【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 提出了一種基于模糊遺傳算法的特征選擇的準(zhǔn)則。第三章著重討論幾種關(guān)于通信信號(hào)的瞬時(shí)參數(shù)提取的方法?；诙虝r(shí)傅里葉脊的瞬時(shí)參數(shù)提取方法和基于小波脊、小波變換的瞬時(shí)參數(shù)提取方法分別在第一、二節(jié)中討論。第三節(jié)給出了一種基于 Capon 算法的自適應(yīng)時(shí)頻分析方法。第四章是關(guān)于單個(gè)分類(lèi)器設(shè)計(jì)方法的討論。第一節(jié)討論了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類(lèi)器的設(shè)計(jì)方法。第二節(jié)給出了基于模糊邏輯和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)方法。多類(lèi)模糊支持向量機(jī)分類(lèi)器的設(shè)計(jì)方法在第三節(jié)中討論。第五章介紹了組合分類(lèi)器設(shè)計(jì)的方法。首先討論了基于傳統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊積分理論的組合分類(lèi)器設(shè)計(jì)方法，然后提出了一種基于多類(lèi)模糊支持向量機(jī)和模糊積分理論的組合分類(lèi)器設(shè)計(jì)方法。最后給出了基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和類(lèi)間距離的組合分類(lèi)器設(shè)計(jì)方法。第六章總結(jié)全文。電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文6第二章 通信信號(hào)的特征提取與選擇在自動(dòng)調(diào)制識(shí)別的研究過(guò)程中，直接從原始樣本來(lái)進(jìn)行分類(lèi)是無(wú)目的的，這是由于對(duì)分類(lèi)器來(lái)說(shuō)，重要的不是一個(gè)模式的完整描述，而是導(dǎo)致區(qū)別不同類(lèi)別模式的那些“選擇性”信息的提取，也就是說(shuō)，特征提取的主要目的就是盡可能集中表征顯著類(lèi)別差異的模式信息。另一個(gè)目的就是盡可能縮小數(shù)據(jù)集，以提高識(shí)別效率，減小計(jì)算量。特征選擇方法就是從給定的 n 維特征集中選擇出數(shù)量為 d(nd)的一組能使分類(lèi)器錯(cuò)誤最小(稱(chēng)之為最優(yōu))的特征參數(shù)。為此有兩個(gè)問(wèn)題需要解決，一是選擇標(biāo)準(zhǔn)，二是找一個(gè)較好的算法。因此，本章首先簡(jiǎn)單討論了幾種常用的通信信號(hào)，然后給出了后面將要用到的十一種特征參數(shù)的提取方法，最后討論一種基糊于模遺傳算法的模糊特征選擇方法。 幾種常用的通信信號(hào)常用的通信信號(hào)主要有 AM,FM,2ASK,2FSK,2PSK,4ASK,4PSK,4FSK,8ASK 等九種信號(hào)。下面分別介紹 [44][49]:（1）調(diào)幅信號(hào) AM 調(diào)幅信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式可以寫(xiě)為 (21)??()1()cosastAmvtt???其中， 為調(diào)制信號(hào)， 為調(diào)制指數(shù)，它的范圍在（0，1）之間， 為載()vta c?波頻率。圖 21 給出了調(diào)制信號(hào)為正弦信號(hào),調(diào)制指數(shù)為 的 AM 信號(hào)時(shí)域圖。第二章 通信信號(hào)的特征提取與選擇7圖 21 AM 信號(hào)的波形圖（2）調(diào)頻信號(hào)（FM）調(diào)頻（FM）是載波的瞬時(shí)頻率隨調(diào)制信號(hào)成線性變化的一種調(diào)制方式，單音調(diào)頻信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式可以寫(xiě)為 (22)??0()cos()tfStAkvd???????????式中， 為載波角頻率， 為調(diào)制信號(hào)， 為調(diào)制指數(shù)。圖 22 給出了 FM 的c?vt?f時(shí)域波形圖。圖 22 FM 信號(hào)的波形圖（3）二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK)信號(hào) 2ASK 信號(hào)可以表示為一個(gè)單極性脈沖與一個(gè)正弦載波相乘，即： (23)()()cos(nstagtTt????式中， 是持續(xù)時(shí)間為 T 的矩形脈沖， 為信源給出的二進(jìn)制符號(hào) 0，1。()gt na圖 23 給出了 2ASK 的時(shí)域波形圖。電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文8圖 23 2ASK 的時(shí)域波形圖（4）二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）信號(hào) 2FSK 信號(hào)是符號(hào) 0 對(duì)載波角頻率為 ，符號(hào) 1 對(duì)應(yīng)載波角頻率為 的已調(diào)1?2?波形。它可以用一個(gè)矩形脈沖對(duì)一個(gè)載波進(jìn)行調(diào)頻實(shí)現(xiàn)，其表達(dá)式為 (24)1 2()()cos(()cos(n nftagtTtagtTt?????式中， 的取值為 0，1， 為矩形脈沖， 為 的反碼， 為碼元周期。natn圖 24 給出了 2FSK 的時(shí)域波形圖。圖 24 2FSK 的時(shí)域波形圖（5）二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）信號(hào) 2PSK 方式是鍵控的載波相位按基帶脈沖序列的規(guī)律而改變的數(shù)字調(diào)制方式。2PSK 的信號(hào)形式一般表示為 (25)()()cos(nStagtTt????第二章 通信信號(hào)的特征提取與選擇9式中， 的取值為1，+1 ，即發(fā)送二進(jìn)制符號(hào) 0 時(shí)， 取 1，發(fā)送二進(jìn)制符號(hào) 1na na時(shí)， 取1 。圖 25 給出了 2PSK 的時(shí)域波形圖。圖 25 2PSK 的時(shí)域波形圖（6）M 進(jìn)制數(shù)字振幅調(diào)制（MASK）信號(hào)MASK 信號(hào)比 2ASK 的信號(hào)傳輸效率更高。在相同的碼元傳輸速率下，MASK 信號(hào)和 2ASK 的帶寬相同，2ASK 的信道利用率最高為 ，MASK2/()bsHz?的信道利用率可超過(guò) 。M 電平調(diào)制信號(hào)可表示為2/()bsHz? (26)()cos(nStagtTt????式中 是持續(xù)時(shí)間為 T 的矩形脈沖， 為信源給出的 M 進(jìn)制符號(hào)()gt n0，1，…，M1。圖 26 給出了 4ASK 的時(shí)域波形圖。圖 26 4ASK 的時(shí)域波形圖電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文10（7）M 進(jìn)制數(shù)字調(diào)頻調(diào)制（MFSK）信號(hào) MFSK 是 2FSK 信號(hào)的直接推廣。其數(shù)學(xué)表達(dá)式一般可以表示為 (27)()()cos()mnStgtTtt??????式中， 為 相對(duì)應(yīng)的載波角頻率偏移。在實(shí)際使用中，通(0,??a常有： 。這樣，上式可以重寫(xiě)為：1????? (28)()()cos()nnStgtTtat???圖 27 給出了 4FSK 的時(shí)域波形圖。圖 27 4FSK 的時(shí)域波形圖（8）四進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制（QPSK，4PSK）信號(hào) 在多進(jìn)制相位調(diào)制中，QPSK 信號(hào)是最常用的調(diào)制方式。它的一般表示式為： （2()()cos()nnStgtTt??????9）式中， 是受信息控制的相位參數(shù)，它將取可能的四種相位之一，例如 、n? 0?、 、 或 、 、 、 。圖 28 給出了 4PSK 的時(shí)域波形圖。0?18?270?45?13?25?31?第二章 通信信號(hào)的特征提取與選擇11圖 28 4PSK 的時(shí)域波形圖 常用通信信號(hào)的特征提取任何調(diào)制樣式的信號(hào)均可采用以下統(tǒng)一的數(shù)學(xué)表達(dá)式來(lái)表示： (210)??()cos()stat????式中， ()at為信號(hào)的瞬時(shí)幅度， 為信號(hào)的瞬時(shí)相位，信號(hào)的瞬時(shí)頻率為t?。信號(hào)經(jīng) A/D 變換后為 ，對(duì) 作 Hilbert 變換得 ，則信號(hào)dft??()sn()?()sn的瞬時(shí)幅度、瞬時(shí)相位、瞬時(shí)頻率的表達(dá)式為： (211)22?()()as?? (212)()rctn()s? (2??()12sff?????13)式中， 為采樣頻率。sf在研究通信信號(hào)自動(dòng)調(diào)制識(shí)別的過(guò)程中，本文用到的十一種特征參數(shù)如下 [39][44]：（1）零中心歸一化瞬時(shí)幅度譜密度的最大值 ：max? (214) 2max[()]sFTiN??電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文12式中， 為信號(hào)的最大采樣數(shù)， 為零中心歸一化瞬時(shí)幅度，且sN()ai；而 ， 01sNaim??為瞬時(shí)幅度 的平均值。該參數(shù)()1ai??()nia?()ai主要用來(lái)區(qū)分包絡(luò)恒定信號(hào)與包絡(luò)變化信號(hào)。 （2）零中心非弱信號(hào)段瞬時(shí)相位非線性分量絕對(duì)值的標(biāo)準(zhǔn)偏差 ：ap? (215)22() ()11nt ntapNLNLaaiicc???????????????????式中，c 是在全部采樣數(shù)據(jù) 中屬于非弱信號(hào)值的個(gè)數(shù)， 是經(jīng)零中心化處s ()NLi理后瞬時(shí)相位的非線性分量。在載波完全同步時(shí)，有 ，式中0????， 為瞬時(shí)相位。 是判斷弱信號(hào)段的一個(gè)幅度判決門(mén)限電平，01()sNi???i?ta在低于此門(mén)限時(shí)，信號(hào)對(duì)噪聲十分的敏感，會(huì)造成相位較大的失真。在計(jì)算時(shí)，一般以 的平均值作為判決門(mén)限值 。該參數(shù)主要用來(lái)判別信號(hào)是否含有絕對(duì)()nai t值相位信息。（3）零中心非弱信號(hào)段瞬時(shí)相位非線性分量的標(biāo)準(zhǔn)偏差 ：dp? (216) 22() ()11nt ntapNLNLaaiicc????????????????????與 的區(qū)別在于后者是相位絕對(duì)值的標(biāo)準(zhǔn)偏差，而前者是直接相位（非絕對(duì)dp?a值相位）的標(biāo)準(zhǔn)偏差。 （4）譜對(duì)稱(chēng)性 :P (217)LUP???式中， ， ；其中， 即為信號(hào)21()fLiPS??21()fUiPSf? ()()SiFTsn?第二章 通信信號(hào)的特征提取與選擇11的()st第二章 通信信號(hào)的特征提取與選擇13傅里葉變換（頻譜） 。 （ 為載頻， 為采樣率， 為采樣點(diǎn)數(shù)） 。1csnfN??@cfsfsN該參數(shù)主要對(duì)信號(hào)頻譜對(duì)稱(chēng)性進(jìn)行度量。（5）零中心歸一化瞬時(shí)幅度絕對(duì)值的標(biāo)準(zhǔn)偏差 ：a? (218)2211()()s sNNai iSa????????????????? （6）零中心歸一化非弱信號(hào)段瞬時(shí)頻率絕對(duì)值的標(biāo)準(zhǔn)偏差 ：af? (219)22() ()11nt ntaf NNaafificc?????????????????式中， ， ， ； 為信號(hào)的瞬時(shí)頻率。()mNfifi fifm1sfif?()fi （7）零中心歸一化非弱信號(hào)段瞬時(shí)幅度的標(biāo)準(zhǔn)偏差 ：a? （220）22() ()11nt ntaccai ai??????????????????（8）零中心歸一化瞬時(shí)幅度的緊致性 ：42a? (221)??422()aEi????? （9）零中心歸一化瞬時(shí)頻率的緊致性 ：42f? (222)??422()NfEif????? （10）分?jǐn)?shù)維數(shù) ：BD若信號(hào)序列為 ，則(1),2,()1ssN?? ? 1())Nnds????電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文14????21(max1),(21)min(21),(21)Nndsnssns???????所以，分?jǐn)?shù)維數(shù)定義為： (223)lg()l()2BWD??其中， ， ， ， 為采樣頻率。()dW??2()d?1sf （11）參數(shù) ：? (224)39。()stdn??其中， ， 為標(biāo)準(zhǔn)差。39。()1)(snsn???()t?圖 29 為由 2ASK,2FSK,2PSK,4FSK,4PSK,4ASK 計(jì)算出的十一種特征參數(shù)值在信噪比為 0dB~20dB 的范圍內(nèi)的變化情況。由圖 29 可知，在信噪比小于 5dB時(shí)，特征參數(shù)隨信噪比的變化比較大，不能很好的區(qū)分六種通信信號(hào)。然而在信噪比大于 5dB 以后，大部分的特征參數(shù)隨信噪比的變化趨于穩(wěn)定，能夠很容易的分類(lèi)六種通信信號(hào)。 (1) (2)第二章 通信信號(hào)的特征提取與選擇15 (3) (4) (5) (6) （7） （8）電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文16 （9） （10）（11）圖 29 十一種特征參數(shù)值隨信噪比的變化情況 基于模糊遺傳算法的特征選擇本節(jié)首先討論一種用于特征選擇的模糊特征估計(jì)準(zhǔn)則，該準(zhǔn)則是基于評(píng)價(jià)給定特征集的類(lèi)內(nèi)聚集程度和類(lèi)間離散程度而提出的 [27][28][30]，然后給出用于尋找模糊特征估計(jì)準(zhǔn)則最優(yōu)解的模糊遺傳算法。 基于模糊特征估計(jì)的特征選擇準(zhǔn)則設(shè) 維特征參數(shù) ，存在 類(lèi) ，每類(lèi)中有 個(gè)n??12,nFF?? ? L12,LC? p維特征樣本。 維特征參數(shù) 與各類(lèi)中心之間的距離由下述歸一化歐氏范數(shù)定義：第二章 通信信號(hào)的特征提取與選擇17 (225)1v1()nikikiFmd?????????????????其中 ， 為第 類(lèi)通信信號(hào)中 的第 個(gè)特征參數(shù)的均值。ki i可以將 歸一化到 ， 為歸一化因子。maxkiikiNF????()dF??0,N 維特征參數(shù) 隸屬于 的隸屬度函數(shù)定義為nkC (226)??2 11() 0()2() 0 otherwiskkkddFF??????????所以，模糊特征估計(jì)定義為 (227)39。39。1()kLFCEEIp????其中， 表示單個(gè)類(lèi)的緊湊性，即類(lèi)內(nèi)的模糊測(cè)量；()(