一种变换域的电磁态势感知和辐射源定位方法技术

本发明专利技术提出一个基于变换域的电磁态势感知和辐射源定位方法，利用傅立叶变换实现二维域之间的转换处理，将空间‑时间域变换到频率‑波数域，实现对空缺的小样本数据的相位和空间位置关系的估计。再通过二维傅立叶反变换实现对空缺的小样本数据的反转换处理。最后与原始采集数据进行叠加拟合，还原和重构出完整和全面的电磁态势，并推断出辐射源的位置信息。本发明专利技术克服了最近邻插值法、样条插值法、离散光滑插值法和双线性插值法在应对大面积的数据空缺时存在着误差逐渐增大、计算愈加繁复和填充效率低等缺点，克服了克里金法的计算量较大，实时性相对较差；反距离加权法结果形态重合度较差等方面的不足。

【技术实现步骤摘要】
一种变换域的电磁态势感知和辐射源定位方法
本专利技术属电磁波探测
，特别涉及一种变换域的电磁态势感知和辐射源定位方法。
技术介绍
鉴于当前的技术手段，针对电磁信号覆盖状况进行探测时所采集的电磁数据往往存在大面积空缺，导致难以实现目标区域电磁态势的全覆盖感知。经典的数据估计和填充方法有“AcceleratingglaciermasslossonFranzJosefLand，RussianArctic”和“Region-wideglaciermassbudgetsandareachangesforthecentraltienShanbetween1975and1999usingHexagonKH-9imagery”中研究的最近邻插值法、样条插值、离散光滑插值法和双线性插值法等，这些方法通常都应用于图像扩充和网格化重采样等领域；“SpatialvariabilityofglacierelevationchangesintheSwissAlpsobtainedfromtwodigitalelevationmodels”和“Inversespatialprincipalcomponentanalysisforgeophysicalsurveydatainterpolation”中研究的克里金法和反距离加权法等方法，这些方法主要实现对地质数据的估计和填充，在填补数据空白方面也有应用。其中性能较为突出的的数据估计和填充方法为克里金法和反距离加权法。克里金法实现流程如附图1，首先，计算所测数据点两两之间的距离和方差的值；其次，寻找一条曲线尽可能的拟合距离和半方差，实现利用距离对半方差的求解；再次，求解已知点之间的半方差，以及待估点和所有已知点的半方差；然后，求解出目标函数的最优系数；最后，带入目标函数得到估计点的值。反距离加权法的流程如附图2，反距离加权法的实现较为简单。首先，获取样本点；其次，计算出所有样本点和待估点之间的距离大小；然后，计算所有样本点的权重，这里的权重和距离的n次幂成正比；最后，实现待估点的估计。综上所述，现有技术存在以下缺点：“AcceleratingglaciermasslossonFranzJosefLand，RussianArctic”和“Region-wideglaciermassbudgetsandareachangesforthecentraltienShanbetween1975and1999usingHexagonKH-9imagery”中研究的最近邻插值法、样条插值、离散光滑插值法和双线性插值法均利用周边的数据对空缺数据进行计算和处理，在应对大面积的数据空缺时，往往随着估计向内推进，存在着误差逐渐增大、计算愈加繁复和填充效率低等缺点。“SpatialvariabilityofglacierelevationchangesintheSwissAlpsobtainedfromtwodigitalelevationmodels”和“Inversespatialprincipalcomponentanalysisforgeophysicalsurveydatainterpolation”中研究的克里金法和反距离加权法等方法对地质数据进行估计和填充，但其中克里金法是一种精度较高的处理方法，但该方法的计算量较大导致实时性相对较差，而反距离加权法则得到的结果形态不如克里金法，特别是边缘圆滑度不够。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种变换域的电磁态势感知和辐射源定位方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤一、利用随机部署到目标区域内的每个感知节点的全向天线对灵敏度覆盖范围内的电磁信号进行探测，获取电磁信号强度数据；步骤二、把各个分布式感知节点的探测数据发送到数据中心汇集存储，由数据中心的计算设备对探测数据进行处理，得到初始电磁态势覆盖图；步骤三、确定截止波数值，确定采样矩阵和迭代次数，基于已探测的数据对空缺位置进行数据预测；其包括子步骤步骤3.1、确定截止波数值k，步骤3.2、二维傅里叶变换到波数域并进行低通滤波，步骤3.3、二维傅里叶反变换，生成电磁信号强度数据，步骤3.4、使用替换原始数据更新滤波阈值，对所述的空缺位置点的数据执行N次迭代，求出预测数据，步骤四、使用预测数据填补现有的空缺位置，进而生成一张完整的可反映真实状况的电磁态势覆盖图；步骤五、提取辐射源位置。进一步的，所述的步骤二还包括对空缺位置补零和数据的扩边处理。进一步的，步骤一包括：采样的原始电磁信号强度数据矩阵S为；其中待处理的电磁信号强度数据d0，x，y分别是待估计点的横坐标和纵坐标。进一步的，所述的子步骤3.1中，其中Tk（u,v）符合表达式：(3)其中（u，v）表示待估点的实际坐标值，r表示圆形低通滤波器的截止参数Tk表示以波数k为截止波数的圆形低通滤波器，其中k=1,2,……ke，ke为最终的截止波数。进一步的，所述的步骤三中，第n次迭代之后的空域电磁信号强度数据矩阵dn表达式：其中，Tk表示以波数k为截止波数的圆形低通滤波器，其中k=1,2,……ke，ke为最终的截止波数；n为迭代次数，N为总迭代次数；F和F-1分别代表傅立叶变换和反变换。优选的，截止波数采用最小二乘法拟合二次四次多项式的f（k），为截止波数，其确定方法为：(6)(7)其中，row以及column分别是采样矩阵的行和列，fix（）表示对括号内的数取距离该值最近的整数。采用本专利技术的协同感知机制，将得到的残缺数据的能量图像从空间域变换至波数域进行处理，通过对残缺数据的反复迭代和填充估计，提取出目标区域的完整的电磁信号等强线态势图，实现小样本残缺数据条件下电磁态势的全覆盖感知，并且可提取辐射源的位置。附图说明图1是克里金法实现流程；图2是反距离加权法实现流程；图3是电磁态势感知和辐射源定位方法架构；图4是数据预测与填补处理。具体实施方式本申请从实际需求和应用的角度出发，设计出一个基于变换域的电磁态势感知和辐射源定位方法，主要利用傅立叶变换实现二维域之间的转换处理，即将空间-时间域变换到频率-波数域，实现对空缺的小样本数据的相位和空间位置关系的估计。再通过二维傅立叶反变换实现对空缺的小样本数据的反转换处理。最后与原始采集数据进行叠加拟合，还原和重构出完整和全面的电磁态势，并推断出辐射源的位置信息。本申请主要解决了最近邻插值法、样条插值法、离散光滑插值法和双线性插值法在应对大面积的数据空缺时存在着误差逐渐增大、计算愈加繁复和填充效率低等缺点，以及克里金法的计算量较大导致实时性相对较差和反距离加权法结果形态重合度较差特别是边缘圆滑度不够等方面不足。以下结合附图3和附图4对本专利技术的具体实施方式作出详细说明。（一）电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变换域的电磁态势感知和辐射源定位方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n步骤一、利用随机部署到目标区域内的每个感知节点的全向天线对灵敏度覆盖范围内的电磁信号进行探测，获取电磁信号强度数据；/n步骤二、把各个分布式感知节点的探测数据发送到数据中心汇集存储，由数据中心的计算设备对探测数据进行处理，得到初始电磁态势覆盖图；/n步骤三、确定截止波数值，确定采样矩阵和迭代次数，基于已探测的数据对空缺位置进行数据预测；其包括子步骤:/n步骤3.1、确定截止波数值k，/n步骤3.2、二维傅里叶变换到波数域并进行低通滤波，/n步骤3.3、二维傅里叶反变换，生成电磁信号强度数据，/n步骤3.4、使用替换原始数据更新滤波阈值，对所述的空缺位置点的数据执行N次迭代，求出预测数据，/n步骤四、使用预测数据填补现有的空缺位置，进而生成一张完整的可反映真实状况的电磁态势覆盖图；/n步骤五、提取辐射源位置。/n

【技术特征摘要】
1.一种变换域的电磁态势感知和辐射源定位方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤一、利用随机部署到目标区域内的每个感知节点的全向天线对灵敏度覆盖范围内的电磁信号进行探测，获取电磁信号强度数据；
步骤二、把各个分布式感知节点的探测数据发送到数据中心汇集存储，由数据中心的计算设备对探测数据进行处理，得到初始电磁态势覆盖图；
步骤三、确定截止波数值，确定采样矩阵和迭代次数，基于已探测的数据对空缺位置进行数据预测；其包括子步骤:
步骤3.1、确定截止波数值k，
步骤3.2、二维傅里叶变换到波数域并进行低通滤波，
步骤3.3、二维傅里叶反变换，生成电磁信号强度数据，
步骤3.4、使用替换原始数据更新滤波阈值，对所述的空缺位置点的数据执行N次迭代，求出预测数据，
步骤四、使用预测数据填补现有的空缺位置，进而生成一张完整的可反映真实状况的电磁态势覆盖图；
步骤五、提取辐射源位置。


2.如权利要求1所述的电磁态势感知和辐射源定位方法，其特征在于：所述的步骤二还包括对空缺位置补零和数据的扩边处理。


3.如权利要求1所述的电磁态势感知和辐射源定位方法，其特征在于：所述的步骤一包括：采样的原始电磁信号强度数据矩阵S...

【专利技术属性】
技术研发人员：王红军，陈璐，林栋明，毛毅，陈晶，李媛丽，安永旺，孟祥豪，段永胜，张坤峰，王昊，王军，李歆昊，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43