【導(dǎo)讀】本篇節(jié)選自論文《云計算在分布式傳感器輻射源識別中的應(yīng)用》，發(fā)表于《中國電子科學(xué)研究院學(xué)報》第9卷第3期。下面讓我們一起開始學(xué)習(xí)云計算在分布式傳感器輻射源識別中的應(yīng)用吧！
針對輻射源識別中的參數(shù)模糊交疊問題，提出了基于云計算的輻射源樣本隸屬度獲取方法，結(jié)合分布式傳感器的優(yōu)勢，構(gòu)建云計算在分布式傳感器輻射源識別中的應(yīng)用系統(tǒng)。首先介紹云計算的有關(guān)概念，其次分析分布式傳感器的特征，再由云計算區(qū)間型和離散型輻射源樣本隸屬度，并進(jìn)行單傳感器時域融合和分布式傳感器信息融合，利用判決規(guī)則完成決策。仿真結(jié)果說明基于云計算的輻射源識別率高。
引 言
信息系統(tǒng)在信息作戰(zhàn)中發(fā)揮了巨大作用，對海軍航空兵來說，要實現(xiàn)對敵核心要害的精確打擊，離不開準(zhǔn)確的信息偵察，信息偵察的一個重要步驟就是對敵輻射源的信息識別，只有準(zhǔn)確的識別敵核心要害武備，才能為后續(xù)的精確打擊提供戰(zhàn)術(shù)支援。當(dāng)前敵雷達(dá)輻射源技術(shù)參數(shù)出現(xiàn)很大程度模糊，各型雷達(dá)參數(shù)重疊、交錯，采用傳統(tǒng)五參數(shù)（RF、TOA、DOA、PA、PW）法識別雷達(dá)輻射源難度加大，這給信息作戰(zhàn)、賽博作戰(zhàn)中的信息偵察帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。對于輻射源識別問題，目前的研究方法有基于模糊集的方法、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法、基于灰色關(guān)聯(lián)的方法、基于粗糙集的方法、基于支撐向量機(jī)的方法等。上述方法在輻射源參數(shù)存在模糊及交疊時，識別效果較差。
云計算能更好地處理模糊和交疊參數(shù)問題，已有研究將云模型用于輻射源識別中，如將云模型用于平臺目標(biāo)識別，或?qū)⒃颇Ｐ陀糜谥С窒蛄繖C(jī)輻射源識別中，但其具體的計算辦法還不完善，本文考慮將云計算用于分布式傳感器輻射源信息識別中，提出基于云計算的識別算法。首先介紹云計算理論，其次給出分布式傳感器輻射源信息識別的概念，將云計算應(yīng)用于輻射源識別中，建立基于云計算的輻射源隸屬度獲取模型，給出本文識別算法及流程圖，最后結(jié)合輻射源參數(shù)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行識別仿真對比實驗，仿真結(jié)果表明云計算相比于其他識別算法能獲得更高和更穩(wěn)定的輻射源識別效果。
1.云計算
云計算是院士李德毅提出的一種定性定量不確定性轉(zhuǎn)換模型算法，用自然語言值表示定性與定量間不確定性轉(zhuǎn)換，能處理模糊集理論中的模糊性和概率論中的隨機(jī)性問題，通過期望Ex（Expected value）、熵En（Entropy）、超熵He（Hyper entropy）3個數(shù)字參數(shù)表征一個定性概念，從而實現(xiàn)定性定量轉(zhuǎn)換。期望Ex表示數(shù)域空間定性概念量化樣本點(diǎn)；熵En表示論域空間定性概念的模糊度，還可表示定性概念的云滴出現(xiàn)的概率；超熵He表示論域空間中定性概念的云滴的凝聚性。
云計算中的正向云發(fā)生器可實現(xiàn)輻射源特征參數(shù)從定性到定量的轉(zhuǎn)換，由云的數(shù)字特征產(chǎn)生云滴就能實現(xiàn)定性定量轉(zhuǎn)換，正向云發(fā)生器如圖1。
圖1 正向云發(fā)生器
正向云生成算法是先生成以Ex為期望，En為均方差的正態(tài)隨機(jī)數(shù)x；再生成以En為期望，He為均方差的正態(tài)隨機(jī)數(shù)En´；最后計算隸屬度：
那么（x,y）就是生成的云滴，式中x是定性概念的一個隨機(jī)數(shù)，y是x屬于定性概念的準(zhǔn)確度。
2.分布式傳感器輻射源識別
隨著傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的單傳感器獲取的敵輻射源信息往往是不確定的，特別是戰(zhàn)場信息空間中的電磁空間和賽博空間尤為突出。信息化戰(zhàn)爭中，敵我雙方大量的信息裝備應(yīng)用于電磁空間和賽博空間，形成了十分復(fù)雜的戰(zhàn)場電子環(huán)境，而其中的裝備技術(shù)參數(shù)更加的多變，使得偵察信息異常復(fù)雜和難以分析，而分布式傳感器能提取獨(dú)立、互補(bǔ)的輻射源信息，獲得輻射源更為詳盡準(zhǔn)確的信息情報，這為輻射源識別奠定良好的基礎(chǔ)。此外由分布式傳感器進(jìn)行信息融合（DSIF：Distributed Sensors Information Fusion），可消除單傳感器間可能存在的矛盾，進(jìn)一步降低輻射源識別不確定性，同時產(chǎn)生新的有價值信息，有利于提高輻射源識別效果。
3.云計算用于分布式傳感器輻射源識別中
通過上述分析，云計算能很好地處理模糊性和不確定性問題，并能將定性問題轉(zhuǎn)化為定量問題，這給具有模糊參數(shù)的輻射源識別問題提供了一個新的思路，同時分布式傳感器信息融合能克服參數(shù)的沖突，進(jìn)一步提高輻射源識別率，因此考慮將云計算同分布式傳感器輻射源識別結(jié)合起來進(jìn)行輻射源識別。首先利用云計算得到輻射源隸屬度，而后建立本文識別算法及流程，最后進(jìn)行仿真驗證。
基于云計算的識別算法及流程
由上述云計算輻射源隸屬度的過程，采用云計算對雷達(dá)數(shù)據(jù)庫中區(qū)間型及離散型參數(shù)變量進(jìn)行建模，計算輻射源樣本每個參數(shù)相對數(shù)據(jù)庫相應(yīng)參數(shù)的隸屬度，根據(jù)平均權(quán)值法計算各參數(shù)的總隸屬度，將該隸屬度作為D-S理論中的BPAF，完成分布式傳感器時域及空域信息融合，最后由決策規(guī)則完成輻射源識別。基于云計算的分布式傳感器輻射源識別算法如下：
（1）構(gòu)建輻射源參數(shù)數(shù)據(jù)庫；
（2）由云計算對數(shù)據(jù)庫中區(qū)間型及離散型參數(shù)建模并計算各類輻射源的云數(shù)字特征期望、熵和超熵；
（3）利用平均權(quán)值計算輻射源樣本參數(shù)隸屬度并將其作為基本概率賦值BPAF；
（4）完成單傳感器時域信息融合；
（5）完成分布式傳感器信息融合；
（6）依據(jù)判決規(guī)則進(jìn)行決策，給出輻射源識別結(jié)果。
由識別步驟，構(gòu)設(shè)輻射源識別流程系統(tǒng)如圖2。
圖2 輻射源識別流程
4.數(shù)據(jù)仿真
針對本文提出的基于云計算的分布式傳感器輻射源識別算法，設(shè)計兩個實驗來驗證本文識別算法的性能和識別系統(tǒng)的合理性。設(shè)輻射源數(shù)據(jù)庫中有4部雷達(dá)數(shù)據(jù)R1、R2、R3、R4，參數(shù)主要有脈寬（PW）、脈沖重復(fù)間隔（PRI）、載頻（RF），參數(shù)包括區(qū)間型和離散型數(shù)字變量。
設(shè)空間存在雷達(dá)R2，利用3部傳感器（ESM）各4個測量周期獲得輻射源參數(shù)樣本，所得參數(shù)樣本均附加有5%的測量誤差，由云計算輻射源樣本參數(shù)隸屬度，并作為D-S理論的BPAF，得到輻射源樣本隸屬度表1。
表1 輻射源樣本隸屬度
表2 時域融合單傳感器時域信息融合得表2。
表3 分布式融合分布式傳感器信息融合得表3。
另設(shè)空間中存在4部雷達(dá)輻射源，對數(shù)據(jù)庫中4部雷達(dá)參數(shù)附加噪聲構(gòu)成輻射源樣本進(jìn)行識別仿真，生成800個輻射源樣本數(shù)據(jù)，每部雷達(dá)200個樣本，樣本測量誤差服從零均值高斯分布。圖3給出了本文云計算分布式傳感器輻射源識別率隨測量誤差的變化曲線。為了對比分析，圖4給出了采用支持向量機(jī)（SVM）的輻射源識別算法和本文算法的識別率曲線，識別率曲線是4部雷達(dá)的平均識別率，通過對比發(fā)現(xiàn)，本文識別率更高。由判決規(guī)則進(jìn)行決策，依據(jù)專家經(jīng)驗知識選擇（此處有公式！！），得到該輻射源為雷達(dá)R2。
圖3-a 基于云計算的識別率曲線
圖3-b 識別率對比曲線
表4給出了本文識別算法通過1500次Monte Carlo實驗得到的輻射源識別率同其他識別算法的識別率對比。由表4可見本文識別算法正確識別率較高，優(yōu)于其他識別算法。
表4 輻射源識別率對比
由仿真實驗結(jié)果知，云計算在分布式傳感器輻射源識別中具有以下優(yōu)點(diǎn)：能很好地處理輻射源參數(shù)的模糊性和不確定性；云計算能對區(qū)間類型變量和離散型參數(shù)建模；結(jié)合傳感器時域融合、分布式傳感器信息融合能更進(jìn)一步提高輻射源識別率和識別的穩(wěn)健性；相比于其他識別算法，云計算能獲得更高的輻射源識別率。云計算的難點(diǎn)則是各類輻射源的數(shù)字特征期望、熵和超熵的計算。
結(jié) 語
本文將云計算用于分布式傳感器輻射源識別中，列出了相應(yīng)的輻射源識別算法并建立了識別流程圖。本文算法采用云計算對區(qū)間型參數(shù)建模，對離散型參數(shù)進(jìn)行評語集定性定量轉(zhuǎn)換，獲得輻射源隸屬度并將其作為基本概率賦值，通過傳感器時域融合、分布式傳感器信息融合，得到輻射源識別結(jié)果。實驗證明，利用云計算進(jìn)行的輻射源識別比其他傳統(tǒng)識別算法識別效果好，并具有處理不確定問題的魯棒性。
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