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基于修正的M距離輻射源識別方法及計算機仿真
摘要：提出了一種基于修正的M距離輻射源識別的新方法。該方法對各特征參數作加權值處理，得到一種新的相似性度量標準，大大提高了識別的準確性。通過(guò)計算機仿真，驗證了該方法的合理性與有效性。現代戰場(chǎng)電磁環(huán)境日益密集、復雜，如何快速、準確地對輻射源進(jìn)行識別已成為電磁斗爭領(lǐng)域的一項緊迫任務(wù)。一般來(lái)說(shuō)，無(wú)源探測系統通過(guò)對輻射源輻射信號的處理，得到反映輻射源特征的特征量，由這些特征量根據一定的算法完成對輻射源的識別。這里提到的識別主要是指對輻射源的類(lèi)型作出判斷，若能預先知道輻射源與載體之間的搭配關(guān)系，則可進(jìn)一步實(shí)現對輻射源載體的識別[1]。目前，對輻射源識別方法的研究很多，包括人工識別方法、傳統的數據處理識別方法、智能化識別方法等[3[4]。人工識別方法是運用人的知識、經(jīng)驗，進(jìn)行分析和推理，作出判斷，不能適應復雜的電磁環(huán)境。傳統的數據處理識別是利用計算機技術(shù)、數字技術(shù)進(jìn)行識別(如數據庫查詢(xún)識別、統計模式識別等)。這類(lèi)識別方法在待識別雷達信號數據不全或新出現信號時(shí)，識別結果難盡人意。智能化識別方法一般比較復雜，難以實(shí)現。本文從統計學(xué)理論出發(fā)，提出了一種基于修正的M距離的輻射源識別法，對輻射源識別問(wèn)題進(jìn)行了一些有意義的研究。
1 問(wèn)題描述
對于現有的數據庫或知識庫，輻射源個(gè)體識別過(guò)程就是將偵察所得信號與輻射源數據庫中的已知信號相比較，根據某一判決規則，使按該規則對被識別對象進(jìn)行識別所造成的錯誤識別率最小或引起的損失最小，從而確定該信號的類(lèi)屬。簡(jiǎn)單地說(shuō)就是一個(gè)分類(lèi)問(wèn)題[2]。其判斷的依據主要是看兩信號的相似性程度，這涉及到相似性度量標準的問(wèn)題。為了有效地實(shí)現分類(lèi)識別，需對原始偵察數據進(jìn)行處理，得到最能反映分類(lèi)本質(zhì)的特征。一般把原始數據構成的空間叫測量空間，把分類(lèi)識別賴(lài)以進(jìn)行的空間叫做特征空間。如果用一組特征參數描述輻射源信號，由這組特征參數所構成的向量即為特征空間中的一個(gè)點(diǎn)，此時(shí)，點(diǎn)間的距離函數可以作為相似性度量的一個(gè)標準。這樣，在實(shí)際過(guò)程中可以依據距離的大小作為模式分類(lèi)的依據�，F在的問(wèn)題就歸結為選擇什么樣的距離作為相識性度量的標準，從而實(shí)現識別、分類(lèi)。
在輻射源識別中，常采用M距離作為相似性度量的標準。M距離又稱(chēng)為馬氏距離，這里的M代表英文Maharanobis。在數理統計中，稱(chēng)常數
r為a到b的M距離。其中a、b為m維列向量。下面以雷達為例，討論輻射源泉識別中M距離的應用。
對于雷達這樣的多特征對象，采用多元正態(tài)分布的概率模型，其概率密度函數定義為：
式（2）中，xk=[xk1,xk2,…，xkm]T,xki,i=1,2,…,m是表征第k類(lèi)雷達信號的一組特征參數，它們對信號的識別起關(guān)鍵作用。例如xk1取載頻f,xk2取重頻間隔PRI，xk3取脈寬PW，xk4取天線(xiàn)掃描周期Ta等。這里，uk=[uk1,uk2,…,ukm]T為xk的m維均值向量，∑為xk的mxm維協(xié)方差矩陣，即∑=E{（xk-uk）(xk-uk)T}。由M距離的定義知道，對于特征空間的兩點(diǎn)xk和uk來(lái)說(shuō)，M（xk,uk）表示空間上任意一點(diǎn)到某一考慮該特征分布中心的距離，具體表示為：
事實(shí)上，M距離相對其他距離如歐氏距離而言具有以下優(yōu)點(diǎn)：首先，M距離是歐幾里德空間中非均勻分布的歸一化距離，不用考慮各特征參數的量綱；其次，M距離是根據整個(gè)空間上的特征分布情況來(lái)作為判別依據的，排除了模式樣本之間的相關(guān)性影響；同時(shí)，給出的結果是一個(gè)數值，判斷標準簡(jiǎn)單易行，也為更高一級的分析提供了較可靠的依據。但是，M距離的定義中并沒(méi)有考慮每一個(gè)特征參數在識別過(guò)程中所起作用即權重的大小。從式(4)可以看出，各特征參數在識別中是作等權值處理的，不符合實(shí)際情況。因此，采用修正的M距離作為相似性度量標準。定義新的距離函數如下：
其中W為權系數矩陣，表示如下：
且滿(mǎn)足
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