一种无线电信号数据的可视化方法技术

本发明专利技术提供了一种无线电信号数据的可视化方法，步骤1：获取从频谱数据和原始电平采样数据中提取的无线电信号数据；步骤2：绘制频率‐带宽散点图；步骤3：使用聚类算法对无线电信号数据进行聚类；步骤4：划分时间片；步骤5：对每个聚类计算每个时间片的平均中心频率、平均带宽、平均信噪比和平均信号强度；步骤:6：绘制信号流图。利用信号流图有效编码无线电信号的多种特征，将时频上较离散的信号数据的多种重要特征平滑地展示出来，更好的展现无线电信号的多特征时变模式，加快分析人员对无线电信号时变模式的宏观感知效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及信息可视化领域，特别涉及一种无线电信号数据的可视化方法。
技术介绍
无线电频谱是一种有限的自然资源，是现代无线信息传输的基本载体。为了减少无线电信号间的相互干扰、为了保证重要通讯链路的畅通、为了更好地利用有限的频谱资源，特别是在机场和边境等重点区域以及在重大活动保障任务中，加强无线电频谱监测和无线电信号管理，对保障国家安全和促进国民经济平稳发展具有重要战略意义。对一定频段内无线电频谱进行监测是无线电管理活动的基石，各种监测设备采集的频谱监测数据为频谱占用度计算、干扰信号监测及频谱资源划分提供了信息源。传统频谱数据分析先将频谱用幅频图、时频图和余晖图等可视化方法展示出来，然后由分析人员根据各种频谱图感知信号的时频分布和寻找感兴趣信号。但这种做法对分析人员专业素质要求很高，普通用户没经过专业培训并积累实操经验很难从频谱图中及时准确地鉴别出无线电信号，而且当监测时间变长或频段内出现较多无线电信号时，人工分析效率会快速降低，从而导致难以主动检测不明信号和分析信号间的复杂关联，无线电管理过于依赖举报等被动管理方式。通过信号处理和数学分析将无线电频谱数据转化为无线电信号数据是无线电管理的新方向，无线电信号数据的每个数据记录代表一个实际存在的无线电信号，其各数据项反映了对应无线电信号的中心频率、带宽、信噪比等多维特征。这种结构化程度更高、信号特征更明晰的无线电信号数据是无线电频谱数据的有益补充，有利于融合公共频率库和授权台站库等基础数据资源，也有利于固化专家经验，促进与各种智能化数据分析手段的应用。但无线电信号数据在实际应用中也存在一些亟需解决的问题，首先无线电信号数据是随时间提取的，大量信号特征记录可能对应同一实际非瞬时无线电信号，由于监测环境的不稳定性以及可能存在干扰信号和多用户时分复用同一频率，采用自动化方法很难正确地按实际无线电信号聚类信号特征记录；然后，传统散点图、线图和平行坐标等可视化方法，都很难表现出无线电信号多特征的时变模式，专家们缺少有效的无线电信号数据可视化方法来观察、比较和分析无线电信号。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种有效的可视化方法来观察、比较和分析无线电信号，本专利技术提供了一种新的能够准确展示无线电信号多特征时变模式以及便于比较分析的可视化方法。本专利技术的技术方案为：一种无线电信号数据的可视化方法，包括以下几个步骤：步骤1：获取无线电信号数据：无线电信号数据包括在一个时间段[tstart,tend]中检测频段内检测到的所有n个无线电信号{S1,S2,…Si,…,Sn本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线电信号数据的可视化方法，其特征在于，包括以下几个步骤：步骤1：获取无线电信号数据：无线电信号数据包括在一个时间段[tstart,tend]中检测频段内检测到的所有n个无线电信号{S1,S2,…Si,…,Sn}，每个无线电信号包含的特征有中心频率、带宽、信噪比、信号强度和时间戳，时间戳表示该信号被检测到的时间点，标记信号Si(1≤i≤n)的中心频率、带宽、信噪比、信号强度和时间戳分别为步骤2：根据步骤1所获得的无线电信号数据绘制频率‐带宽散点图：散点图中X轴表示频率，Y轴表示带宽绘制散点图，频率范围为无线电信号被采集的频率区间，带宽范围为0到步骤1获得所有无线电信号中的带宽的最大值；根据每一个信号的中心频率和带宽值找到其在频率‐带宽散点图中的位置，绘制所有信号点；记录每个无线电信号Si在频率‐带宽散点图中的坐标Si(xi,yi)(1≤i≤n)；根据信号强度颜色编码，填充信号点；信号强度颜色编码是指将信号强度值由小到大编码为渐变的RGB色度条；步骤3：使用聚类算法对步骤1所获得的无线电信号数据进行聚类，得到k个聚类{C1,C2,C3,…,Ck}，m个噪声点；步骤4：划分时间片：将整个无线电信号采集时间区间[tstart,tend]划分为长度相同的p段，即p个时间片，标记第j个时间段为tj(1≤j≤p)；对每个聚类Ci(1≤i≤k)，将该聚类中的所有信号按照其时间戳划分到相应的时间片中，每个聚类Ci(1≤i≤k)得到一个时间片划分序列Csti＝{sti1,sti2,…,stij,…,stip}(1≤i≤k)，其中stij(1≤j≤p)(1≤i≤k)表示聚类Ci(1≤i≤k)中划分到时间片tj(1≤j≤p)内的信号的集合{Sq,…,Sq+r}，集合内信号个数为r(0≤r≤n)，该集合内的所有信号的时间戳在时间片tj(1≤j≤p)内；步骤5：根据步骤4中得到的每个聚类Ci(1≤i≤k)的时间片划分序列Csti＝{sti1,sti2,…,stip}(1≤i≤k)，计算每个聚类Ci(1≤i≤k)中划分到时间片tj(1≤j≤p)内的所有信号的平均中心频率、平均带宽、平均信噪比和平均信号强度；步骤6：根据步骤3所获得的聚类结果以及步骤5的计算结果绘制信号流图，具体包括以下步骤：步骤6.1)：绘制信号流图坐标系，其中X轴表示频率，Y轴表示时间，频率范围为无线电信号数据被采集的频率区间，时间范围为无线电信号数据被采集的时间段；每个聚类被绘制成一条信号流；步骤6.2)：对聚类Ci(1≤i≤k)，根据该聚类划分到时间片tj(1≤j≤p)内信号的平均中心频率的值mFreqij，在信号流图坐标系中对应的频率和时间片tj起始位置绘制点A，根据划分到时间片tj+1内信号的平均中心频率mFreqi(j+1)，在信号流图坐标系中对应的频率和时间片tj+1起始位置即时间片tj的终止位置绘制点B，连接点A和点B，绘制一条线段AB，以确定该聚类所对应的信号流在时间片tj的中心位置；若时间片tj没有与之连续的后继时间片tj+1，则时间片tj对应的信号流不绘制；步骤6.3)：根据该聚类划分到时间片tj内信号的平均带宽确定信号流的宽度，并绘制信号流的左边界和右边界，左边界和右边界关于线段AB对称；步骤6.4)：根据该聚类划分到时间片tj内信号的平均信号强度的值及信号强度颜色编码，填充左边界到线段AB之间的区域；步骤6.5)：根据该聚类划分到时间片tj内信号的平均信噪比以及信噪比颜色编码，填充线段AB到右边界区域；信噪比颜色编码是指将信噪比值由小到大编码为渐变的渐变灰度值；步骤6.6)：重复上述步骤6.2)到步骤6.5)，依次绘制Ci(1≤i≤k)所有的时间片，及所有的聚类。...

【技术特征摘要】
1.一种无线电信号数据的可视化方法，其特征在于，包括以下几个步骤：步骤1：获取无线电信号数据：无线电信号数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：周芳芳，曾媛，赵颖，张蓉，李俊材，佘燕敏，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43