CN113959443B - 基于传播模型实现无线电电磁态势插值处理的方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于传播模型实现无线电电磁态势插值处理的方法，包括读入测量数据C，获取最近的两个相邻点A和B；计算ABC三个角的最大值；判断该角是否为钝角，如果是，则计算虚拟采集点D的坐标和电平，将虚拟采集点D插入三角网格数据集；否则，构造Delaunay三角网；判断是否还有测量数据，如果是，则继续测量；否则，构造泰森多边形；计算栅格加权预测数据。本发明还涉及相应的基于传播模型实现无线电电磁态势插值处理的装置、处理器及其计算机可读存储介质。采用了本发明的基于传播模型实现无线电电磁态势插值处理的方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质，对电磁秩序维护具有重要意义，能有效解决路测数据采集密度不均匀导致的态势绘制异常，避免采集的数据受道路规划和路况条件的限制。
Description
技术领域
本发明涉及无线电领域，尤其涉及电磁环境数据采集领域，具体是指一种基于传播模型实现无线电电磁态势插值处理的方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质。
背景技术
随着无线电应用的日益普及，掌握重点区域的电磁态势对频谱规划、电磁秩序维护具有重要意义。电磁环境数据采集目前以移动路测采集的形式为主，多采用驾驶车辆沿道路主干线进行采集。这种模式因为车载供电方便，车辆移动速度快具有采集区域大，效率高的优势。但这种模式容易受道路规划和路况条件限制，采集的数据具有沿道路密集分布，但道路间分布距离过大的特点。典型的路测数据采集情况如图1所示。
由于区域大，且大部分区域是非闭合拓扑结构，这会导致常规或已有的基于插值的态势算法出现异常，其结果如图2所示。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种满足效率高、准确度高、适用范围较为广泛的基于传播模型实现无线电电磁态势插值处理的方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质。
为了实现上述目的，本发明的基于传播模型实现无线电电磁态势插值处理的方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质如下：
该基于传播模型实现无线电电磁态势插值处理的方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：
(1)读入测量数据C，获取最近的两个相邻点A和B；
(2)计算ABC三个角的最大值；
(3)判断该角是否为钝角，如果是，则继续步骤(4)；否则，继续步骤(6)；
(4)计算虚拟采集点D的坐标和电平；
(5)将虚拟采集点D插入三角网格数据集；
(6)构造Delaunay三角网；
(7)判断是否还有测量数据，如果是，则继续步骤(1)；否则，继续步骤(8)；
(8)构造泰森多边形；
(9)计算栅格加权预测数据；
(10)绘制态势图。
较佳地，所述的步骤(1)的测量数据C包括经度、纬度和测量的电平值。
较佳地，所述的步骤(2)中计算ABC三个角的最大值，具体为：
根据以下公式计算ABC三个角的最大值：
其中，(Xa，Ya)、(Xb，Yb)、(Xc，Yc)分别为点A、B、C的坐标，a为。
较佳地，所述的步骤(4)中计算虚拟采集点D的坐标，具体为：
根据以下公式计算虚拟采集点D的坐标：
其中，(Xa，Ya)、(Xb，Yb)、(Xc，Yc)分别为点A、B、C的坐标。
较佳地，所述的步骤(4)中计算虚拟采集点D的电平，具体为：
根据以下公式计算虚拟采集点D的电平：
PD＝PAD+PBD+PCD；
其中，f(i)为传播模型应用的频段范围，p(f(i)，r，d)为传播模型在对应频段上的计算输出的频谱密度，d为发射源的功率，PAD为A点到D点间的频谱密度，PBD为B点到D点间的频谱密度，PCD为C点到D点间的频谱密度，r为两点间的距离。
该基于传播模型实现无线电电磁态势插值处理的装置，其主要特点是，所述的装置包括：
处理器，被配置成执行计算机可执行指令；
存储器，存储一个或多个计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现上述的基于传播模型实现无线电电磁态势插值处理的方法的步骤。
该用于实现基于传播模型的无线电电磁态势插值处理的处理器，其主要特点是，所述的处理器被配置成执行计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现上述的基于传播模型实现无线电电磁态势插值处理的方法的步骤。
该计算机可读存储介质，其主要特点是，其上存储有计算机程序，所述的计算机程序可被处理器执行以实现上述的基于传播模型实现无线电电磁态势插值处理的方法的各个步骤。
采用了本发明的基于传播模型实现无线电电磁态势插值处理的方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质，能够掌握重点区域的电磁态势对频谱规划、电磁秩序维护具有重要意义，能有效解决路测数据采集密度不均匀导致的态势绘制异常，避免采集的数据受道路规划和路况条件的限制。
附图说明
图1为现有技术的路测数据采集点分布示意图。
图2为现有技术的电磁态势异常情况示意图。
图3为现有技术的路测数据的delaunay三角剖分示意图。
图4为现有技术的密集点与远距离点导致的三角剖分局部放大特写示意图。
图5为现有技术的基于传播模型实现无线电电磁态势插值处理的方法的泰森多边形异常情况概览示意图。
图6为现有技术的基于传播模型实现无线电电磁态势插值处理的方法的其中单个的异常泰森多边形边交叉实例示意图。
图7为本发明的基于传播模型实现无线电电磁态势插值处理的方法的三点间拓扑关系补数据判定示意图。
图8为本发明的基于传播模型实现无线电电磁态势插值处理的方法的计算补齐数据点的坐标示意图。
图9为现有技术的传播模型的业务频段范围示意图。
图10为本发明的基于传播模型实现无线电电磁态势插值处理的方法的结合传播模型的态势插值计算流程示意图。
图11为本发明的基于传播模型实现无线电电磁态势插值处理的方法的实施例的改进后的泰森多边形示意图。
图12为本发明的基于传播模型实现无线电电磁态势插值处理的方法的实施例的改进后的频谱态势计算结果示意图。
图13为采用本发明的基于传播模型实现无线电电磁态势插值处理的方法的实施例的改进后的路测数据验证实例示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
请参阅图7至图13所示，本发明的该基于传播模型实现无线电电磁态势插值处理的方法，其中包括以下步骤：
(1)读入测量数据C，获取最近的两个相邻点A和B；
(2)计算ABC三个角的最大值；
(3)判断该角是否为钝角，如果是，则继续步骤(4)；否则，继续步骤(6)；
(4)计算虚拟采集点D的坐标和电平；
(5)将虚拟采集点D插入三角网格数据集；
(6)构造Delaunay三角网；
(7)判断是否还有测量数据，如果是，则继续步骤(1)；否则，继续步骤(8)；
(8)构造泰森多边形；
(9)计算栅格加权预测数据；
(10)绘制态势图。
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(1)的测量数据C包括经度、纬度和测量的电平值。
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(2)中计算ABC三个角的最大值，具体为：
根据以下公式计算ABC三个角的最大值：
其中，(Xa，Ya)、(Xb，Yb)、(Xc，Yc)分别为点A、B、C的坐标，a为。
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(4)中计算虚拟采集点D的坐标，具体为：
根据以下公式计算虚拟采集点D的坐标：
其中，(Xa，Ya)、(Xb，Yb)、(Xc，Yc)分别为点A、B、C的坐标。
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(4)中计算虚拟采集点D的电平，具体为：
根据以下公式计算虚拟采集点D的电平：
PD＝PAD+PBD+PCD；
其中，f(i)为传播模型应用的频段范围，p(f(i)，r，d)为传播模型在对应频段上的计算输出的频谱密度，d为发射源的功率，PAD为A点到D点间的频谱密度，PBD为B点到D点间的频谱密度，PCD为C点到D点间的频谱密度，r为两点间的距离。
本发明的该基于传播模型实现无线电电磁态势插值处理的装置，所述的装置包括：
处理器，被配置成执行计算机可执行指令；
存储器，存储一个或多个计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现上述的基于传播模型实现无线电电磁态势插值处理的方法的步骤。
本发明的该用于实现基于传播模型的无线电电磁态势插值处理的处理器，述的处理器被配置成执行计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现上述的基于传播模型实现无线电电磁态势插值处理的方法的步骤。
本发明的该计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述的计算机程序可被处理器执行以实现上述的基于传播模型实现无线电电磁态势插值处理的方法的各个步骤。
本发明的具体实施方式中，基于泰森多边形的栅格划分原理上要求数据点成均匀正态分布，才能使生成的绝大部分delaunay三角形成锐角或直角三角形，外接圆圆心落在三角形内或边上，这样生成出的泰森多边形才能避免边交叉，凹陷等异常情况。但由于前述路测采集数据分布的特点，导致形成的delaunay三角形多为钝角三角形，其外接圆圆心在三角形区域外，导致最后生成的泰森多边形出现异常，分别如图3至图5所示。
要解决这类数据特点导致的异常情况，就必须要解决由于道路间距过大导致的数据缺失问题。由于现场采集的各种限制，无法实际采集到缺失的数据，因此可以结合传播模型的运用来补齐缺失的数据。
本发明的建立模型的步骤如下：
根据应用要求和数据分布特点要解决在哪里补数据，以及数据取什么值的问题。
根据数据点拓扑关系判断是否需要补数据，原理如图7所示。
当几何相邻的三点间的连线夹角∠ABC为钝角时，其外接圆圆心o在三角形区域外。这种情况下需要补数据。
补齐数据的位置要满足delaunay三角剖分的要求，新补齐的点D与已有的A、B、C三点构成的delaunay三角形为锐角三角形，如图8所示。
ABD的外接圆(红色)不能覆盖C，而BCD的外接圆(蓝色)不能包含A，两个外接圆不能重合(即外接圆圆心的坐标不相等)。
由于ABCD组成了一个四边形，根据四边形内角和为360度的关系，设A、B、C、D四点的坐标分别为(Xa,Ya)、(Xb,Yb)、(Xc,Yc)、(Xd,Yd)，结合上述条件可以得到如下公式：
根据Delaunay三角空圆特性及最大化最小角特性，BD应为∠ABC的平分线，且剩余角应相等，即：
将上述等式代入并求解，可以得到：
其中：
对于此位置处的电磁信号幅度，可以根据输入的频率范围结合传播模型的业务频率类型关系选择对应的传播模型进行计算。若频率范围覆盖了多个传播模型，则可以根据各传播模型对应的频率范围与计算频率范围的占比来计算指定发射源d与接收半径r上的信号频谱密度。即：
其中f(i)为传播模型应用的频段范围，p(f(i),r,d)为传播模型在对应频段上的计算输出的频谱密度,d为发射源的功率。
常用的传播模型频段范围与业务及类型的匹配关系如图9所示。
则D点根据A，B，C三点的测量值的估计电平为：
PD＝PAD+PBD+PCD……(式13)
其中PAD为A点到D点间的利用(式12)计算的频谱密度，此时r为A、D间的距离，d为A上的测量值。同理有PBD、PCD。
本发明包括基于传播模型实现无线电电磁态势插值处理的方法，其中，系统接受计算参数，获取路测采集数据后进入如图10所示的处理流程。
测量数据C包含了经度、纬度和测量的电平值。
利用Quad-edge数据结构存储和处理测量数据间的相邻关系，请参见以下文献：
《Primitives for the Manipulation of General Subdivisons and theCompuation of Voronoi Diagrams》Leonidas Guibas and Jorge Stolf。
利用向量余弦公式计算出对应的角度
若最大角θ为钝角，则需要补齐虚拟采集点D，然后根据上节的式9-10-11计算D点的坐标。根据式12-13计算D点的电平。
本发明的具体实施例的应用实例如下：
结合传播模型添加虚拟采集点后重新计算得到的泰森多边形如图11所示，对应的频谱态势效果如图12所示，相应的路测数据验证实例示意图请参阅图13所示。
可以看到由于是沿采集线路结合传播模型进行虚拟采集点补齐，绘制出的态势基本上也是沿采集道路进行，能有效解决路测数据采集密度不均匀导致的态势绘制异常。
本实施例的具体实现方案可以参见上述实施例中的相关说明，此处不再赘述。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行装置执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，相应的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
采用了本发明的基于传播模型实现无线电电磁态势插值处理的方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质，掌握重点区域的电磁态势对频谱规划、电磁秩序维护具有重要意义，能有效解决路测数据采集密度不均匀导致的态势绘制异常，避免采集的数据受道路规划和路况条件的限制。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
Claims (6)
1.一种基于传播模型实现无线电电磁态势插值处理的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
(1)读入测量数据C，获取最近的两个相邻点A和B；
(2)计算ABC三个角的最大值；
(3)判断该角是否为钝角，如果是，则继续步骤(4)；否则，继续步骤(6)；
(4)计算虚拟采集点D的坐标和电平；
(5)将虚拟采集点D插入三角网格数据集；
(6)通过已有的A、B、C三点和虚拟采集点D构造Delaunay三角网；
(7)判断是否还有测量数据，如果是，则继续步骤(1)；否则，继续步骤(8)；
(8)构造泰森多边形；
(9)计算栅格加权预测数据；
(10)绘制态势图；
所述的步骤(4)中计算虚拟采集点D的坐标，具体为：
根据以下公式计算虚拟采集点D的坐标：
其中，(Xa，Ya)、(Xb，Yb)、(Xc，Yc)分别为点A、B、C的坐标；
所述的步骤(4)中计算虚拟采集点D的电平，具体为：
根据以下公式计算虚拟采集点D的电平：
PD＝PAD+PBD+PCD；
其中，f(i)为传播模型应用的频段范围，p(f(i)，r，d)为传播模型在对应频段上的计算输出的频谱密度，d为发射源的功率，PAD为A点到D点间的频谱密度，PBD为B点到D点间的频谱密度，PCD为C点到D点间的频谱密度，r为两点间的距离。
2.根据权利要求1所述的基于传播模型实现无线电电磁态势插值处理的方法，其特征在于，所述的步骤(1)的测量数据C包括经度、纬度和测量的电平值。
3.根据权利要求1所述的基于传播模型实现无线电电磁态势插值处理的方法，其特征在于，所述的步骤(2)中计算ABC三个角的最大值，具体为：
根据以下公式计算ABC三个角的最大值：
其中，(Xa，Ya)、(Xb，Yb)、(Xc，Yc)分别为点A、B、C的坐标。
4.一种基于传播模型实现无线电电磁态势插值处理的装置，其特征在于，所述的装置包括：
处理器，被配置成执行计算机可执行指令；
存储器，存储一个或多个计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现权利要求1至3中任一项所述的基于传播模型实现无线电电磁态势插值处理的方法的步骤。
5.一种用于实现基于传播模型的无线电电磁态势插值处理的处理器，其特征在于，所述的处理器被配置成执行计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现权利要求1至3中任一项所述的基于传播模型实现无线电电磁态势插值处理的方法的步骤。
6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述的计算机程序可被处理器执行以实现权利要求1至3中任一项所述的基于传播模型实现无线电电磁态势插值处理的方法的各个步骤。
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