基于空间局部估计的海上短波频率数据重构方法

摘要

本发明涉及一种基于空间局部估计的海上短波频率数据重构方法，属于无线通信频率预测技术领域。其特征是利用短波频谱管理设备采集的样本数据，计算各分离距离内样本点对的平均距离和实验变异函数值。利用实验变异函数点对数据对指数模型变异函数进行拟合，得到理论指数变异函数参数。根据短波频率数据重构区域样本点求解空间局部估计方程组，获得各样本点参与数据重构的权重系数。建立待重构点在空间局部的频率值重构公式，求出待重构点的短波通信频率数据。本发明充分考虑了短波频率数据的空间相关性，根据舰船实际使用的数据进行频率数据重构，数据重构精度较准确，能够有效缩短自适应短波通信设备的选频时间，提高海上短波中远程通信的效果。

主权项

一种基于空间局部估计的海上短波频率数据重构方法，其特征在于如下步骤：步骤一：利用短波频谱管理设备采集重构区域的要素完整的样本数据，要素完整的样本数据包含：通信收发两端的地理位置信息、通信时间信息、频率数据信息；步骤二：运用$h(A,B)=\sqrt{{(x_i-x_j)}^2+[\mathrm{SF}·(y_i-y_j){]}^2}$计算步骤一获得的样本数据之间点对点的电离层距离，个数为N个；其中，(x_i,y_i)为收信点A的经、纬度坐标，(x_j,y_j)为收信点B点的经、纬度坐标，SF为尺度因子，根据重构区域的不同纬度范围选取尺度因子值，纬度在[0°～20°)范围内时，SF＝2.5，纬度在[20°～40°)范围内时，SF＝2，纬度在[40°～90°)范围内时，SF＝1.5；步骤三：确定步骤二中N个电离层距离的最大值dmax，将分离距离区间h确定为0～2、2～4、4～6、…、2×([dmax/2]‑1)～2×[dmax/2]；按照分离距离区间将N个样本点的电离层距离分类；步骤四：计算各分离距离区间h内样本点的电离层距离的平均距离h'，运用计算样本数据的实验变异函数值，其中γ^*(h')为实验变异函数，N(h)是分隔距离为h时样本点的个数，Z(x_i,y_i)和Z(x_i+1,y_i+1)是样本点在空间位置(x_i,y_i)，(x_i+1,y_i+1)的短波通信频率值；由平均距离h'和实验变异函数值γ^*(h')构成实验变异函数点对(h'，γ^*(h'))；步骤五：依据实验变异函数点对(h'，γ^*(h'))，对指数模型变异函数$\gamma \left(h^{\prime }\right)=\left\{\begin{array}{cc}0,& h^{\prime }=0\\ C_0+C(1-e^{-\frac{h^{\prime }}{a}}),& h^{\prime }>0\end{array}\right.$进行最小二乘法拟合，拟合过程中首先将曲线模型转换成线性模型，再利用最小二乘法原理对模型参数进行估计，拟合出变异函数及曲线；删除严重偏离拟合曲线的特异值点，利用新的实验变异函数点对进行再次拟合，得到理论指数变异函数；步骤六：选取参与短波频率数据重构的样本点n，计算样本数据点对点之间及各样本点与待重构点之间的电离层距离，根据电离层距离计算样本数据点对点间及待重构点与各样本点间的变异函数值；步骤七：由步骤六中获得的变异函数值构成空间局部估计矩阵表达式：$\left[\begin{array}{ccccc}\gamma (x_1,x_1)& \gamma (x_1,x_2)& ...& \gamma (x_1,x_n)& 1\\ \gamma (x_2,x_1)& \gamma (x_2,x_2)& ...& \gamma (x_2,x_n)& 1\\ ...& ...& ...& ...& 1\\ \gamma (x_n,x_1)& \gamma (x_n,x_2)& ...& \gamma (x_n,x_n)& 1\\ 1& 1& ...& 1& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\lambda }_1\\ {\lambda }_2\\ .\\ .\\ .\\ {\lambda }_n\\ \mu \end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\gamma (x_1,x_0)\\ \gamma (x_2,x_0)\\ .\\ .\\ .\\ \gamma (x_n,x_0)\\ 1\end{array}\right],$其中γ(x_i,x_j)为样本数据点(x_i,x_j)(i,j＝1,2,...,n)之间的变异函数值，γ(x_i,x₀)为样本点x_i(i＝1,2,...,n)与待重构点x₀之间的变异函数值，λ_i(i＝1,2,...,n)为重构权重系数，μ为拉格朗日乘子；步骤八：求解各样本点参与数据重构的权重系数λ_i和μ；步骤九：建立待重构点在空间局部的频率值重构公式：求出待重构点(x₀,y₀)处的短波通信频率数据Z^*(x₀,y₀)；其中，Z(x_i,y_i)为样本点在空间位置(x_i,y_i)的短波通信频率值。