CN105629080B - 一种电磁分布态势图或路径电磁分布图的绘制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于辐射源定位信息的电磁分布态势图或路径电磁分布图的绘制方法，其中，辐射源定位信息可分为两类：由多个探测终端的接收信号功率确定的辐射源定位信息、由单个移动探测终端的接收信号功率确定的固定辐射源定位信息。利用多探测终端得到的辐射源定位信息，对指定区域进行网格化，计算每个网格点处的信号到达功率，再将到达功率映射为ARGB色彩并标注在矢量地图的各个网格区域内，即得到电磁分布态势图。利用由单个移动探测终端得到的辐射源定位信息，可以绘制出该辐射源沿探测终端移动路径上的电磁功率分布图或路径电磁分布图，也可绘制出指定区域内的粗略电磁分布态势图，并同时在矢量地图上标注辐射源的定位位置。

Description

一种电磁分布态势图或路径电磁分布图的绘制方法

技术领域

本发明涉及一种基于辐射源的定位信息，如何在矢量地图上绘制出电磁分布态势图或路径电磁分布图的方法，本发明属于无线通信技术领域。

背景技术

在无线通信领域中，为了对电磁频谱资源进行有效的管理和利用，需要及时、准确地获知空间中的电磁分布态势，并以直观的方式对空间环境中的电磁频谱占用情况进行描绘。

目前对电磁分布态势的研究思路主要为：在不同电磁环境中，根据电波传播特性和无线信道的特点，通过选定某种合适的电波传播经验模型，查找待观察区域的辐射源，然后计算待观察区域中各点处的电磁功率信息，以等高线方式描述待观察区域的电磁能量空间分布，这就是电磁频谱态势图。但是，由于实际空间环境的复杂、多变，因而难以找到一个合适于所有频率、各种空间环境的电波传播模型，即使针对某一个较小的频率范围、特定的空间环境有某种可用的电波传播模型，往往也因为模型过于复杂、参数多且可变而使得实际使用效果不佳，最终导致不能快速得到可靠可信、具备任意地理精度的电磁分布态势数据。

发明内容

本发明提出了一种基于辐射源定位信息的电磁分布态势图或路径电磁分布图的绘制方法，该方法无需选择电波传播经验模型。利用多个已知位置的探测终端所接收的信号功率信息，即可绘制出电磁分布态势图，并直观地呈现在矢量地图上；如果利用单个移动式探测终端在不同时刻、不同位置处接收的信号功率信息，则可以绘制出路径电磁分布图。

电磁分布态势图的绘制方法如下：

第1步：利用至少5个不同位置处的探测终端的接收信号功率及探测终端的位置信息，确定辐射源的位置坐标(L₀,B₀,H₀)、等效辐射功率P₀(dBm)、电波传播路径损耗综合指数γ；

第2步：在矢量地图上，建立局部直角坐标系，坐标系原点为辐射源所在位置点(L₀,B₀,H₀)，正东方向为+x轴、正北方向为+y轴、天顶方向为+z轴。根据需要绘制电磁分布态势图的平面区域半径R米、平面区域高度H₀米、经纬度分辨率Δ分参数，对该矩形平面区域进行网格化并确定各网格点在局部直角坐标系中的坐标值(坐标值序号)

第3步：根据第1步得到的辐射源定位结果，计算第2步得到的各网格点的到达信号功率值；

第4步：根据第3步计算得到的每个网格点的到达信号功率值，将其映射为ARGB彩色并同时标注到矢量地图的各个对应网格区域内；

第5步：每间隔一定的时间，重复前述步骤1至步骤4，由此得到不断更新的电磁分布态势图。

路径电磁分布图的绘制方法如下：

第一步：根据单个移动探测终端至少在5个不同时刻和不同位置处的接收信号参数及探测终端的位置信息，确定固定位置的辐射源的位置坐标(L₀,B₀,H₀)、等效辐射功率P₀(dBm)、电波传播路径损耗综合指数γ。可以不断地利用探测终端移动到新位置处时所接收的信号功率等信息，重复该定位计算过程，对固定位置的辐射源不断地进行定位，从而得到一定时间范围内对同一个固定位置的辐射源的多次定位结果；

第二步：将移动探测终端在每个位置处接收到的信号功率值映射为ARGB彩色并及时标注到矢量地图的对应坐标位置处；

第三步：将第一步得到的针对固定位置辐射源的多次定位结果，连续标注到矢量地图的对应坐标位置处；

第四步：对第一步得到的针对固定位置辐射源的多次定位结果，计算其坐标均值、坐标标准差、50％概率圆半径，并将均值坐标和50％概率圆标注到矢量地图上。

本发明方法中，利用多个探测终端进行辐射源定位和计算电磁分布态势数据时，可以在多个探测终端中选择至少5个合适的探测终端，使用这些探测终端的位置及所接收的信号功率等参数实现对辐射源的联合定位，得到辐射源的地理位置、辐射源的等效发射功率、电波传播路径损耗综合指数，再计算辐射源在指定区域中各网格点处的到达功率，以色温图(热力图)的方式直观地呈现在矢量地图上。其中，电波传播路径损耗综合指数是一种在指定区域内反映电波传播特性的综合参数，该参数根据所选定的至少5个探测终端的当前接收功率信息迭代计算出来，可以保证在各探测终端位置处使用该参数计算得到的信号到达功率等于探测终端的实际接收功率。参与辐射源定位迭代计算过程的探测终端数量越多，所得到的电波传播路径损耗综合指数的准确性和可靠性就越高，由此就可以将该参数外推应用于指定区域内的其它网格位置点。这种计算网格点信号到达功率的方法，避免了选择电波传播经验模型的困难和模型参数不确定性，简单易用，且误差随着所使用的探测终端数量的增加而显著减小。

利用单个移动探测终端在不同时刻、不同位置处所接收的信号功率，同样可以对位置固定、发射功率相对稳定的辐射源进行定位。同样地，定位结果的误差随着所使用的移动探测终端的位置点数的增加而改善。因此，在探测终端移动过程中，进行连续定位，最终可以得到辐射源位置的坐标均值及概率分布圆半径。同时，将移动探测终端沿移动路径各点处的接收功率值以色温图方式标注在矢量地图上，就得到了路径电磁分布图。

附图说明

图1是电磁分布态势图绘制流程图；

图2是路径电磁分布图绘制流程图；

图3是电磁分布态势区域内的每个网格点的坐标序号。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的内容及具体实施方式作进一步说明。

图1给出了一种基于辐射源定位信息的电磁分布态势图的绘制流程，其中具体步骤为：

(1)利用至少5个不同位置处的探测终端的接收信号功率及探测终端的位置信息，确定辐射源的位置坐标(L₀,B₀,H₀)、等效辐射功率P₀(dBm)、电波传播路径损耗综合指数γ。计算辐射源定位信息的具体步骤如下：

第1步：首先指定探测终端接收辐射源发出的信号的频率范围和接收时间段，接收时间段为起始时刻到终止时刻，如果探测终端在该指定接收信号的频率范围和接收时间段内有接收到信号功率谱信息，则将该探测终端列入待用探测终端集；

第2步：中心站在待用探测终端集里，任意选定一个探测终端，记为M₀，然后以该探测终端M₀为中心，在剩下的探测终端里面筛选出以M₀为中心、且尽量关于M₀成中心对称的N个探测终端，N≥5；

第3步：根据指定接收信号的频率范围，中心站计算出第2步中各探测终端在该指定接收信号的频率范围内所接收信号的功率。该接收功率的计算方法为：对该指定接收信号范围内的信号功率谱P_m(f)进行积分；

第4步：根据各探测终端所接收信号的功率，以及各探测终端的位置坐标，进行辐射源的粗略定位；

第5步：中心站以该辐射源的粗略定位点为中心，重新在待用探测终端集里选取出关于该辐射源的粗略定位点尽量成中心对称的N个探测终端，N≥5，然后再次进行辐射源定位，得到精确的辐射源定位结果并输出。

(2)以辐射源所在位置点(L₀,B₀,H₀)为坐标原点、正东方向为+x轴、正北方向为+y轴、天顶方向为+z轴，建立局部直角坐标系。根据需要绘制电磁分布态势图的平面区域半径Radius(米)、平面区域高度H₀(米)、经纬度分辨率Δ(分)等参数，计算出该平面区域(矩形平面)沿西-东方向(+x轴方向)、南-北方向(+y轴方向)的网格边长Δ_x(米)和Δ_y(米)，其值分别为：

(+x轴方向)

(+y轴方向)

根据西-东方向网格边长Δ_x、南-北方向网格边长Δ_y、电磁分布态势的地理半径Radius计算出在这两个方向上的网格数量N_x、N_y：

(+x轴方向，int表示取整数运算)

(+y轴方向，int表示取整数运算)

各网格点在局部直角坐标系中的坐标为(i·Δ_x,j·Δ_y,0)，坐标序号为(i,j,0)，如图3所示。其中，-N_x≤i≤N_x，-N_y≤j≤N_y。当N_x、N_y很大时，表示半径Radius很大或设置的地理分辨率Δ很高。各网格点的实际大地经-纬-高坐标为

(3)计算每个网格点处的信号到达功率

网格点的信号到达功率计算公式如下：

P(i,j)(dBm)＝P₀(dBm)-5γlogd²

其中，d为各网格点到辐射源(局部直角坐标系的坐标原点)的距离(米)，其计算公式如下：

d²＝(i·Δ_x)²+(j·Δ_y)²

(4)将计算出的各网格点的信号达到功率值P(i,j)(dBm)映射为任意一种ARGB色系中的色彩，并将该色彩标注到矢量地图的每个网格区域中。

为了使矢量地图上原有的点-线-面信息不会被所标注的颜色覆盖掉，所填充的网格颜色具有一定的透明度，即采用ARGB色彩模式进行颜色设置，其中A(Alpha)就是色彩透明度参量，其设置的范围为0-255,A越大透明度越饱和；R、G、B分别表示红(R)、绿(G)、蓝(B)三个颜色通道，可设置值均位于0-255内。

图2给出了一种基于辐射源定位信息的路径电磁分布图的绘制流程，其具体步骤为：

(1)根据单个移动探测终端至少在5个不同时刻和不同位置处的接收信号参数及探测终端的位置信息，确定固定位置的辐射源的位置坐标(L₀,B₀,H₀)、等效辐射功率P₀(dBm)、电波传播路径损耗综合指数γ，不断地利用探测终端移动到新位置处时所接收的信号功率等信息，重复该定位计算过程，对固定位置的辐射源不断地进行定位，从而得到一定时间范围内对同一个固定位置的辐射源的多次定位结果。利用单个移动终端确定固定位置的辐射源定位信息的具体步骤如下：

第1步：首先根据指定的信号频率范围和接收时间段，接收时间段为起始时刻到终止时刻，选取至少5个不同时刻点时探测终端的位置，以及在这些位置处探测终端所接收信号的功率谱P_m(f)；

第2步:计算这些位置处，探测终端在指定信号频率范围内的接收功率P_m，该接收功率的计算方法为：对该指定接收信号范围内的信号功率谱进行积分；

第3步：计算这些位置处，探测终端在局部地面直角坐标系中的坐标(x_m,y_m,z_m)。其中，以第一时刻探测终端所在的位置作为局部地面直角坐标系的坐标原点M₀；

第4步：根据这些不同时刻处探测终端的接收功率及探测终端的位置坐标，使用任何一种基于接收功率信息的辐射源定位方法得到固定辐射源的局部地面直角坐标(x,y,z)，最后，再转换为大地坐标(L,B,H)；

第5步：按前述第4步不断地使用探测终端在新位置处所接收的信号功率，对固定辐射源进行多次定位，以提高定位结果的精度和可靠性。

(2)将移动探测终端在每个位置处接收到的信号功率值映射为ARGB彩色并及时标注到矢量地图的对应坐标位置处；

(3)将第一步得到的针对固定位置辐射源的多次定位结果，连续标注到矢量地图的对应坐标位置处；

(4)对第一步得到的针对固定位置辐射源的多次定位结果，计算其坐标均值、坐标标准差、50％概率圆半径，并将均值坐标和50％概率圆标注到矢量地图上。

以上所述为本发明较佳的实施方案，但本发明不应该局限于以上具体实施方式和附图所公开的内容。凡是采用本发明的设计结构和思想，所做的一些简单的变化或更改的设计，都落入本发明保护的范围。

Claims (5)

1.一种基于辐射源定位信息的电磁分布态势图的绘制方法，使用多个探测终端的接收信号功率而得到的辐射源定位信息，其特征在于按以下步骤进行：

第1步：利用至少5个不同位置处的探测终端的接收信号功率及探测终端的位置信息，确定辐射源的位置坐标(L₀,B₀,H₀)、等效辐射功率P₀(dBm)和电波传播路径损耗综合指数γ；

第2步：在矢量地图上，建立局部直角坐标系，坐标系原点为辐射源所在位置点(L₀,B₀,H₀)，正东方向为+x轴、正北方向为+y轴、天顶方向为+z轴；根据需要绘制电磁分布态势图的平面区域半径R米、平面区域高度H₀米、经纬度分辨率Δ参数对矩形平面区域进行网格化并确定各网格点在局部直角坐标系中的坐标值或坐标值序号；

第3步：根据第1步得到的辐射源定位结果，计算第2步得到的各网格点的到达信号功率值；

第4步：根据第3步计算得到的每个网格点的到达信号功率值，将其映射为ARGB彩色并同时标注到矢量地图的各个对应网格区域内；

第5步：每间隔一定的时间，重复前述第1步至第4步，由此得到不断更新的电磁分布态势图；

所述辐射源定位信息的具体步骤如下：

第1步：首先指定探测终端接收辐射源发出的信号的频率范围和接收时间段，接收时间段为起始时刻到终止时刻，如果探测终端在该指定接收信号的频率范围和接收时间段内有接收到信号功率谱信息，则将该探测终端列入待用探测终端集；

第2步：中心站在待用探测终端集里，任意选定一个探测终端，记为M₀，然后以该探测终端M₀为中心，在剩下的探测终端里面筛选出以M₀为中心、且尽量关于M₀成中心对称的N个探测终端，N≥5；

第3步：根据指定接收信号的频率范围，中心站计算出第2步中各探测终端在该指定接收信号的频率范围内所接收信号的功率。该接收功率的计算方法为：对该指定接收信号范围内的信号功率谱P_m(f)进行积分；

第4步：根据各探测终端所接收信号的功率，以及各探测终端的位置坐标，进行辐射源的粗略定位；

第5步：中心站以该辐射源的粗略定位点为中心，重新在待用探测终端集里选取出关于该辐射源的粗略定位点尽量成中心对称的N个探测终端，N≥5，然后再次进行辐射源定位，得到精确的辐射源定位结果并输出

2.根据权利要求1所述的一种基于辐射源定位信息的电磁分布态势图的绘制方法，其特征在于，第2步对电磁分布态势区域网格化的过程为：

建立局部直角坐标系，坐标系原点为辐射源所在位置点(L₀,B₀,H₀)，正东方向为+x轴、正北方向为+y轴、天顶方向为+z轴，根据需要绘制电磁分布态势图的平面区域半径R米、平面区域高度H₀米、经纬度分辨率Δ参数，计算出该矩形平面区域沿西-东方向、南-北方向的网格边长Δ_x和Δ_y米，其值分别为：

根据西-东方向网格边长Δ_x、南-北方向网格边长Δ_y、电磁分布态势图的平面区域半径R计算出在这两个方向上的网格数量N_x、N_y：

int表示取整数运算

int表示取整数运算

各网格点在局部直角坐标系中的坐标为(i·Δ_x,j·Δ_y,0)，坐标序号为(i,j,0)，其中，-N_x≤i≤N_x，-N_y≤j≤N_y；当N_x、N_y很大时，表示半径R很大或设置的地理分辨率Δ很高；各网格点的实际大地经-纬-高坐标为Radius是指平面区域半径。

3.根据权利要求1所述的一种基于辐射源定位信息的电磁分布态势图的绘制方法，其特征在于，第3步中计算各网格点的信号到达功率的公式如下：

P(i,j)(dBm)＝P₀(dBm)-5γlog d²

其中，d为各网格点到辐射源(局部直角坐标系的坐标原点)的距离，单位为米，辐射源为局部直角坐标系的坐标原点，其计算公式如下：

d²＝(i·Δ_x)²+(j·Δ_y)²，Δ_x为西-东方向网格边长、Δ_y南-北方向网格边长，i,j分别为坐标序号。

4.根据权利要求3所述的一种基于辐射源定位信息的电磁分布态势图的绘制方法，其特征在于，第4步中，将权利要求3所计算出的各网格点的信号达到功率值P(i,j)(dBm)映射为任意一种ARGB色系中的色彩，并将该色彩标注到矢量地图的每个网格区域中。

为了使矢量地图上原有的点-线-面信息不会被所标注的颜色覆盖掉，所填充的网格颜色具有一定的透明度，即采用ARGB色彩模式进行颜色设置，其中A就是色彩透明度参量，其设置的范围为0-255,A越大透明度越饱和；R、G、B分别表示红、绿、蓝三个颜色通道，设置值均位于0-255内。

5.一种基于辐射源定位信息的路径电磁分布态势图的绘制方法，使用单个探测终端的接收信号功率而得到的辐射源定位信息，其特征在于按以下步骤进行：

第一步：根据单个移动探测终端至少在5个不同时刻和不同位置处的接收信号参数及探测终端的位置信息，确定固定位置的辐射源的位置坐标(L₀,B₀,H₀)、等效辐射功率P₀(dBm)、电波传播路径损耗综合指数γ，不断地利用探测终端移动到新位置处时所接收的信号功率信息，重复定位计算过程，对固定位置的辐射源不断地进行定位，从而得到一定时间范围内对同一个固定位置的辐射源的多次定位结果；

第二步：将移动探测终端在每个位置处接收到的信号功率值映射为ARGB彩色并及时标注到矢量地图的对应坐标位置处；

第三步：将第一步得到的针对固定位置辐射源的多次定位结果，连续标注到矢量地图的对应坐标位置处；

第四步：对第一步得到的针对固定位置辐射源的多次定位结果，计算其坐标均值、坐标标准差、50％概率圆半径，并将均值坐标和50％概率圆标注到矢量地图上。