基 于 时 间 序 列 分 析 的 频 谱 异 常
自 主 检 测 和 稳 健 估 计 方 法
王 磊 谢树果 苏东林 王国玉
北京航空航天大学电子信息工程学院 北京
摘 要 复杂电磁环境和无用频先验知识条件下有效检测电磁频谱异常使用信息 是无线电监测和电磁环境评
估等领域的重要难题 本文基于时间序列分析理论 通过构建反映有限频谱占用度序列动态依存关系且包含频谱异常
值的时序模型 实现对无线电频谱异常的自主检测和稳健估计 研究结果表明 该方法无需用频数据库或无线电监测
历史数据支持 能够有效识别典型频谱异常类型 发生时间以及异常影响强度等信息 同时通过对频谱占用度时序模
型的稳健估计 能够显著降低模型拟合误差 提高模型对外部干扰环境的适应性和鲁棒性
关键词 频谱异常 自主检测 稳健估计 电磁环境
中图分类号 TN 文献标识码 A <文章编号
电子学报 URL http www ejournal org cn DOI j issn
An Autonomous Detection and Robust Estimation Method
of Spectrum Anomaly Based on Time Series Analysis
WANG Lei XIE Shuguo SU Donglin WANG Guoyu
School of Electronics and Information Engineering Beijing University of Aeronautics and Astronautics Beijing China
Abstract How to precisely detect electromagnetic spectrum anomaly is a major challenge for radio monitoring and electro
magnetic environment evaluation especially in the condition of complex electromagnetic environment and lack of preknowledge in
formation about frequency use Based on time series analysis theory a timing model which presents the correlation between the pre
vious and the following sequence of spectrum occupancy is built to help us realize the autonomous identification and robust estima
tion of typical spectrum anomaly The analysis results indicate that without actually requiring preknowledge of frequency database
and radio monitoring historical data support this method can effectively identify the types of spectrum anomaly occurrence time
anomaly effect intension and other relative information Furthermore through the robust estimation of spectrum occupancy model we
can significantly improve the models fitting performance and raise the adaptability and robustness of the model to external interfer
ences
Key words spectrum anomaly autonomous detection robust estimation electromagnetic environment
1 引言
通过无线电监测实现对电磁频谱非法占用 辐射超
标和电磁干扰等异常行为的有效检测和识别 对于无线
电管理和电磁环境评估等具有重要意义 现代城市 战
场等复杂电磁环境中频谱使用行为往往具有很强的随
机性和突发性 导致无线电监测频谱状态表现出显著的
多变性和波动性 传统上对无线电监测中频谱异常进行
检测的方法主要有数据库比对法和历史模型分析法 前
者需要较完备的频谱执照数据库支持
后者需要长期
监测数 据 积累 以及 诸 多用 频 参 数 先验 概 率 分 布知
识
两者均很难满足复杂电磁环境下对无线电频谱
状态异常进行快速自主检测的需求
时间序列分析是一种根据动态数据揭示系统动态
结构和规律的统计方法 它不需要样本概率分布等先验
信息支持 仅依靠对系统有限长度的观察样本数据 建
立能够精确反映序列中所包含动态依存关系的数学模
型 并能够运用时序模型对系统行为进行预测和异常检
测
频谱占用度是无线电监测中反映频谱使用状态
的主要统计量 利用持续的频谱监测数据可以获取频谱
收稿日期 修回日期 责任编辑 覃怀银
基金项目 国家重点基础研究发展规划 计划项目 No CB 国家自然科学基金No
第 期
年 月
电 子 学 报
ACTA ELECTRONICA SINICA
Vol No
Jun