一种短波实采信号时频图数据集生成方法、计算机设备与流程

本申请涉及短波智能侦察，更具体地，涉及一种短波实采信号时频图数据集生成方法、计算机设备。

背景技术：

1、在现代无线电通信和信号处理领域，信号检测的精度和效率至关重要。随着无线通信应用的增加，频谱资源紧张且信号环境复杂，对信号检测的要求越来越高。传统的信号检测方法在复杂多变的信号环境中常常难以有效检测突发信号和弱信号，导致检测精度不高，难以满足实际需求。

2、目前，时频图作为一种直观有效的信号分析工具，广泛应用于信号检测与识别。

3、但是，现有的时频图生成方法仍然存在以下缺陷：

4、频谱泄露，窗口截断效应导致频谱泄露现象明显，影响频域信号的准确性；分辨率不足，单一分辨率的时频图无法全面地反映信号的细节特征；缺乏标注信息，增加了深度学习中信号检测的难度，影响深度学习模型训练效果。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供了一种短波实采信号时频图数据集生成方法、计算机设备，通过高效、精确的信号处理流程，为深度学习模型提供高质量的时频图数据集输入。

2、为实现上述目的，按照本发明的第一个方面，提供了一种短波实采信号时频图数据集生成方法，该方法包括：

3、输入短波实采的时域宽带信号数据，并按固定时间周期进行分段处理，生成多个依次排列的时域信号序列；

4、将每个时域信号序列转换为频域信号序列，计算每个频域信号序列的功率谱密度；

5、将预定数量的功率谱密度按照时间顺序拼接，生成功率谱密度矩阵；

6、对功率谱密度矩阵进行线性归一化，生成灰度图像；

7、将灰度图像切分为多个正方形的子图像，每个子图像在频域上具有重叠区域，生成多张短波实采信号时频图；

8、为每张短波实采信号时频图生成对应的标注框，标注框用于标注短波实采信号的频率起始位置、频率结束位置、时间起始位置和时间结束位置；

9、将多张短波实采信号时频图与其对应的标注框组合作为短波实采信号时频图数据集。

10、进一步地，将每个时域信号序列转换为频域信号序列，计算每个频域信号序列的功率谱密度，包括将每个时域信号序列进行加窗和快速傅里叶变换转换成相应的频域信号序列；计算每个频域信号序列的功率谱密度，生成第一功率谱密度；对第一功率谱密度进行下采样，生成第二功率谱密度。

11、进一步地，将每个时域信号序列进行加窗和快速傅里叶变换转换成相应的频域信号序列，包括对每个时域信号序列进行加窗，窗口长度等于时域信号序列的长度；对加窗后的时域信号序列进行快速傅里叶变换，生成频域信号序列。

12、进一步地，对每个时域信号序列进行加窗之前，短波实采信号时频图数据集生成方法还包括通过随机噪声添加、信号幅度变化中的至少一种方式对时域信号序列进行数据增强。

13、进一步地，生成每张短波实采信号时频图对应的标注框，包括通过双滑动窗口的方式在每张短波实采信号时频图中生成初步标注框，初步标注框用于标注短波实采信号的频率起始位置和频率结束位置；对初步标注框所框选的区域执行阈值处理、膨胀操作和腐蚀操作，生成最终标注框，并将最终标注框的坐标保存为标注文件。

14、进一步地，通过双滑动窗口的方式在每张短波实采信号时频图中生成初步标注框，包括设置两个滑动窗口，两个滑动窗口的高度和短波实采信号时频图的高度相同；沿着短波实采信号时频图，从左到右移动两个滑动窗口，按预定的滑动步长移动，在每个滑动位置均计算两个滑动窗口内的灰度值总和，记作第一能量和第二能量，计算第一能量和第二能量的比值，得到第一比值，计算第二能量和第一能量的比值，得到第二比值，将第一比值和第二比值中数值较大的作为能量比值；根据能量比值的变化情况，确定判决门限；根据能量比值超过判决门限的位置以及能量比值的峰值位置，确定短波实采信号的频率起始位置和频率结束位置；根据频率起始位置和频率结束位置，生成初步标注框。

15、进一步地，对初步标注框所框选的区域执行阈值处理、膨胀操作和腐蚀操作，生成最终标注框，包括从短波实采信号时频图中提取初步标注框所框选的区域，对区域进行阈值处理，将短波实采信号时频图转换为二值图像；选择结构元素对二值图像进行膨胀操作；选择与膨胀操作所使用的结构元素相同的结构元素对膨胀操作后的二值图像进行腐蚀操作；在腐蚀操作后的二值图像中查找所有连通的白色像素区域，对每个连通的白色像素区域计算其外接矩形，根据外接矩形的左上角和右下角的坐标，生成用于标注的最终标注框。

16、进一步地，滑动窗口的宽度根据短波实采信号的带宽与短波实采信号时频图的频率分辨率确定。

17、进一步地，预定的滑动步长根据短波实采信号时频图的频率分辨率和所需标注精度确定。

18、按照本发明的第二个方面，还提供了一种计算机设备，其包括存储器、处理器及存储在该存储器上的计算机程序，该处理器执行该计算机程序以实现上述任一项方法的步骤。

19、按照本发明的第三个方面，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述任一项方法的步骤。

20、按照本发明的第四个方面，还提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述任一项方法的步骤。

21、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

22、(1)本发明提供的一种短波实采信号时频图数据集生成方法，在生成短波实采信号时频图之后，还生成与时频图对应的标注框，通过标注框标注了短波实采信号的频率起始位置、频率结束位置、时间起始位置和时间结束位置，从而达到了对短波实采信号时频图增加标注信息的目的。并且，在将时频图与其对应的标注框作为用于信号检测的深度学习模型的训练阶段和使用阶段的输入时，可以显著减少人工标注的工作量。通过自动生成初步标注框，人工只需对这些辅助标注框进行确认和微调，从而提高整体标注效率。

23、(2)本发明提供的一种短波实采信号时频图数据集生成方法，通过对第一功率谱密度进行下采样，得到第二功率谱密度，从而得到不同频率分辨率的第一功率谱密度和第二功率谱密度，进而通过多个不同频率分辨率的第一功率谱密度和第二功率谱密度所对应的时频图，能够更全面的捕捉信号特征、增强多种信号的识别能力。

24、(3)本发明提供的一种短波实采信号时频图数据集生成方法，通过选取窗函数对上述时域信号序列进行加窗操作，能够减少频谱泄露现象。

25、(4)本发明提供的一种短波实采信号时频图数据集生成方法，通过使用数据增强技术，能够增加数据集的多样性，提升深度学习模型的泛化能力。

技术特征：

1.一种短波实采信号时频图数据集生成方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将每个时域信号序列转换为频域信号序列，计算每个频域信号序列的功率谱密度，包括：

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将每个时域信号序列进行加窗和快速傅里叶变换转换成相应的频域信号序列，包括：

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对每个时域信号序列进行加窗之前，所述方法还包括：

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生成每张短波实采信号时频图对应的标注框，包括：

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述通过双滑动窗口的方式在每张短波实采信号时频图中生成初步标注框，包括：

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述对所述初步标注框所框选的区域执行阈值处理、膨胀操作和腐蚀操作，生成最终标注框，包括：

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述滑动窗口的宽度根据短波实采信号的带宽与短波实采信号时频图的频率分辨率确定。

9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预定的滑动步长根据短波实采信号时频图的频率分辨率和所需标注精度确定。

10.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序以实现权利要求1-9中任一项所述方法的步骤。

技术总结
本申请涉及短波智能侦察技术领域，公开了一种短波实采信号时频图数据集生成方法、计算机设备。该方法包括输入短波实采的时域宽带信号数据，并按固定时间周期进行分段处理，生成多个依次排列的时域信号序列；将每个时域信号序列转换为频域信号序列，计算每个频域信号序列的功率谱密度；将预定数量的功率谱密度按照时间顺序拼接，生成功率谱密度矩阵；对功率谱密度矩阵进行线性归一化，生成灰度图像；将灰度图像切分为多个正方形的子图像，每个子图像在频域上具有重叠区域，生成多张短波实采信号时频图；为每张短波实采信号时频图生成对应的标注框。采用本方法有助于建立高质量的信号数据集，支持智能侦察应用中的信号检测和识别任务。

技术研发人员：雷霓,羿舒文,王浩,方书雅,王书诚,郑洁
受保护的技术使用者：武汉船舶通信研究所（中国船舶集团有限公司第七二二研究所）
技术研发日：
技术公布日：2025/1/23