【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及计算机网络通信，尤其是一种低轨动态组网的认知无线电频谱态势生成系统与方法。
技术介绍
1、近年来，随着移动互联网、工业互联网和物联网的高速发展，电磁频谱需求与日俱增，频谱赤字问题日益严峻。认知无线电作为未来的智能通信技术，在频谱资源匮乏的情况下认知无线电应运而生，它具有认知与自适应调整等功能，通过感知模块与感知算法来确定想要的频谱信号是否被占用，再通过调节与通信需求相结合选择合适的发射参数与编码方式。为了维护电磁频谱秩序和安全，提高频谱资源整体利用效率，亟需利用有限节点感知的频谱状态数据，挖掘广域地理空间的频谱态势信息。
2、电磁频谱态势生成的核心是需要从孤立、零散点位的电磁频谱监测信息通过电磁频谱态势绘制方法反演得到区域化电磁频谱态势结果，并进行可视化的展示。然而，相对于无线电监测产生的大量频谱监测数据，目前的电磁频谱管理和信息服务等系统对频谱监测数据的利用率仍然显得偏低，对监测区域内的电磁功率分布应用主要还停留在孤立站点频谱的监测阶段，对于监测站点以外的未有布设监测传感器的区域内的频段监测信号、关注频点监测大信号的电磁频谱连续分布和变化情况还缺乏比较有效的手段和方法。
3、目前，常用的电磁频谱态势生成方法主要有两类：参数化模型和非参数化模型。在参数化模型中，空间频谱态势数据服从于态势叠加模型，模型中需要估计的参数具有明确的物理意义。在非参数模型中，在干扰源、噪声、观测误差等因素的影响下，直接使用态势叠加模型对空间频谱态势进行建模的误差较大，此时，将频谱态势建模为依赖于观测数据的函数，其模
4、现今还没有足够成熟的针对低轨无线电频谱态势生成系统，现有的低轨无线电频谱态势生成系统在使用上具有很大局限性，并且当前的感知预警系统缺少智能化处理，在海量数据处理速度上不够高，处理方法上不够灵活。
5、当下的无线电频谱态势生成系统的缺点主要集中在以下两点：
6、当前的电磁频谱态势生成主要使用反距离插值，样条插值与克里金插值来实现，但是反距离插值方法在理论上忽略了空间结构，只考虑了周围信息的影响，而忽略了邻域之外的信息，这限制了它的应用。样条插值方法对凸函数具有更好的表现，而容易忽略局部信息，克里金插值系列方法在统计无偏性和预测不确定空间分布方面表现较好。然而，克里金法的理论目标在实际计算过程中是无法实现的，因为真实地形的平均误差和误差方差总是未知的。
7、无线电频谱态势生成系统的数据具有时序性、海量、高动态的特点，传统的数据库虽然技术成熟，但处理速度慢、建模不灵活、时效性差、可解释性差、可迁移性差，不能完全满足无线电频谱态势生成系统的要求。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种低轨动态组网的认知无线电频谱态势生成系统与方法。以低轨星座为空间电磁频谱感知主体，结合地面中心站，机载和车载等电磁频谱监测设备于一体，构建低轨全域组网认知无线电频谱态势生成系统。
2、为实现上述目的，本专利技术提供一种低轨动态组网的认知无线电频谱态势生成系统，所述系统以低轨星座为空间电磁频谱感知主体，结合地面中心站，机载和车载电磁频谱监测设备于一体，收集电磁频谱信息数据，系统包括感知模块、存储模块和交互模块；
3、所述感知模块，用于依据物联网将收集到的电磁频谱信息数据转化为数字化资料传输到存储模块，并通过高阶非递归样条电磁频谱态势生成算法，生成电磁频谱态势图；
4、所述存储模块，用于收集全域监测点的电磁频谱信息，并存储于gis动态数据库中，实现实时更新；
5、所述交互模块，用于基于webgis系统实现用户与系统的交互，使得用户能够实时查看当前电磁频谱态势，并对超过设定阈值的异常情况进行预警。
6、进一步，所述感知模块包括数据采集单元、数据传输单元、电磁频谱态势生成单元。
7、进一步，所述数据采集单元以低轨星座为空间电磁频谱感知主体，结合地面中心站、机载和车载电磁频谱监测设备于一体，形成全域电磁频谱信息感知网络
8、进一步，所述数据传输单元基于lora的数据传输系统，将电磁频谱信息传输至云端。
9、进一步，所述电磁频谱态势生成单元基于任意阶blazer生成电磁频谱态势。
10、另一方面，本专利技术提供一种实施上述系统的低轨动态组网的认知无线电频谱态势生成方法，所述方法包括以下步骤：
11、s1.感知模块依据物联网技术，将全域电磁频谱信息感知网络收集到的电磁频谱信息数据转化为数字化资料传输到存储模块，并通过高阶非递归样条电磁频谱态势生成算法，实现电磁频谱态势图；
12、s2.在存储模块中，基于地面中心站云平台收集全域监测点的电磁频谱信息，并存储于gis动态数据库中，实现实时更新；
13、s3.交互模块基于webgis系统实现用户与系统的交互，使得用户能够实时查看当前电磁频谱态势，并对异常情况进行预警。
14、进一步，步骤s1具体包括以下步骤:
15、s1.1.数据采集
16、以低轨星座为空间电磁频谱感知主体，结合地面中心站，机载和车载电磁频谱监测设备于一体，形成全域电磁频谱信息感知网络；
17、s1.2.数据传输
18、基于lora的数据传输系统，将电磁频谱信息传输至云端；
19、s1.3.基于任意阶blazer生成电磁频谱态势图。
20、进一步，步骤s1.1中，低轨卫星经过频谱监测的区域时，自行收集频谱信息并记录当前卫星的位置、时间，所述低轨卫星进行动态组网。
21、进一步，步骤s1.3中，收集监测区域内的电磁频谱监测场强信息，形成监测点；监测点是由监测站点记录的准确的电磁频谱信息，该电磁频谱信息用于构建整体的电磁频谱态势。
22、进一步，步骤s2中，采用arcsed10.1作为系统gis数据的空间数据引擎，地图数据和地图服务的发布采用arc-gis server进行网络发布，用于集中管理应用的网络数据和服务。
23、有益效果
24、本方法提出的一种低轨全域组网认知无线电频谱态势生成系统与方法，共分为感知模块、存储模块和交互模块三个部分，具有信息采集、传输和态势生成功能，信息采集能够实现低轨、地面、机载、车载的全域组网；信息传输采用物联网技术实现远距离、多节点、低成本的数据传输；态势生成采用了基于任意阶blazer电磁频谱态势生成方法，有以下优势：
25、（1）首先，该方法的基函数是非递归的，当 的阶次较大时，可以大大减小计算时间；
26、（2）该方法可设定一个可变化的阶次，通过更新阶次可以实现电磁频谱地图精度与成本的平衡（对应于s1.3.2.和s1.3.6技术），因为阶次可变化，因而可以根据实际需要和实际环境变化进行灵活处理，建模本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种低轨动态组网的认知无线电频谱态势生成系统，其特征在于，所述系统以低轨星座为空间电磁频谱感知主体，结合地面中心站，机载和车载电磁频谱监测设备于一体，收集电磁频谱信息数据，系统包括感知模块、存储模块和交互模块；
2.根据权利要求1所述的低轨动态组网的认知无线电频谱态势生成系统，其特征在于，所述感知模块包括数据采集单元、数据传输单元、电磁频谱态势生成单元。
3.根据权利要求2所述的低轨动态组网的认知无线电频谱态势生成系统，其特征在于，所述数据采集单元以低轨星座为空间电磁频谱感知主体，结合地面中心站、机载和车载电磁频谱监测设备于一体，形成全域电磁频谱信息感知网络。
4.根据权利要求2所述的低轨动态组网的认知无线电频谱态势生成系统，其特征在于，所述数据传输单元基于Lora的数据传输系统，将电磁频谱信息传输至云端。
5.根据权利要求2所述的低轨动态组网的认知无线电频谱态势生成系统，其特征在于，所述电磁频谱态势生成单元基于任意阶Blazer生成电磁频谱态势。
6.一种低轨动态组网的认知无线电频谱态势生成方法，其特征在于，所述方
7.根据权利要求6所述的低轨动态组网的认知无线电频谱态势生成方法，其特征在于，步骤S1具体包括以下步骤:
8.根据权利要求7所述的低轨动态组网的认知无线电频谱态势生成方法，其特征在于，步骤S1.1中，低轨卫星经过频谱监测的区域时，自行收集频谱信息并记录当前卫星的位置、时间，所述低轨卫星进行动态组网。
9.根据权利要求7所述的低轨动态组网的认知无线电频谱态势生成方法，其特征在于，步骤S1.3中，收集监测区域内的电磁频谱监测场强信息，形成监测点；监测点是由监测站点记录的准确的电磁频谱信息，该电磁频谱信息用于构建整体的电磁频谱态势。
10.根据权利要求6所述的低轨动态组网的认知无线电频谱态势生成方法，其特征在于，步骤S2中，采用ArcSED10.1作为系统GIS数据的空间数据引擎，地图数据和地图服务的发布采用Arc-GIS Server进行网络发布，用于集中管理应用的网络数据和服务。
...【技术特征摘要】
1.一种低轨动态组网的认知无线电频谱态势生成系统，其特征在于，所述系统以低轨星座为空间电磁频谱感知主体，结合地面中心站，机载和车载电磁频谱监测设备于一体，收集电磁频谱信息数据，系统包括感知模块、存储模块和交互模块；
2.根据权利要求1所述的低轨动态组网的认知无线电频谱态势生成系统，其特征在于，所述感知模块包括数据采集单元、数据传输单元、电磁频谱态势生成单元。
3.根据权利要求2所述的低轨动态组网的认知无线电频谱态势生成系统，其特征在于，所述数据采集单元以低轨星座为空间电磁频谱感知主体，结合地面中心站、机载和车载电磁频谱监测设备于一体，形成全域电磁频谱信息感知网络。
4.根据权利要求2所述的低轨动态组网的认知无线电频谱态势生成系统，其特征在于，所述数据传输单元基于lora的数据传输系统，将电磁频谱信息传输至云端。
5.根据权利要求2所述的低轨动态组网的认知无线电频谱态势生成系统，其特征在于，所述电磁频谱态势生成单元基于任意阶blazer生成电磁频谱态势。
【专利技术属性】
技术研发人员：张瑞辰，黄昊，范广腾，王建，赵鑫，马雅楠，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：
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