[发明专利]一种基于图神经网络的频谱地图构建方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于图神经网络的频谱地图构建方法及系统，属于电磁频谱地图构建领域。所述方法包括：获取待构建区域内的频谱数据，所述频谱数据包括信号强度和地理位置；将待构建区域按照既定的地图分辨率进行离散化，将建筑物信息、采集的信号强度点按照给定格点间隔进行栅格化，并转为矩阵形式；将待构建区域进行分块，按照建筑物信息提取节点之间的相互联通关系，得到联通矩阵；将所述频谱数据以及联通矩阵输入训练好的图神经网络模型中，输出待构建区域完整的频谱地图。所述系统基于所提供的方法构建频谱地图。利用本发明，可以在预先获得区域地形图条件下，利用稀疏观测较高精度的构建频谱地图。

技术领域

本发明涉及电磁频谱地图构建领域，具体涉及一种基于图神经网络的频谱地图构建方法及系统。

背景技术

频谱地图是对真实电磁环境的抽象和概括，是以图像或数字方式为主进行存储和传递的电磁空间信息。频谱地图可以从地理位置、频率、时间、能量等多维度刻画频谱数据，可以对多维电磁频谱空间数据进行整合和呈现。电磁频谱地图是电磁频谱管控、电磁频谱作战管理和电磁污染防治等应用的基础，是提供电磁频谱领域“查询”、“导航”、“用频协同”等功能的重要保障。

在现实应用中，构建精确的频谱地图通常依赖于大量传感器的布设。但是在现实应用中，传感器的部署和数量都是受限的。如何在稀疏的观测条件下，达到构建精确频谱地图的方法是一重要难点。

发明内容

技术问题：本发明旨在提供一种能够预先获得区域地形图条件下，利用稀疏的观测条件，精确的构建频谱地图的于图神经网络的频谱地图构建方法以及相应的系统。

技术方案：为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种基于图神经网络的频谱地图构建方法，包括：

获取待构建区域内的频谱数据，所述频谱数据包括信号强度和地理位置；

将待构建区域按照既定的地图分辨率进行离散化，将建筑物信息、采集的信号强度点按照给定格点间隔进行栅格化，并转为矩阵形式；

将待构建区域进行分块，按照建筑物信息提取节点之间的相互联通关系，得到联通矩阵；

将所述频谱数据以及联通矩阵输入训练好的图神经网络模型中，输出待构建区域完整的频谱地图。

进一步地，所述将待构建区域按照既定的地图分辨率进行离散化，将建筑物信息、采集的信号强度点按照给定格点间隔进行栅格化，并转为矩阵形式包括：

按照区域的最小分辨率，将距离最近的采集位置的点映射到离散化的矩阵方格中；将建筑物信息也按照相同的规则映射到离散化的矩阵方格中，将待构建区域整体转化为矩阵形式。

进一步地，所述将待构建区域按照既定的地图分辨率进行离散化，将建筑物信息、采集的信号强度点按照给定格点间隔进行栅格化，并转为矩阵形式包括：

将建筑物坐标点进行栅格离散化，将建筑物所处位置距离地图矩阵τ中的单元格点欧式距离最近点记为建筑物坐标位置，将其取值记为NaN值；

将频谱采集设备沿路径的信号强度值位置距离地图矩阵τ中的单元格点欧式距离最近点记为频谱地图采集点位置，将其取值记为该点信号强度值；

根据信号强度波动范围对信号强度值进行离差标准化处理，将信号强度范围转化为(0,1)区间内。

进一步地，建筑物信息提取节点之间的相互联通关系判断方法包括：

根据判断两个信号强度值点之间的连线上是否存在建筑物点，判断其联通关系；若在两点的连线上存在建筑物点遮挡，则判断两点之间为非通视关系，不将其记录进边节点；若两点之间不存在建筑物点，则判断两点之间为通视关系，记录其为联通。

进一步地，所述将待构建区域进行分块，按照建筑物信息提取节点之间的相互联通关系，得到联通矩阵包括：