基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的電磁頻譜地圖構(gòu)建與驗(yàn)證

查 淞,夏海洋,黃紀(jì)軍,劉繼斌,馬 晨,李 冰

(1. 國(guó)防科技大學(xué) 電子科學(xué)學(xué)院, 湖南 長(zhǎng)沙 410073; 2. 中國(guó)人民解放軍32035 部隊(duì), 陜西 西安 710060; 3. 中國(guó)人民解放軍31007 部隊(duì), 北京 100000)

電磁頻譜地圖(spectrum map)[1-2]也被稱之為無(wú)線電環(huán)境地圖(radio environment map)或無(wú)線電地圖(radio map),可從時(shí)間、空間、頻率和能量等多個(gè)維度對(duì)電磁環(huán)境進(jìn)行定量描述[3],并結(jié)合地理信息系統(tǒng)進(jìn)行可視化展示。電磁頻譜地圖為電磁空間認(rèn)知與控制利用等諸多軍民應(yīng)用提供基礎(chǔ)信息[4],其用途主要有四個(gè)方面:一是獲取電磁頻譜資源分布狀況[5-6],支撐頻譜資源精細(xì)化動(dòng)態(tài)管理,實(shí)現(xiàn)電磁頻譜資源高效利用;二是獲取電磁輻射分布狀況,為電磁污染監(jiān)測(cè)與防治提供量化依據(jù);三是獲取電磁干擾行為規(guī)律,支撐黑廣播、偽基站等違法行為查處,維護(hù)用頻秩序;四是在軍事應(yīng)用領(lǐng)域[7],電磁頻譜地圖可為電磁態(tài)勢(shì)生成、裝備部署運(yùn)用、作戰(zhàn)用頻規(guī)劃和用頻沖突消解等應(yīng)用[8]提供輔助決策信息。因此,準(zhǔn)確、快速構(gòu)建電磁頻譜地圖具有十分重要的意義[9]。

根據(jù)是否需要輻射源與傳播模型等先驗(yàn)信息,電磁頻譜地圖構(gòu)建方法[3,10]通常分為直接構(gòu)建法、間接構(gòu)建法和混合構(gòu)建法三類。直接構(gòu)建法主要包括最近鄰(nearest neighbour, NN)法[11]、自然鄰點(diǎn)(natural neighbour interpolation, NNI)法[12]、反距離加權(quán)(inverse distance weighted, IDW)法[13]、樣條(splines)法[14]、改進(jìn)Shepard法[15]和梯度距離平方反比(gradient plus inverse distance squared,GIDS)法[16]等確定性插值法、克里金(Kriging)法[17]等地統(tǒng)計(jì)學(xué)變分插值法以及基于張量補(bǔ)全的多維頻譜地圖構(gòu)建算法[18]。間接構(gòu)建法需利用輻射源和傳播模型等先驗(yàn)信息,主要包括基于完備先驗(yàn)信息的正演法、基于發(fā)射機(jī)位置的估計(jì)法[19]、接收信號(hào)強(qiáng)度差分法[20]和信噪比輔助法[21]等。……