1)具体包括以下子步骤:(1.1)获取类别已知的信号样本集Dtrain:Dtrain={x1,1,x1,2,…,xj,i,…,xn,N},j=1,2…,j,…n,i=1,2…,i,…N,n表示类别已知的信号样本集Dtrain包括n类信号样本,N表示类别已知的信号样本集Dtrain每类包括N个信号样本;xj,i表示类别已知的信号样本集Dtrain中属于第j类的第i条的信号样本;
(1.2)使用类别已知的信号样本集Dtrain训练LSTM模型:设置训练的超参数:LSTM模型的训练轮数为epoch,批处理样本数为M,学习率为η;LSTM模型的损失函数为其中,ej,i表示通过LSTM模型得到的信号样本xj,i的第一样本特征;Sj,i,k表示样本特征ej,i与信号中心ck的第一相似度;Sj,i,j表示样本特征ej,i与信号中心cj的第一相似度;
将信号样本xj,i输入至LSTM模型,LSTM模型的输出定义为ψ(xj,i),对LSTM模型提取的样本特征进行L2归一化,得到信号样本xj,i的第一样本特征ej,i:对每一类的信号样本的第一样本特征求平均,将平均值作为该类信号样本的信号中心;对于任意一类的信号中心的计算公式如下:其中,ck表示第k类的信号样本的信号中心,k=1,2…,k,…n;
随后计算信号样本xj,i的第一样本特征eji与任意一个信号中心ck的第一相似度,得到相似度Sj,i,k,所述Sj,i,k的计算公式如下:其中, 和b是可学习参数,
(1.3)训练结束后,得到用于信号开集识别的目标模型f。
3.根据权利要求2所述的一种基于零次学习的信号开集识别方法,其特征在于,所述步骤(2)具体包括以下子步骤:(2.1)将类别已知的信号样本集Dtrain中的信号样本xj,i输入至目标模型f,目标模型f的输出定义为f(xj,i),对目标模型f提取的样本特征进行L2归一化,得到信号样本xj,i的第二样本特征e′j,i:对第k类的信号样本的第二样本特征求平均,将平均值作为第k类信号样本的特征均值向量Ck,计算公式如下:重复上述步骤,计算类别已知的信号样本集Dtrain的每一类的特征均值向量,得到特征均值向量集合C:C={C1,C2,…,Ck,…,Cn};其中,Ck表示第k类的特征均值向量;
(2.2)设定n类的相似度集合:S1、S2…Sk…Sn,其中,Sk表示第k类的相似度集合;每一类的相似度集合初始化为空;
对于类别已知的信号样本集Dtrain中任意一个信号样本xj,i,计算该信号的第二样本特征e′j,i与任意一个特征均值向量Ck的第二相似度S′j,i,k,所述第二相似度S′j,i,k的计算公式如下:其中, 和b2是可学习参数,
重复上述步骤,得到信号样本xj,i每一类的第二相似度:S′j,i,1、S′j,i,2…S′j,i,k…S′j,i,n,其中,S′j,i,k表示信号样本xj,i的第k类的第二相似度;将S′j,i,1、S′j,i,2…S′j,i,k…S′j,i,n降序排列,得到最大值为S′j,i,K,将S′j,i,K作为信号样本xj,i的最大第二相似度,K=1,
2,…,K,…,n;若K=j,更新第j类的相似度集合Sj:将信号样本xj,i的最大第二相似度S′j,i,K记录到第j类的相似度集合Sj中,若K≠j,则不更新第j类的相似度集合Sj;
(2.3)将类别已知的信号样本集Dtrain中所有信号样本重复步骤(2.2),更新第一类的相似度集合S1、第一类的相似度集合S2…第k类的相似度集合Sk…以及第n类的相似度集合Sn;
(2.4)计算第k类的相似度集合Sk的最大第二相似度数量为hk,并对第k类的相似度集合Sk进行降序排列,删去末尾5%hk的最大第二相似度得到最小值limit_Sk,将limit_Sk作为类别已知的信号样本集Dtrain第k类的相似度阈值;
(2.5)重复步骤(2.4),计算类别已知的信号样本集Dtrain每一类的相似度阈值,得到相似度阈值集合S:S={limit_S1,limit_S2,…,limit_Sk,…,limit_Sn};其中,limit_Sk表示第k类的相似度阈值。
4.根据权利要求3所述的一种基于零次学习的信号开集识别方法,其特征在于,所述步骤(3)具体包括以下子步骤:(3.1)将待识别信号样本集中任意一个信号样本xt输入至输入至目标模型f,得到信号样本xt的第三样本特征et: 所述信号样本xt表示待识别信号样本集中第t个信号样本,所述待识别信号样本集包括n类类别已知的信号样本和m类类别未知的信号样本;
(3.2)随后计算信号样本xt的第三样本特征et与特征均值向量集合C内的每一个特征均值向量的第三相似度:St,1、St,2…St,k…St,n;信号样本xt的第三样本特征et与第k个特征均值向量Ck的第三相似度St,k的计算公式如下:对St,1、St,2…St,k…St,n降序排列,得到最大值为St,H,将St,H作为信号样本xt的最大第三相似度,H=1,2,…,H,…,n;从相似度阈值集合中取第H类的相似度阈值limit_SH;
若St,H>limit_SH,则信号样本xt被预测为第H类信号;若St,H<limit_SH,则信号样本xt被预测为开集信号样本;
当信号样本xt被预测为第H类信号,重复上述步骤来预测下一个信号样本xt+1的类别;
当信号样本xt被预测为开集信号样本,在已知的n类上新增一个类别:n+1,将信号样本xt预测为第n+1类;更新相似度阈值集合S:新增第n+1类的相似度阈值limit_Sn+1以及设置limit_Sn+1=0.75;并更新特征均值向量集合C:新增第n+1类的特征均值向量Cn+1以及设置Cn+1=et;随后进行步骤(4)来预测下一个信号样本xt+1的类别。
5.根据权利要求4所述的一种基于零次学习的信号开集识别方法,其特征在于,所述步骤(4)具体为:下一个信号样本xt+1根据步骤(3.2)更新后的相似度阈值集合S以及更新后的特征均值向量集合C,重复步骤(3.2),得到信号样本xt+1的最大第三相似度St+1,H′,H′=1,
2,…,H′,…,n+1;并从更新后的相似度阈值集合S中取第H’类的的相似度阈值limit_SH′;
若St,H′>limit_SH′,则信号样本xt+1被预测为第H’类信号;若St,H′<limit_SH′,则信号样本xt+1被预测为开集信号样本;
当信号样本xt+1被预测为第H’类信号并且H′≤n,重复上述步骤来预测下一个信号样本xt+2的类别;
当信号样本xt+1被预测为第H’类信号并且H′>n,更新特征均值向量集合C:求得信号样本xt+1的第三样本特征et,并将第三样本特征et和第H’类的特征均值向量CH′的平均值作为新的特征均值向量CH′;随后进行步骤(5)来预测下一个信号样本xt+2的类别;
当信号样本xt+1被预测为开集信号样本,在已知的n+1类上新增一个类别:n+2,将信号样本xt+1预测为第n+2类;更新相似度阈值集合S:新增第n+2类的相似度阈值limit_Sn+2以及设置limit_Sn+2=0.75;并更新特征均值向量集合C:新增第n+2类的特征均值向量Cn+2以及设置Cn+1=et+1;随后进行步骤(5)来预测下一个信号样本xt+2的类别。