一种面向复杂电磁频谱的态势感知可视化系统技术方案

本发明专利技术公开了一种面向复杂电磁频谱的态势感知可视化系统，该系统包括：感知层、数据层和功能层；其中，所述感知层，用于接收离散位置点采集的频谱感知数据；所述数据层，用于对获取的频谱感知数据以及地图信息数据和相应的采集设备的设备数据及结果数据进行存储管理；所述功能层，用于将离散位置点的频谱感知数据进行融合处理，形成区域性的电磁频谱态势分布，结合地图信息数据进行呈现，并定位出辐射源位置。本发明专利技术的系统对区域内频谱的采集数据，不只是单纯展示数据采样点的频谱情况，而是通过插值补全和推算的方式，形成整个目标区域的频谱态势数据。域的频谱态势数据。域的频谱态势数据。

【技术实现步骤摘要】
一种面向复杂电磁频谱的态势感知可视化系统


[0001]本专利技术属于电磁环境测量
，尤其涉及一种面向复杂电磁频谱的态势感知可视化系统。

技术介绍

[0002]在电磁频谱战中以可视化的方式呈现出目标区域的无电线频谱态势，对作战环境的频率分析、频率指配、频谱态势趋势分析和频谱资源管理辅助决策等内容有着十分重要的意义。
[0003]目前在无线电频谱管理这一领域里，有比较多的频谱数据采集和加工处理的软件或方法。在频谱数据采集、展示、统计信息分析和信号数据的分析上也有比较多且比较成熟的处理方法。但是，从离散的采集样本点为基础，综合使用多种插值方法，得到全部目标区域的频谱，以及以全区域的频谱信息为基础进行频谱分析、输出辅助决策信息和进行发射信号源的定位，该领域在这些方面上的工作相对比较少。
[0004]频谱感知设备采集到的频谱数据是离散的点数据，如何从离散位置点的频谱数据经过推算、补全等处理得到目标区域上频谱态势，并以可视化的方式进行展现和支持后续应用是频谱态势综合处理的一个关键的技术点。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术缺陷，提出了一种面向复杂电磁频谱的态势感知可视化系统。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提出了一种面向复杂电磁频谱的态势感知可视化系统，其特征在于，所述系统包括：感知层、数据层和功能层；其中，
[0007]所述感知层，用于接收离散位置点采集的频谱感知数据；
[0008]所述数据层，用于对获取的频谱感知数据进行存储管理，用于存储管理地图信息数据和频谱感知数据的采集设备相关信息，还用对功能层处理后的结果数据进行存储管理；
[0009]所述功能层，用于将离散位置点的频谱感知数据进行融合处理，形成区域性的电磁频谱态势分布，结合地图信息数据进行呈现，并定位出辐射源位置。
[0010]作为上述系统的一种改进，所述功能层包括融合处理模块，所述融合处理模块的处理过程包括：
[0011]获取指定段的频谱感知数据；
[0012]根据频段和步长抽取频点数据；
[0013]过滤无效数据，并修复有错误的数据；
[0014]对修复后的频谱感知数据通过聚类滤波消除快衰落的影响；
[0015]根据频谱感知数据选择相应的插值算法，生成单频点态势图；
[0016]将各个频点的态势图进行合成，得到区域性的电磁频谱态势分布。
[0017]作为上述系统的一种改进，所述相应的插值算法包括自然邻区插值处理、薄板样条插值处理和克里金插值处理。
[0018]作为上述系统的一种改进，所述自然邻区插值处理具体包括：
[0019]找到待查询点距离最近的N个离散位置点，建立对应的N个Voronoi图；
[0020]对于待插值点z，将z的加入引起变化的多边形定义为z的邻区，新的多边形与原多边形的交集决定了对应的离散位置点对插值点z的影响权重；
[0021]基于N个离散位置点的Voronoi图大小按比例对N个离散位置点的频谱感知数据应用权重进行插值。
[0022]作为上述系统的一种改进，所述薄板样条插值处理过程具体包括：
[0023]采集在一定区域位置上的频谱数据作为对应区域位置上的样条插值数据p
i
，p
j
，根据下式计算径向基函数U(p
i
,p
j
)：
[0024]U(p
i
,p
j
)＝σ(p
i
‑
p
j
)2log(σ(p
i
‑
p
j
))
[0025][0026]其中，σ(p
i
‑
p
j
)对应二维平面上的两点之间的欧氏距离，lng
i
、lng
j
表示第i、j个采集数据的经度，lat
i
、lat
j
表示第i、j个采集数据的纬度；
[0027]基于径向基函数U(p
i
,p
j
)得到第i个样本点对预测点x的权重w
i,x
，
[0028]采用加权计算得到待预测点的数值V(x)：
[0029][0030]其中w
i,x
是，V(x
i
)是第i个样本点的值。
[0031]作为上述系统的一种改进，所述克里金插值处理过程具体包括：
[0032]基于电磁辐射的路径损耗与距离的对应关系，建立数据位置点间的测量差与距离的无偏估计矩阵，实现插值预测。
[0033]作为上述系统的一种改进，所述功能层包括态势定位模块，所述态势定位模块的处理过程具体包括：
[0034]根据融合处理模块生成的频谱态势图，结合预先设置的信号强度门限，结合地理信息数据实现辐射源的定位。
[0035]作为上述系统的一种改进，所述功能层还包括可用频率推荐模块，所述可用频率推荐模块的处理过程具体包括：
[0036]根据频谱感知数据逐一判断业务频段内每个频点场强值是否超过设定的门限值，判断为是，则该频点已被占用，否则，为未占用，并进行信道质量分析；
[0037]统计业务频段内可用频率情况并结合信道质量分析，输出可用频率推荐列表。
[0038]与现有技术相比，本专利技术的优势在于：
[0039]1、与目前现有的同类技术相比，本系统最大的特点在于对区域内频谱的采集数据，不只是单纯展示数据采样点的频谱情况，而是通过插值补全和推算的方式，形成整个目标区域的频谱态势数据；
[0040]2、本专利技术在应用已有的插值处理方法上，支持多种插值方法的综合运用，目前支持支持自然邻域插值方法、克里金插值方法和薄板样条插值三种方法，使用者可以根据不
用的应用场景，选择合适的处理方法；
[0041]3、基于区域频谱的统计分析功能是本系统的另一个特点，包括目标区域的频谱占用情况、区域内任意位置点的可用频率推荐等结果，这些结果在本系统中能够以可视化的方式展现出来。
[0042]4、本专利技术能够提供基于区域频谱态势的定位，基于区域频谱态势的结果，就可以找出符合发射源信号态势特征的区域，从而可以定位出发射信号源，应用本专利技术，在选择合适的态势插值处理方法以后，当采集数据的位置覆盖达到一定的程度的时候，就可以产生出相对较准确的区域频谱态势，从而可以定位出发射信号源的候选位置。
附图说明
[0043]图1是本专利技术的系统组成图；
[0044]图2是软件系统组成图；
[0045]图3是数据及接口协议关系图；
[0046]图4是可用频率推荐流程图；
[0047]图5是可用频率推荐列表示例；
[0048]图6是态势定位流程图；
[0049]图7是融合处理流程；
[0050]图8是自然邻值插值算法示意图；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向复杂电磁频谱的态势感知可视化系统，其特征在于，所述系统包括：感知层、数据层和功能层；其中，所述感知层，用于接收离散位置点采集的频谱感知数据；所述数据层，用于对获取的频谱感知数据进行存储管理，用于存储管理地图信息数据和频谱感知数据的采集设备相关信息，还用对功能层处理后的结果数据进行存储管理；所述功能层，用于将离散位置点的频谱感知数据进行融合处理，形成区域性的电磁频谱态势分布，结合地图信息数据进行呈现，并定位出辐射源位置。2.根据权利要求1所述的面向复杂电磁频谱的态势感知可视化系统，其特征在于，所述功能层包括融合处理模块，所述融合处理模块的处理过程包括：获取指定段的频谱感知数据；根据频段和步长抽取频点数据；过滤无效数据，并修复有错误的数据；对修复后的频谱感知数据通过聚类滤波消除快衰落的影响；根据频谱感知数据选择相应的插值算法，生成单频点态势图；将各个频点的态势图进行合成，得到区域性的电磁频谱态势分布。3.根据权利要求2所述的面向复杂电磁频谱的态势感知可视化系统，其特征在于，所述相应的插值算法包括自然邻区插值处理、薄板样条插值处理和克里金插值处理。4.根据权利要求3所述的面向复杂电磁频谱的态势感知可视化系统，其特征在于，所述自然邻区插值处理具体包括：找到待查询点距离最近的N个离散位置点，建立对应的N个Voronoi图；对于待插值点z，将z的加入引起变化的多边形定义为z的邻区，新的多边形与原多边形的交集决定了对应的离散位置点对插值点z的影响权重；基于N个离散位置点的Voronoi图大小按比例对N个离散位置点的频谱感知数据应用权重进行插值。5.根据权利要求3所述的面向复杂电磁频谱的态势感知可视化系统，其特征在于，所述薄板样条插值处理过程具体包括：采集在一定区域位置上的频谱数据作为对应区域位置上的样条插值数据p
i
，p
j
，根据下式计算径向基函数U(p
i
,p
j

【专利技术属性】
技术研发人员：高翔，姚秀娟，李雪，陈志敏，付降寅，
申请(专利权)人：中国科学院国家空间科学中心，
类型：发明
国别省市：