一种基于权重分配构建电磁地图的方法和系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于权重分配构建电磁地图的方法和系统，属于图像数据处理技术领域。其中，方法包括：在目标区域中部署若干感知节点以获取感知矩阵，并通过采样获取目标区域的电磁观测数据，基于感知矩阵和电磁观测数据来构建电磁地图的电磁相关数据；基于部署的若干感知节点，通过采样获取目标区域的地理采样数据，并根据地理采样数据之间的地理相关性来预测未采样位置的地理相关数据，从而得到电磁地图的地理相关数据；为电磁地图的电磁相关数据和电磁地图的地理相关数据分配权重，并通过融合经分配权重的电磁相关数据和地理相关数据，来构建目标区域的完整电磁地图。本发明专利技术公开的方案得到的电磁数据分布更接近真实的电磁数据。据。据。

【技术实现步骤摘要】
一种基于权重分配构建电磁地图的方法和系统


[0001]本专利技术属于图像数据处理
，尤其涉及一种基于权重分配构建电磁地图的方法和系统。

技术介绍

[0002]为了解决有限频谱资源和日益增长的频谱资源需求之间的矛盾，频谱资源的动态分配使用势在必行；而要想实现频谱资源的动态分配，首先要获得当前频谱资源的使用情况，即电磁数据。电磁地图是一种涵盖各种电磁信号辐射源在内的，可以反映复杂地理环境中电磁信号相关信息的图像，因此可为频谱资源的使用评估提供准确的电磁数据。
[0003]在绘制电磁地图时，传统的数据获取方法以人工路测为主，这种方式需要耗费大量的人力和物力，尤其是在大范围区域，同时结果受人的主观性影响大；现有方法多以感知节点为主，即利用智能化和小型化技术实现数据的自动获取。但是，这种方式的成本和效果同所使用的节点数量成正比。过量部署虽然可得到完整且精确的结果，但是所耗费的节点数量大，成本高；少量部署则只能得到部分数据，但是成本低于过量部署的方式。此外，从严格意义上讲，节点所感知到的数据中仅有节点所处位置的数据是准确的，其他的数据均是根据电波传播方程推测出来的，该数据在目标区域环境情况未知时，误差较大。
[0004]目前，在实现电磁地图构建时多采用反距离加权插值法和克里金插值法；后者还应用最近邻法构建电磁地图。其中，克里金插值法依据采样数据计算出对应的滞后距和变差值；将滞后距以及对应的变差值用于拟合选定的克里金变差函数；确定变差函数的相关系数；利用未采样点和采样点位置之间的变差值和采样数据预测未采样点处的数据。其中，反距离加权插值法计算未采样点和所有采样点的距离；利用计算得到的距离计算相应的权重值；通过对相应权重和样本数据值的乘积求和即可预测未采样点处的数据。另外，其他插值法如最近邻法、改进谢别德插值法、局部多项式法等均可以用于预测重建空缺数据，这些方法适用面小于克里金插值法和反距离加权插值法。
[0005]克里金插值法对异常值较为敏感，精度受其影响较大，而实际应用中异常值可不避免地存在；反距离加权插值法的计算复杂度很低，但是存在较为严重的牛眼现象，且难以保证数值边缘的精度；改进谢别德插值法是反距离加权插值法的改进，可有效缓解牛眼现象，但是相关参数的设置较为困难，导致难以得到最优解；最近邻法一般适用于间隔均匀数据的预测，但是结果存在变化不连续的问题，导致精度受到影响；而局部多项式法适用于短程变化的数据预测问题，但是作用效果易受邻域距离影响。而基于传播模型的方法，一旦无法准确掌握包括目标区域内信号传播环境特点在内的先验信息，其结果精度会很低。

技术实现思路

[0006]针对上述技术问题，本专利技术提出一种基于权重分配构建电磁地图的方案，所述方案包括一种基于权重分配构建电磁地图的方法、对应的电子设备以及计算机可读存储介质。
[0007]本专利技术第一方面公开了一种基于权重分配构建电磁地图的方法。所述电磁地图包括电磁相关数据和地理相关数据；所述方法包括：步骤S1、在目标区域中部署若干感知节点以获取感知矩阵，并通过采样获取所述目标区域的电磁观测数据，基于所述感知矩阵和所述电磁观测数据来构建所述电磁地图的所述电磁相关数据；步骤S2、基于部署的所述若干感知节点，通过采样获取所述目标区域的地理采样数据，并根据所述地理采样数据之间的地理相关性来预测未采样位置的地理相关数据，从而得到所述电磁地图的地理相关数据；步骤S3、为所述电磁地图的电磁相关数据和所述电磁地图的地理相关数据分配权重，并通过融合经分配权重的电磁相关数据和地理相关数据，来构建所述目标区域的完整电磁地图。
[0008]根据本专利技术第一方面的方法，所述步骤S1具体包括以下过程。
[0009]在所述目标区域中部署若干感知节点以获取感知矩阵，具体包括：将所述目标区域等分为若干子区域并进行编号，所述编号为，在各个子区域中部署相同数量的感知节点，部署方式为随机部署。
[0010]所述电磁相关数据通过式（1）来表征： （1）其中，表示待构建的所述电磁相关数据，，表示所述目标区域内的电磁数据量总量，表示所述电磁观测数据，，中包含条数据，表示观测矩阵。
[0011]基于所述电磁相关数据在稀疏矩阵上的投影，将求解所述电磁相关数据转化为求解式（2）：
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（2）其中，表示计算矩阵的范数，表示所述电磁相关数据在稀疏矩阵上的投影，表示所述感知矩阵，，表示所述稀疏矩阵，以式（3）来表征： （3）其中，。
[0012]求解式（2）具体包括，对每个子区域执行一下过程。
[0013]初始化各参数：残差，索引矩阵，元素数量，表示步长，其大小为所述子区域的数量，迭代次数，表示所述感知矩阵的第列，阶段索引，所述投影的估计值。
[0014]计算，根据计算得到的各个元素值的大小从中选取前个元素值，并将所述个元素值在所述感知矩阵中对应的列序号的集合记为。
[0015]计算，；计算最小二乘解；根据所述最小二乘解中各个元素项的绝对值的大小从中选取个元素项，并抽取所述个元素项在所述感知矩阵中对应的列组成，对应的列号构成。
[0016]计算新的残差值，，。判断是否成立；若是，则，更新，将中对应位置为的值设置为；若否，则进一步判断是否成立；若是，则，，，并重新计算所述新的残差值r
tc
；若否，则，，，并重新计算所述新的残差值r
tc
。从而求解出该子区域内的电磁相关数据，融合各个子区域的电磁相关数据，，将融合后的各个子区域的电磁相关数据通过一中值滤波器，得到所述目标区域内所述电磁地图中的所述电磁相关数据，其中，表示中值滤波处理。
[0017]根据本专利技术第一方面的方法，所述步骤S2包括以下步骤。
[0018]任一采样点位置的地理采样数据以该采样点位置的参考信号接收功率来表示：（4）其中，表示所述参考信号接收功率，表示所述任一采样点的地理位置，表示预测模型的函数，，表示所述预测模型的参数，，所述预测模型的函数的个数和所述预测模型的参数的个数均为N，表示随机过程。
[0019]则具有式（5）成立： （5）
其中，表示所述随机过程的期望，表示两个采样点的地理位置，表示相关模型，表示所述相关模型的参数，表示所述随机过程的方差。
[0020]设所述地理采样数据的样本点为，对应的样值为，得到式（6）：
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（6）其中，表示的预测值，表示的预测值，为组成的矩阵，，表示型样本点的相关矩阵，其组成元素为。
[0021]定义相关函数： （7）其中，表示与不同的另一采样点的地理位置，为所述样点的维数；且具有式（8）成立：
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（8）其中，表示求解的行列式，采用球状模型。
[0022]则有：（9）其中，，则有式（10）： （10）其中，表示的预测值。
[0023]将所述未采样位置代入式（10），从而获得所述未采样位置的地理相关数据，最终得到所述电磁地图的地理相关数据。
[0024]根据本专利技术第一方面的方法，所述步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于权重分配构建电磁地图的方法，其特征在于，所述电磁地图包括电磁相关数据和地理相关数据；所述方法包括：步骤S1、在目标区域中部署若干感知节点以获取感知矩阵，并通过采样获取所述目标区域的电磁观测数据，基于所述感知矩阵和所述电磁观测数据来构建所述电磁地图的所述电磁相关数据；步骤S2、基于部署的所述若干感知节点，通过采样获取所述目标区域的地理采样数据，并根据所述地理采样数据之间的地理相关性来预测未采样位置的地理相关数据，从而得到所述电磁地图的地理相关数据；步骤S3、为所述电磁地图的电磁相关数据和所述电磁地图的地理相关数据分配权重，并通过融合经分配权重的电磁相关数据和地理相关数据，来构建所述目标区域的完整电磁地图。2.根据权利要求1所述的一种基于权重分配构建电磁地图的方法，其特征在于，在所述步骤S1中：在所述目标区域中部署若干感知节点以获取感知矩阵，具体包括：将所述目标区域等分为若干子区域并进行编号，所述编号为，在各个子区域中部署相同数量的感知节点，部署方式为随机部署；所述电磁相关数据通过式（1）来表征： （1）其中，表示待构建的所述电磁相关数据，，表示所述目标区域内的电磁数据量总量，表示所述电磁观测数据，，中包含条数据，表示观测矩阵；基于所述电磁相关数据在稀疏矩阵上的投影，将求解所述电磁相关数据转化为求解式（2）： （2）其中，表示计算矩阵的范数，表示所述电磁相关数据在稀疏矩阵上的投影，表示所述感知矩阵，，表示所述稀疏矩阵，以式（3）来表征：（3）其中，；
求解式（2）具体包括，对每个子区域：初始化各参数：残差，索引矩阵，元素数量，表示步长，其大小为所述子区域的数量，迭代次数，表示所述感知矩阵的第列，阶段索引，所述投影的估计值；计算，根据计算得到的各个元素值的大小从中选取前个元素值，并将所述个元素值在所述感知矩阵中对应的列序号的集合记为；计算，；计算最小二乘解；根据所述最小二乘解中各个元素项的绝对值的大小从中选取个元素项，并抽取所述个元素项在所述感知矩阵中对应的列组成，对应的列号构成；计算新的残差值，，；判断是否成立；若是，则，更新，将中对应位置为的值设置为；若否，则进一步判断是否成立；若是，则，，，并重新计算所述新的残差值r
tc
；若否，则，，，并重新计算所述新的残差值r
tc
；从而求解出该子区域内的电磁相关数据，融合各个子区域的电磁相关数据，，将融合后的各个子区域的电磁相关数据通过一中值滤波器，得到所述目标区域内所述电磁地图中的所述电磁相关数据，其中，表示中值滤波处理。3.根据权利要求2所述的一种基于权重分配构建电磁地图的方法，其特征在于，在所述步骤S2中：任一采样点位置的地理采样数据以该采样点位置的参考信号接收功率来表示：
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（4）其中，表示所述参考信号接收功率，表示所述任一采样点的地理位置，表示预测模型的函数，，表示所述预测模型的参
数，，所述预测模型的函数的个数和所述预测模型的参数的个数均为N，表示随机过程；则具有式（5）成立：
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（5）其中，表示所述随机过程的期望，表示两个采样点的地理位置，表示相关模型，表示所述相关模型的参数，表示所述随机过程的方差；设所述地理采样数据的样本点为，对应的样值为，得到式（6）：
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（6）其中，表示的预测值，表示的预测值，为组成的矩阵，，表示型样本点的相关矩阵，其组成元素为；定义相关函数：
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（7）其中，表示与不同的另一采样点的地理位置，为所述样点的维数；且具有式（8）成立：
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（8）其中，表示求解的行列式，采用球状模型，则有： （9）其中，，则有式（10）： （10）其中，表示的预测值；将所述未采样位置代入式（10），从而获得所述未采样位置的地理相关数据，最终得到
所述电磁地图的地理相关数据。4.根据权利要求3所述的一种基于权重分配构建电磁地图的方法，其特征在于，在所述步骤S3中：权重分配结果为：
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（11）构建经融合的所述完整电磁地图以式（12）表征：
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（12）其中，min J( )表示求最小值，表示计算矩阵的2范数，表示对进行全变量约束，表示约束参数，表示融合所述电磁相关数据和所述地理相关数据后得到的完整电磁数据，所述完整电磁数据经可视化后得到所述电磁地图；求解式（12）具体包括：初始化求解过程的中间参数，；循环迭代，，表示第次迭代，表示迭代总次数，则有：（13）
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（14）
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（15）其中，表示第次迭代后的中间参数的值，均为中间参数，且，由最后一次迭代后得到，表示数组对，包含，的维度为，的维度为，且有式（16）成立：
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（16）其中，式（13）中的运算满足，，，，且有，，，，表示在上进行正交操作。5.一种基于权重分配构建电磁地图的系统，其特征在于，所述电磁地图包括电磁相关
数据和地理相关数据；所述系统包括：第一处理单元，被配置为：在目标区域中部署若干感知节点以获取感知矩阵，并通过采样获取所述目标区域的电磁观测数据，基于所述感知矩阵和所述电磁观测数据来构建所述电磁地图的所述电磁相关数...

【专利技术属性】
技术研发人员：王红军，林栋明，刘金帆，沈哲贤，李歆昊，王军，安永旺，孟祥豪，
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：