[发明专利]一种无线电信号数据的可视化方法

摘要

本发明提供了一种无线电信号数据的可视化方法，步骤1：获取从频谱数据和原始电平采样数据中提取的无线电信号数据；步骤2：绘制频率‐带宽散点图；步骤3：使用聚类算法对无线电信号数据进行聚类；步骤4：划分时间片；步骤5：对每个聚类计算每个时间片的平均中心频率、平均带宽、平均信噪比和平均信号强度；步骤:6：绘制信号流图。利用信号流图有效编码无线电信号的多种特征，将时频上较离散的信号数据的多种重要特征平滑地展示出来，更好的展现无线电信号的多特征时变模式，加快分析人员对无线电信号时变模式的宏观感知效率。

主权项

1.一种无线电信号数据的可视化方法，其特征在于，包括以下几个步骤：步骤1：获取无线电信号数据：无线电信号数据包括在一个时间段[t_start,t_end]中检测频段内检测到的所有n个无线电信号{S₁,S₂,…S_i,…,S_n}，每个无线电信号包含的特征有中心频率、带宽、信噪比、信号强度和时间戳，时间戳表示该信号被检测到的时间点，标记信号S_i(1≤i≤n)的中心频率、带宽、信噪比、信号强度和时间戳分别为步骤2：根据步骤1所获得的无线电信号数据绘制频率‐带宽散点图：散点图中X轴表示频率，Y轴表示带宽绘制散点图，频率范围为无线电信号被采集的频率区间，带宽范围为0到步骤1获得所有无线电信号中的带宽的最大值；根据每一个信号的中心频率和带宽值找到其在频率‐带宽散点图中的位置，绘制所有信号点；记录每个无线电信号Si在频率‐带宽散点图中的坐标Si(xi,yi)(1≤i≤n)；根据信号强度颜色编码，填充信号点；信号强度颜色编码是指将信号强度值由小到大编码为渐变的RGB色度条；步骤3：使用DBScan聚类算法对步骤1所获得的无线电信号数据进行聚类，得到k个聚类{C1,C2,C3,…,Ck}，M个噪声点；具体步骤如下：步骤3.1：设置DBScan聚类算法所需的两个参数：半径eps和邻域内最少点的数量minpts；标记所有点的初始状态为未被访问；步骤3.2：计算步骤2频率‐带宽散点图的欧氏距离：作为DBScan聚类算法中两个信号S_i,S_j(1≤i,j≤n,i≠j)之间的距离；DBScan算法的具体方法：任选一个未被访问的点开始，找出与其距离在eps之内的所有附近点；如果附近点的数量≥minpts，则当前点与其附近点形成一个簇，并且出发点被标记为已访问；然后递归，以相同的方法处理该簇内所有未被标记为已访问的点，从而对簇进行扩展；如果附近点的数量i(1≤i≤k)，将该聚类中的所有信号按照其时间戳划分到相应的时间片中，每个聚类C_i(1≤i≤k)得到一个时间片划分序列Cst_i＝{st_i1,st_i2,…,st_ij,…,st_ip}(1≤i≤k)，其中st_ij(1≤j≤p)(1≤i≤k)表示聚类C_i(1≤i≤k)中划分到时间片t_j(1≤j≤p)内的信号的集合，当该集合内的信号个数为0时，否则将st_ij记为集合{S_q,…,S_q+r}，该集合内信号个数为r+1,0≤r≤n‑1，该集合内的所有信号的时间戳在时间片t_j(1≤j≤p)内，其中S_q和S_q+r分别表示该集合内的所有信号点按时间戳排序后时间戳最小和最大的信号，q和q+r分别为信号S_q和S_q+r在信号集合{S₁,S₂,…S_i,…,S_n}中的序号；步骤5：根据步骤4中得到的每个聚类C_i(1≤i≤k)的时间片划分序列Cst_i＝{st_i1,st_i2,…,st_ip}(1≤i≤k)，计算st_ij内的所有信号的平均中心频率、平均带宽、平均信噪比和平均信号强度，若则不进行计算；步骤6：根据步骤3所获得的聚类结果以及步骤5的计算结果绘制信号流图，具体包括以下步骤：步骤6.1)：绘制信号流图坐标系，其中X轴表示频率，Y轴表示时间，频率范围为无线电信号数据被采集的频率区间，时间范围为无线电信号数据被采集的时间段；每个聚类被绘制成一条信号流；步骤6.2)：对聚类Ci(1≤i≤k)，根据stij内信号的平均中心频率的值mFreqij，在信号流图坐标系中对应的频率和时间片tj起始位置绘制点A，根据划分到时间片tj+1内信号的平均中心频率mFreqi(j+1)，在信号流图坐标系中对应的频率和时间片tj+1起始位置即时间片tj的终止位置绘制点B，连接点A和点B，绘制一条线段AB，以确定该聚类所对应的信号流在时间片tj的中心位置；若时间片t_j没有与之连续的后继时间片t_j+1或则时间片t_j对应的信号流不绘制；步骤6.3)：根据该聚类划分到时间片tj内信号的平均带宽确定信号流的宽度，并绘制信号流的左边界和右边界，左边界和右边界关于线段AB对称；步骤6.4)：根据该聚类划分到时间片tj内信号的平均信号强度的值及信号强度颜色编码，填充左边界到线段AB之间的区域；步骤6.5)：根据该聚类划分到时间片tj内信号的平均信噪比以及信噪比颜色编码，填充线段AB到右边界区域；信噪比颜色编码是指将信噪比值由小到大编码为渐变的渐变灰度值；步骤6.6)：重复上述步骤6.2)到步骤6.5)，依次绘制Ci(1≤i≤k)所有的时间片，及所有的聚类。