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1、10申请公布号CN104125023A43申请公布日20141029CN104125023A21申请号201410321642122申请日20140708H04B17/0020060171申请人中国人民解放军海军大连舰艇学院地址116018辽宁省大连市中山区解放路667号72发明人张海勇徐池韩东李梁任重李利74专利代理机构大连理工大学专利中心21200代理人梅洪玉54发明名称基于空间局部估计的海上短波频率数据重构方法57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。
2、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。51INTCL权利要求书2页说明书3页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书3页10申请公布号CN104125023ACN104125023A1。
3、/2页21一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，XI,YI为收信点A的经、纬度坐标，XJ,YJ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020范围内时，SF25，纬度在2040范围内时，SF2，纬度在4090范围内时，SF15；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02、2。
4、4、46、2DMAX/212DMAX/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H为实验变异函数，NH是分隔距离为H时样本点的个数，ZXI,YI和ZXI1,YI1是样本点在空间位置XI,YI，XI1,YI1的短波通信频率值；由平均距离H和实验变异函数值H构成实验变异函数点对H，H；步骤五依据实验变异函数点对H，H，对指数模型变异函数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。
5、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其中XI,XJ为样本数据点XI,XJI,J1,2,N之间的变异函数值，XI,X0为样本点XII1,2,N与待重构点X0之间的变异函数值，II1,2,N为重构权重系数，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I和；权利要求书CN104125023A2/2页3步骤九建立待重构点在空间局部的频率值重构公式。
6、求出待重构点X0,Y0处的短波通信频率数据ZX0,Y0；其中，ZXI,YI为样本点在空间位置XI,YI的短波通信频率值。权利要求书CN104125023A1/3页4基于空间局部估计的海上短波频率数据重构方法技术领域0001本发明属于无线通信频率预测技术领域，涉及到一种基于空间局部估计的海上短波频率数据重构方法。背景技术0002短波通信是一种主要借助电离层反射天波实现远距离通信的通信方式，是海上舰船实现中远程通信的重要手段之一。频率的选用制约着短波通信的发展，实现短波通信频率的优选是发挥短波通信设备性能，提高短波通信效果的关键。0003目前，海上舰船在短波通信频率优选过程中，主要使用中、长期预测。
7、和实时探测两种手段和方法。中、长期预测方法依据电离层特性参量的时空变化和太阳活动性指数的历史数据，推断出最高可用频率等参数的中值。缺点是该方法预测的中值与实际通信过程中的最高可用频率值有较大偏差。频率实时探测方法是对短波频段进行扫描探测，实时处理收端信号的频率、误码率、信噪比等参数，按照信道质量给频率打分排队，获得可以实时利用的频率数据。缺点是需要发射无线电探测信号，容易造成电磁环境的恶化，影响通信效果；探测体制与通信体制不一致时，频率数据的参考价值不高。发明内容0004本发明要解决的技术问题是运用空间局部重构方法，以海上舰船实际通信频率数据为重构样本，实现利用已知海域频率数据重构未知海域数据。
8、的目的，为海上短波通信频率选择提供一种可操作性强的新方法。0005本发明的技术方案是0006一种基于空间局部估计的海上短波频率数据重构方法，首先以频管设备采集的海上短波通信频率数据为样本，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0007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。0008根据分离距离区间将样本点对分类，计算不同分离距离区间内样本点对的平均距离，计算落在每段分离距离内的样本点。
9、对的实验变异函数值，由各平均距离和实验变异函数值组成实验变异函数点对。0009利用得到的实验变异函数点对，对指数模型变异函数进行最小二乘法拟合，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，拟合出理论指数变异函数参数，得到理论指数变异函数。0010选取参与短波频率数据重构的样本点，计算样本点间及各样本点与待重构点之间的电离层距离及变异函数值。0011列出并求解空间局部估计方程组，求出各样本点参与数据重构的权重系数。说明书CN104125023A2/3页50012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。0013本发明充分考虑了短波频率数据的。
10、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。具体实施方式0014以下结合技术方案详细叙述本发明的具体实施例。0015步骤一利用短波频谱管理设备采集重构区域的样本数据，检查样本数据质量，要求样本数据要素完整，必须包含的数据要素有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。0016步骤二运用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，XI,YI为收信点A的经、纬度坐标，XJ,YJ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。
11、度在020范围内时，SF25，纬度在2040范围内时，SF2，纬度在4090范围内时，SF15。0017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02、24、46、2DMAX/212DMAX/2，按照分离距离区间将N个样本点对分类。0018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，运用计算样本点对实验变异函数值，其中H为实验变异函数，NH是分隔距离为H时样点对的个数，ZXI,YI和ZXI1,YI1是样本点在空间位置XI,YI，XI1,YI1的短波通信频率值。由平均距离H和实验变异函数值H构成实验变异函数点对H，H。0019步骤五依据实验变异函数点。
12、对H，H，对指数模型变异函数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。0020步骤六选取参与短波频率数据重构的样本点N，计算样本点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相应样本点对间及待重构点与各样本点间的变异函数值。0021步骤七由样本点对间及待重构点与各样本点间的变异函数值构成空间局部估说明书CN104125023A3/3页6计矩阵表达式其中XI,XJ为样本点对XI,XJI,J1,2,N之间的变异函数值，XI,X0为样本点XII1,2,N与待重构点X0之间的变异函数值，II1,2,N为重构权重系数，为拉格朗日乘子。0022步骤八求解各样本点参与数据重构的权重系数I和。0023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ZX0,Y0。其中，ZXI,YI为样本点在空间位置XI,YI的短波通信频率值。说明书CN104125023A。