本申請涉及無線通信領域，特別是涉及一種無人機群頻譜態(tài)勢地圖構建方法、裝置、設備、介質及產(chǎn)品。

背景技術：

1、隨著無線通信行業(yè)快速發(fā)展，為通信用戶提供高質量且多元的無線數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務使得社會生產(chǎn)與生活更加安全、便捷。但隨著用頻設備增加，通信阻塞概率激增，如何在頻譜資源緊張的無線電環(huán)境中合理分配頻譜資源、實現(xiàn)頻譜共享，以保障各用頻單元數(shù)據(jù)、控制信號傳輸獲得安全可靠的無線通信傳輸鏈路成為急需解決的問題。常見實現(xiàn)頻譜共享的方法包括：動態(tài)頻譜接入、功率控制、任務路徑優(yōu)化等，而這些方法都需要借助頻譜檢測或頻譜數(shù)據(jù)庫獲取設備所在區(qū)域的頻譜態(tài)勢信息。

2、區(qū)域頻譜態(tài)勢直接反映環(huán)境中信號的時域特性、場強大小、脈沖密度整體復雜性等特征，獲取任務區(qū)域全局電磁頻譜態(tài)勢，如圖1所示，可通過廣泛、合理部署電磁頻譜監(jiān)測設備或具有頻譜感知能力的通信單元，以獲取構建全局頻譜態(tài)勢所需功率譜密度等參數(shù)信息。

3、將高精度頻譜態(tài)勢地圖作為頻譜管控的信息支撐，能夠有效保障用頻方案的制定及用頻設備調(diào)度。但在實際運用場景，由于存在頻譜監(jiān)測設備數(shù)量有限且快速部署困難等問題，得到完整的頻譜態(tài)勢地圖需要花費大量時間，若區(qū)域內(nèi)存在動態(tài)信號源，準確度也將大打折扣，想要快速構建能滿足頻譜管控需求的頻譜態(tài)勢地圖仍存在較大困難。由于無人機具有高動態(tài)性，且造價低廉。能夠在較短時間內(nèi)抵達目標位置并與控制節(jié)點建立通信連接，可使用頻譜監(jiān)測無人機群對任務區(qū)域多個點空間位置頻譜狀態(tài)信息進行采樣。

4、使用頻譜監(jiān)測無人機群獲得頻譜數(shù)據(jù)并構建區(qū)域頻譜態(tài)勢地圖主要難點在于，如何結合可知位置的實測功率譜密度數(shù)據(jù)，利用無線傳輸在空間域、頻譜、時域的相關性，預測未探測位置的功率譜密度。在過去的研究中，常用包括二維頻譜地圖的插值法、張量補全、基展開算法等構建空間頻譜地圖。利用局部已知的頻譜信息估測殘缺位置的方法研究主要包括：反距離加權插值法(inverse?distance?weight，idw)和kriging插值法。這些算法通過插值位置與發(fā)射機之間距離，以及可探測位置的功率譜密度數(shù)值對未探測位置的影響來估計殘缺位置的功率譜密度。這種估計只考慮了數(shù)值上的關系，與電磁場在空間中傳播的物理特性無關，因此很難確定估計結果的合理性。通過基展開算法來估計殘缺位置的功率譜密度，直接使用近似無線電傳播函數(shù)作為無線電環(huán)境的先驗信息，并利用頻譜與空間的稀疏性來建立基擴展模型，該方法只在特定任務環(huán)境中有效。在模型復雜多變的無線電環(huán)境以及無人機獲取頻譜狀態(tài)數(shù)據(jù)時，感知無人機數(shù)量、位置隨機多變情況下，估計結果可能與真實情況存在較大偏差。

5、生成對抗網(wǎng)絡算法(generatingadversarialnetworks，gans)能夠使用真實數(shù)據(jù)訓練生成器(g)與判別器(d)，并在兩者的對抗中調(diào)整神經(jīng)網(wǎng)絡參數(shù)，實現(xiàn)對復雜函數(shù)的無限擬合，能在大量預先獲得的真實數(shù)據(jù)中挖掘隱含的無線電傳播特征。例如，就考慮了感知無線電應用場景中，使用次用戶感知頻譜狀態(tài)，并將殘缺頻譜地圖轉化為rgb圖通過提出的圖估計gan(map?estimation?gan,megan)得到補全的頻譜地圖，該方法相較相比插值法具有更好的補全效果。但在數(shù)據(jù)殘缺度較高時預測得到的頻譜地圖部分位置模糊，且在無線電傳播細節(jié)上的表現(xiàn)仍具有改進空間。再例如，利用認知無線電中次級用戶獲取的信號功率譜密度等無線電參數(shù)分布情況，使用一種具備u形結構的三維條件生成對抗網(wǎng)絡(three-dimensional?u-shaped?conditional?generation?adversarial?network,3d-ucgan)構建三維頻譜態(tài)勢，但該方法需要較多頻譜監(jiān)測單元對三維空間功率譜密度采樣，在無人機群中難以部署如此龐大數(shù)量的子無人機達到所需的采樣率。

6、如何使用離散的頻譜態(tài)勢數(shù)據(jù)對任務區(qū)域內(nèi)所有未獲得頻譜狀態(tài)信息的位置進行預測補全，以此構建與實際頻譜狀態(tài)相近的任務區(qū)域頻譜態(tài)勢地圖，成為一個亟待解決的技術問題。

技術實現(xiàn)思路

1、本申請的目的是提供一種無人機群頻譜態(tài)勢地圖構建方法、裝置、設備、介質及產(chǎn)品，可實現(xiàn)利用無人機感知的局部功率譜信息準確預測任務區(qū)域完整的頻譜態(tài)勢，為精準電磁頻譜管控提供可靠的信息支撐。

2、為實現(xiàn)上述目的，本申請?zhí)峁┝巳缦路桨福?/p>

3、第一方面，本申請?zhí)峁┝艘环N無人機群頻譜態(tài)勢地圖構建方法，所述無人機群頻譜態(tài)勢地圖構建方法包括：

4、構建堆疊生成對抗網(wǎng)絡模型；

5、構建訓練集；所述訓練集包括多個訓練樣本，所述訓練樣本中的輸入為對完整頻譜態(tài)勢地圖按照預設采樣率進行掩蓋獲得的殘缺頻譜態(tài)勢地圖，所述訓練樣本中的標簽為所述完整頻譜態(tài)勢地圖；

6、基于所述訓練集對所述堆疊生成對抗網(wǎng)絡模型進行訓練，獲得訓練好的堆疊生成對抗網(wǎng)絡模型；

7、基于訓練好的堆疊生成對抗網(wǎng)絡模型對無人機群獲取的局部頻譜態(tài)勢地圖進行補全。

8、第二方面，本申請?zhí)峁┝艘环N無人機群頻譜態(tài)勢地圖構建裝置，該無人機群頻譜態(tài)勢地圖構建裝置應用上述的無人機群頻譜態(tài)勢地圖構建方法，所述無人機群頻譜態(tài)勢地圖構建裝置包括：

9、模型構建模塊，用于構建堆疊生成對抗網(wǎng)絡模型；

10、訓練集構建模塊，用于構建訓練集；所述訓練集包括多個訓練樣本，所述訓練樣本中的輸入為對完整頻譜態(tài)勢地圖按照預設采樣率進行掩蓋獲得的殘缺頻譜態(tài)勢地圖，所述訓練樣本中的標簽為所述完整頻譜態(tài)勢地圖；

11、模型訓練模塊，用于基于所述訓練集對所述堆疊生成對抗網(wǎng)絡模型進行訓練，獲得訓練好的堆疊生成對抗網(wǎng)絡模型；

12、補全模塊，用于基于訓練好的堆疊生成對抗網(wǎng)絡模型對無人機群獲取的局部頻譜態(tài)勢地圖進行補全。

13、第三方面，本申請?zhí)峁┝艘环N計算機設備，包括：存儲器、處理器以及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序以實現(xiàn)上述的無人機群頻譜態(tài)勢地圖構建方法。

14、第四方面，本申請?zhí)峁┝艘环N計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，該計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)上述的無人機群頻譜態(tài)勢地圖構建方法。

15、第五方面，本申請?zhí)峁┝艘环N計算機程序產(chǎn)品，包括計算機程序，該計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)上述的無人機群頻譜態(tài)勢地圖構建方法。

16、根據(jù)本申請?zhí)峁┑木唧w實施例，本申請公開了以下技術效果：

17、本申請?zhí)峁┝艘环N無人機群頻譜態(tài)勢地圖構建方法、裝置、設備、介質及產(chǎn)品。本申請將堆疊生成對抗網(wǎng)絡運用到頻譜監(jiān)測無人機群獲取的殘缺頻譜態(tài)勢圖補全問題中，能夠提取殘缺頻譜地圖中包含的少量態(tài)勢信息，構建與真實頻譜態(tài)勢分布相近的完整頻譜態(tài)勢地圖，在缺乏任務區(qū)域電波傳播模型等先驗信息條件下實現(xiàn)未知位置的功率譜密度的準確預測，為精準電磁頻譜管控提供可靠的信息支撐。

技術特征：

1.一種無人機群頻譜態(tài)勢地圖構建方法，其特征在于，所述無人機群頻譜態(tài)勢地圖構建方法包括：

2.根據(jù)權利要求1所述的無人機群頻譜態(tài)勢地圖構建方法，其特征在于，所述堆疊生成對抗網(wǎng)絡模型包括：第一層的生成對抗網(wǎng)絡和第二層的條件生成對抗網(wǎng)絡；

3.根據(jù)權利要求2所述的無人機群頻譜態(tài)勢地圖構建方法，其特征在于，所述生成器包括三個卷積層和三個轉置卷積層，所述判別器包括三個卷積層和三個全連接層。

4.根據(jù)權利要求2所述的無人機群頻譜態(tài)勢地圖構建方法，其特征在于，基于所述訓練集對所述堆疊生成對抗網(wǎng)絡模型進行訓練，獲得訓練好的堆疊生成對抗網(wǎng)絡模型，具體包括：

5.根據(jù)權利要求4所述的無人機群頻譜態(tài)勢地圖構建方法，其特征在于，生成對抗網(wǎng)絡目標函數(shù)為：

6.一種無人機群頻譜態(tài)勢地圖構建裝置，其特征在于，所述無人機群頻譜態(tài)勢地圖構建裝置應用權利要求1-5任一項所述的無人機群頻譜態(tài)勢地圖構建方法，所述無人機群頻譜態(tài)勢地圖構建裝置包括：

7.一種計算機設備，包括：存儲器、處理器以及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序以實現(xiàn)權利要求1-5中任一項所述的無人機群頻譜態(tài)勢地圖構建方法。

8.一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，其特征在于，該計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)權利要求1-5中任一項所述的無人機群頻譜態(tài)勢地圖構建方法。

9.一種計算機程序產(chǎn)品，包括計算機程序，其特征在于，該計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)權利要求1-5中任一項所述的無人機群頻譜態(tài)勢地圖構建方法。

技術總結
本申請公開了一種無人機群頻譜態(tài)勢地圖構建方法、裝置、設備、介質及產(chǎn)品，涉及無線通信領域。該無人機群頻譜態(tài)勢地圖構建方法包括：構建堆疊生成對抗網(wǎng)絡模型；構建訓練集；基于所述訓練集對所述堆疊生成對抗網(wǎng)絡模型進行訓練，獲得訓練好的堆疊生成對抗網(wǎng)絡模型；基于訓練好的堆疊生成對抗網(wǎng)絡模型對無人機群獲取的局部頻譜態(tài)勢地圖進行補全。本申請實現(xiàn)了利用無人機感知的局部功率譜信息準確預測任務區(qū)域完整的頻譜態(tài)勢，為精準電磁頻譜管控提供可靠的信息支撐。

技術研發(fā)人員：杜奕航,陳逸飛,陳勇,張余,陳泳,錢鵬智,何攀峰
受保護的技術使用者：中國人民解放軍國防科技大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/23