1.一种基于L‑ResNet的直扩信号检测方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1、根据直扩信号的生成方式,构建检测信号的数学模型,通过对检测信号矩阵进行特征值分解运算得到特征值向量;
步骤2、由主特征分析法将特征值向量进行叠加处理,并将叠加后的特征值向量绘制成特征值柱状图;
步骤3、搭建局部二值模式残差网络L‑ResNet模型,通过在残差网络ResNet模型引入局部二值模式LBP提取特征值柱状图的纹理特征,利用LBP计算纹理特征块之间的相似度,约束L‑ResNet模型的损失函数;
所述的L‑ResNet模型结合ResNet和LBP,在损失函数计算中加入了LBP损失,损失函数公式如式(14)所示:Ltotal=Ls+Llbp(14)
式中,Ltotal为L‑ResNet模型训练过程中的总损失,Ls为交叉熵损失,Llbp为纹理损失;
所述纹理损失Llbp,使用LBP提取残差网络特征图的纹理特征,通过计算纹理特征的三元组损失,作为L‑ResNet模型的纹理损失约束;Llbp的计算公式如式(16)所示:式中,N为训练集中一个批次图像的数目, 为当前计算纹理损失的第i张残差网络特征图, 为相同含有直扩信号或不含直扩信号的第i张残差网络特征图, 为相反含有直扩信号或不含有直扩信号的第i张残差网络特征图,α为介于正负之间的差值常量,flbp(·)为LBP纹理特征提取函数,选取残差网络特征图为 计算公式为式(17)所示:式中,Ωc是目标像素点值(pc,qc)的邻域,邻域半径为1,s(·)为符号函数,d是二进制判决值的位数;
步骤4、构建不同虚警概率以及不同信噪比下的特征值柱状图数据集,将特征值柱状图作为L‑ResNet模型的输入,训练L‑ResNet模型,待L‑ResNet模型损失收敛后,测试L‑ResNet模型的直扩信号检测性能,得到L‑ResNet模型检测直扩信号的概率。
2.根据权利要求1所述的一种基于L‑ResNet的直扩信号检测方法,其特征在于,所述步骤1分为如下两种情况:
1‑1、在没有瑞利衰落时,待检测的含有K个用户直扩信号的异步多用户的数学模型表达式为:其中,T1为采样周期,sk(nT1)为第k个用户的直扩信号分量,τk为第k个用户的信号延时,ρk为第k个用户的信号幅度,bk(nT1)为第k个用户信号的信息序列,ck(nT1)为第k个用户的扩2
频序列,N(nT1)为均值为0,方差为σ的加性高斯白噪声分量;
采用M个观测向量进行直扩信号检测,此时第m个观测向量为:
T
rm=[r((m‑1)L+1+τk),r((m‑1)L+2+τk),...,r(mL+τk)],m=1,2,3,...,M(2)其中,L为伪码周期,根据式(1)和式(2),定义向量长度为2L的观测信号向量Xm为:Τ Τ Τ
Xm=[rm ,rm+1 ] =Gbm+vm (3)式中,G为包含直扩序列调制的混合信号矩阵,bm为用户第m个信息码向量,vm为第m个信息码采样时刻的高斯白噪声向量,其中,G和bm可表示为:G=[ρ1C1,e,ρ1C1,l,...,ρKCK,e,ρKCK,l]2L×2K (4)对第k个用户信号的G和bm展开,得到:
式(6)和式(7)中,Ck,e和Ck,l分别为检测信号中第k个用户的两个信道向量,bm,k,e和bm,k,l分别为第k个用户中第m个数据的两个信号向量,每个检测信号对应两个信号子空间,当检测信号不含有直扩信号时,检测信号包含的两个子空间皆为噪声子空间;
计算此时观测向量的协方差矩阵,并对协方差矩进行特征值分解得到:
式中,US和UN的列向量分别对应信号子空间和噪声子空间,DS和DN分别对应信号和噪声的子空间的特征值,O为零矩阵,特征值个数为2L,Ek,e=||Ck,e||/L和Ek,l=||Ck,l||/L为伪码序列的能量,||.||为取向量的2范数,μk,e=Ck,e/||Ck,e||和μk,l=Ck,l/||Ck,l||为归一化伪码向量,I为单位矩阵;每个用户的信号空间被划分为两个不相关的子空间,信号的样本协方差矩阵由2K个信号子空间和噪声子空间组成,因此第k个用户的特征值表示为:其中,对于第k个用户,λk,e是前部分的特征值,λk,l是最后部分的特征,λN,n是最后噪声子空间的特征值;
1‑2、在有瑞利衰落时,此时待检测的含有K个用户直扩信号的异步多用户的数学模型表达式为:其中hk为第k个用户的瑞利信道衰落增益,服从瑞利分布,根据式(10)的推导结果,对检测信号协方差矩进行特征值分解,其结果为:
3.根据权利要求2所述的一种基于L‑ResNet的直扩信号检测方法,其特征在于,所述步骤2具体包括如下两种情况:
2‑1.在没有瑞利衰落时,根据主特征分析法,选择检测信号的前2K个主特征子空间,其他子空间等效为噪声子空间,构造K个用户的信号特征值的柱状图,将前2K个特征值的叠加结果作为新的第一特征值,而其他特征值保持不变;特征值叠加后,特征值柱状图中每个特征值的数学表达式表示为:其中,对于瑞利衰落信道中的第k个用户,λ1为第一个用户特征值,λk为第k个用户特征值,λN,n则是最后第L‑2K个噪声子空间的特征值;
2‑2.在有瑞利衰落时,当构造K个用户的直扩信号特征值的柱状图时,将协方差矩阵的前2K个特征值的叠加作为新的第一特征值,而其他特征值保持不变;特征值相加后,特征值柱状图中每个特征值的数学表达式表示为:其中,对于瑞利衰落信道中的第k个用户, 为第一个用户特征值, 为第k个用户特征值, 是最后L‑2K噪声子空间的特征值。
4.根据权利要求3所述的一种基于L‑ResNet的直扩信号检测方法,其特征在于,所述交叉熵损失Ls的计算公式如式(15)所示:式中,N为训练集中一个批次图像的数目,n为训练集中特征值柱状图图像的类别数,fi为第i张特征值柱状图图像的特征向量,yi为fi对应的类别, 为fi对应的类别yi的权重矩阵,Wj为权重矩阵W的第j列,bj为偏置项。