电磁空间频谱态势构建方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种电磁空间频谱态势构建方法及系统，所述方法包括：根据设定的待观测区域，查找所述待观察区域中的无线电设备；对所述待观测区域进行网格划分，计算每个所述无线电设备在每个网格中心的能量值；将所述待观测区域中的所有无线电设备在每个网格中心的能量值分别地累加，得到所述待测区域中的电磁空间能量分布。本发明专利技术通过选择特定的电磁信号传播模型，采用空间网格化的能量计算方式，能够精确地计算海面电磁空间的能量值，并且通过等值线进行可视化绘制，从而可以清楚地观察到海上电磁空间的能量分布。

【技术实现步骤摘要】
海上电磁空间频谱态势构建方法及系统
本专利技术涉及无线通信
，尤其涉及一种海上电磁空间频谱态势构建方法及系统。
技术介绍
随着电磁技术和用频设备的广泛应用，海面电磁环境变得日益复杂、电磁频谱资源越来越重要，这在很大程度上体现在对电磁环境认知和全面电磁态势的需求。电磁态势覆盖了从辐射源信息融合到频谱资源调配，准确认识海面电磁环境，并在态势理解和态势展现的基础上生成全面的电磁态势，便于保障海面各类船只上多种用频设备的可靠工作。复杂海面电磁环境下，各类信息化船只将产生的多样式、全频域、高密度、大功率的电磁辐射信号，构成时空交错、频率拥挤、功率分布不均匀的复杂电磁空间。通常这些信号是由雷达、通信、导航电子设备辐射出的，随着装备系统的发展，辐射出的信号样式多样，信号幅度也更加复杂多变，从而使得电磁环境变得日益复杂多变。目前国内外对于电磁态势的研究主要集中在辐射源识别、雷达覆盖范围展现、电磁环境可视化、电磁环境复杂度评估等几个方面。这些技术手段大多立足于电磁态势生成中的某些关键技术的研究，如雷达覆盖范围只针对雷达用频效能进行分析，电磁环境可视化也大多以频域或覆盖范围的方式进行展示，不能充分体现电磁态势各种域上的要素与关联特征。一篇专利号为CN103149457A的专利提出的空间电磁强度分布分析方法，具体为根据测试点的位置，计算该点与每一部设备之间的相对距离和相对方位，根据合成信号的公式计算测试点的时域信号，进而通过对时域信号进行傅里叶变换，获得测试点处空间合成信号的频域能量分布。此方法考虑的前提是基于信号自由空间传播，属于相对理想的传播环境，既没有针对陆地环境或者海洋环境进行修正，因此路径损耗计算上与实际传播相比出入较大，计算结果存在一定程度的不准确。目前对于电磁空间频谱态势的可视化展现，更多采用的是基于自由空间传播模型，计算往往不够准确，误差较大。另外，现有技术更多关注的是陆地环境下电磁空间的频域能量分布，对于海面环境情况则缺少相关研究。
技术实现思路
基于上述问题，本专利技术提供一种海上电磁空间频谱态势构建方法及系统，通过选择特定的电磁信号传播模型，采用空间网格化的能量计算方式，能够精确地计算海面电磁空间的能量值，并且通过等值线进行可视化绘制，从而可以清楚地观察到海上电磁空间的能量分布。根据上述目的，本专利技术提供了一种海上电磁空间频谱态势构建方法，其特征在于，所述方法包括：根据设定的待观测区域，查找所述待观察区域中的无线电设备；对所述待观测区域进行网格划分，计算每个所述无线电设备在每个网格中心的能量值；将所述待观测区域中的所有无线电设备在每个网格中心的能量值分别地累加，得到所述待测区域中的电磁空间能量分布；其中，计算每个所述无线电设备在每个网格中心的能量值的具体过程包括：计算当前无线电设备到每个所述网格的网格中心的距离；使用预设的电波传播模型，根据所述当前无线电设备的工作频率、天线高度、时间百分比以及所述距离，计算所述当前无线电设备在每个所述网格中心的场强；根据所述场强与所述当前无线电设备的频率，计算所述当前无线电设备到每个所述网格中心的路径损耗；根据所述当前无线电设备的发射功率、发射天线增益以及所述路径损耗，计算所述当前无线电设备在每个网格中心的能量值；其中，所述方法还包括：通过等高线方法将所述待测区域的电磁空间能量分布形成电磁空间频谱态势图。其中，所述路径损耗的计算公式为：Lb＝139.3-E+20logf其中，E为所述当前无线电设备在每个所述网格中心的场强，f为所述当前无线电设备的工作频率。其中，所述当前无线电设备在每个网格中心的能量值的计算公式为：P＝Pt+Gt-Lb其中，Pt为所述当前无线电设备的发射功率，Gt为所述当前无线电设备的发射天线增益，Lb为所述路径损耗。其中，所述电波传播模型为国际电联ITU-RP.1546建议书。根据本专利技术的另一个方面，提供一种海上电磁空间频谱态势构建系统，其特征在于，所述系统包括：查找模块，用于根据设定的待观测区域，查找所述待观察区域中的无线电设备；网格划分模块，用于对所述待观测区域进行网格划分；能量值计算模块，用于计算每个所述无线电设备在每个网格中心的能量值；累加模块，用于将所述待观测区域中的所有无线电设备在每个网格中心的能量值分别地累加，得到所述待测区域中的电磁空间能量分布；其中，所述系统还包括：频谱态势图生成模块，用于通过等高线方法将所述待测区域的电磁空间能量分布形成电磁空间频谱态势图。其中，所述能量值计算模块具体包括：距离计算单元，用于计算当前无线电设备到每个所述网格的网格中心的距离；场强计算单元，用于使用预设的电波传播模型，根据所述当前无线电设备的工作频率、天线高度、时间百分比以及所述距离，计算所述当前无线电设备在每个所述网格中心的场强；路径损耗计算单元，用于根据所述场强与所述当前无线电设备的频率，计算所述当前无线电设备到每个所述网格中心的路径损耗；能量值计算单元，根据所述当前无线电设备的发射功率、发射天线增益以及所述路径损耗，计算所述当前无线电设备在每个网格中心的能量值。根据本专利技术的有一个方面，提供一种无线电设备的信号覆盖范围的计算方法，其特征在于，所述方法包括：根据上述方法计算选定的无线电设备在设定区域的能量分布；根据所述无线电设备的接收天线增益、接收机灵敏度计算所述无线电设备的最小接收信号强度；根据所述最小接收信号强度、所述无线电设备的发射功率、发射天线增益计算所述无线电设备到最小接收信号强度的位置的路径损耗；利用所述路径损耗，采用设定的电波传播模型计算所述最小接收信号强度的位置到所述无线电设备的距离。本专利技术所述的海上电磁空间频谱态势构建方法及系统，通过选择针对海洋环境进行修正的电磁信号传播模型，并对带观测区域的网格化划分，能够更加精确地计算海上电磁空间的能量值，同时，通过等值线进行可视化绘制，从而可以清楚地观察到海上电磁空间的能量分布，并且可视化结果更适用于真实环境。另外，根据本专利技术的电磁空间频谱态势可视化构建方法还可以计算无线电设备的信号覆盖范围。附图说明通过参考附图会更加清楚的理解本专利技术的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本专利技术进行任何限制，在附图中：图1示出了本专利技术的海上电磁空间频谱态势构建方法的流程图。图2示出了本专利技术的海上电磁空间频谱态势构建方法的步骤S2的流程图。图3示出了本专利技术的一个实施例的电磁空间频谱态势图。图4示出了本专利技术的海上电磁空间频谱态势构建系统的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的海上电磁空间频谱态势构建方法，首选针对海上环境选择合适的电磁信号传播模型，在本实施例中，计算海上电磁空间的能量分布，使用了一种适用于海面环境的电磁信号传播模型，采用电波传播模型是国际电联ITU-RP.1546建议书。该建议书适用的对象是地面业务，针对的场景是点对面，即以一点向空间中辐射，同时支持频率范围30MH本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电磁空间频谱态势构建方法，其特征在于，所述方法包括：根据设定的待观测区域，查找所述待观察区域中的无线电设备；对所述待观测区域进行网格划分，计算每个所述无线电设备在每个网格中心的能量值；将所述待观测区域中的所有无线电设备在每个网格中心的能量值分别地累加，得到所述待测区域中的电磁空间能量分布；其中，计算每个所述无线电设备在每个网格中心的能量值的具体过程包括：计算当前无线电设备到每个所述网格的网格中心的距离；使用预设的电波传播模型，根据所述当前无线电设备的工作频率、天线高度、时间百分比以及所述距离，计算所述当前无线电设备在每个所述网格中心的场强；根据所述场强与所述当前无线电设备的频率，计算所述当前无线电设备到每个所述网格中心的路径损耗；根据所述当前无线电设备的发射功率、发射天线增益以及所述路径损耗，计算所述当前无线电设备在每个网格中心的能量值。

【技术特征摘要】
1.一种海上电磁空间频谱态势构建方法，其特征在于，所述方法包括：根据设定的待观测区域，查找所述待观察区域中的无线电设备；对所述待观测区域进行网格划分，计算每个所述无线电设备在每个网格中心的能量值；将所述待观测区域中的所有无线电设备在每个网格中心的能量值分别地累加，得到所述待测区域中的电磁空间能量分布；其中，计算每个所述无线电设备在每个网格中心的能量值的具体过程包括：计算当前无线电设备到每个所述网格的网格中心的距离；使用预设的电波传播模型，根据所述当前无线电设备的工作频率、天线高度、时间百分比以及所述距离，计算所述当前无线电设备在每个所述网格中心的场强；根据所述场强与所述当前无线电设备的频率，计算所述当前无线电设备到每个所述网格中心的路径损耗；根据所述当前无线电设备的发射功率、发射天线增益以及所述路径损耗，计算所述当前无线电设备在每个网格中心的能量值；所述路径损耗的计算公式为：Lb＝139.3-E+20logf其中，E为所述当前无线电设备在每个所述网格中心的场强，f为所述当前无线电设备的工作频率；所述当前无线电设备在每个网格中心的能量值的计算公式为：P＝Pt+Gt-Lb其中，Pt为所述当前无线电设备的发射功率，Gt为所述当前无线电设备的发射天线增益，Lb为所述路径损耗。2.根据权利要求1所述的海上电磁空间频谱态势构建方法，其特征在于，所述方法还包括：通过等高线方法将所述待测区域的电磁空间能量分布形成电磁空间频谱态势图。3.根据权利要求1所述的海上电磁空间频谱态势构建方法，其特征在于，所述电波传播模型为国际电联ITU-RP.1546建议书。4.一种海上电磁空间频谱态势构建系统，其特征在于，所述系统包括：查找模块，用于根据设定的待观测区域，查找所述待观察区域中的无线电设备；网格划分模块，用于对所述待观测区域进行网格划分；能量值计算模块，用于计算每个所述无线...

【专利技术属性】
技术研发人员：张奇勋，冯志勇，高超，王宝聪，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11