[发明专利]一种基于有限元的电磁环境认知方法

说明书

本发明涉及一种基于有限元的电磁环境认知方法，包括：1)构建有限元三维网格模型；2)建立压缩感知模型，同时利用观测信息对建立的有限元三维网格模型进行参数求解；3)通过人机融合方式将不同类型电磁感知设备多次获取的观测信息进行融合，对有限元三维网格模型中出现的时空空洞进行预测、补全，得到完整的有限元三维网格模型及参数；4)基于完整的有限元三维网格模型及参数进行相关参数获取，并基于参数获取以及真实数据，建立有限元三维网格模型与数据双向驱动的处理机制，得到最优有限元三维网格模型；5)基于得到的最优有限元三维网格模型，对布设传感器的位置、数量或采集次数进行优化。本发明可以广泛应用于电磁环境认知领域。

技术领域

本发明涉及电磁认知技术领域，特别是关于一种基于有限元的电磁环境认知方法。

背景技术

随着无线通信技术迅猛发展和生产、生活水平的不断提高，各类无线通信设备的应用已经深入到关乎国计民生的各行各业。电磁作为无线通信的传输媒介，通过对其在航空运量、流量，航海航线、动向，环境监测、智能家居、城市智能交通、仓库管理、机场安全监控等众多领域电磁环境认知，可有效的反映全球化背景下的人类活动特征。

麦克斯韦方程作为经典的电磁场理论，是用数学方法对电磁场的严格描述，但是其对边界条件要求严格，否则会极大影响分析的准确性。而电磁信息往往既要求高分辨率，又要求大范围覆盖，采用经典的电磁场理论，对于网络化目标，以及大尺度范围的态势描述无法适用。

另外，对电磁域的掌控和利用，传统思路更加关注电磁信号个体，包括参数、位置、信息内容等，同时由于传感器布设等因素，获取的是时、空、频离散的、碎片化的数据，因而对个体目标之间不同维度上的关联，存在明显的欠缺。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于有限元的电磁环境认知方法，解决了电磁信息感知的时空离散性与观测目标时空连续应用需求之间的矛盾问题，实现了时、空、频盲点推演，以及电磁信息的高精度表征。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于有限元的电磁环境认知方法，其包括以下步骤：

1)将不同类型电磁感知设备能够探测到的空间化整为零，分解为若干有限元三维网格，构建有限元三维网格模型；

2)利用辐射源分布相对于有限元三维网格的稀疏性以及由电磁波传播方式决定的有限元之间的关联性，建立压缩感知模型，同时利用观测信息对步骤1)中建立的有限元三维网格模型进行参数求解；

3)通过人机融合方式将不同类型电磁感知设备多次获取的观测信息进行融合，对步骤2)中得到的有限元三维网格模型中出现的时空空洞进行预测、补全，得到完整的有限元三维网格模型及参数；

4)基于步骤3)得到的完整的有限元三维网格模型及参数进行相关参数获取，并基于参数获取结果以及真实数据，建立有限元三维网格模型与数据双向驱动的处理机制，最终得到最优有限元三维网格模型；

5)基于得到的最优有限元三维网格模型，建立高维数据集，以背景模板的形式存贮、表征、描述、展现，用于传感器布设位置、数量或采集次数的优化。

进一步地，所述步骤1)中，构建的有限元三维网格模型中，每个有限元三维网格内，采用电磁场强度、传播方向、极化特性描述，而有限元三维网格之间，则采用电磁波的传播特性进行描述，包括频段、地形、传播路径以及辐射源和传感器天线特性参数。

进一步地，所述步骤2)中，建立的压缩感知模型描述为：

y＝Ax+w

其中，y为M×1的观测信号，M为观测次数；A为M×N测量矩阵，N为三维网格数量，也即未知数个数，且满足M＜＜N；x为N×1的稀疏信号，且x内的非零元素数量为k，也即信号源数量为k，稀疏度D＝k/N，且满足k＜＜N；w为M×1的观测噪声信号。