基于权重动态分配张量环补全的频谱地图构建方法

本发明涉及电磁频谱管控，更具体地说，涉及一种基于权重动态分配张量环补全的频谱地图构建方法、一种非临时性计算机可读存储介质和一种计算机设备。

背景技术：

1、随着5g技术的成熟，各类用频设备投入使用，民用领域和军用领域的用频矛盾日益凸显，迫切需要对频谱资源进行可视化展示。通过频谱地图可以获得详细的电磁频谱资源分布和使用情况，为其分配和管理提供决策支持，从而提高频谱资源利用率。因此，频谱地图构建已成为该领域研究者关注重点。

2、然而，相关技术中，在进行频谱地图构建时，直接根据监测传感器采集到的多频点频谱数据进行频谱地图的构建，然而监测传感器布设数量是有限的，以及空间位置部署的局限性，无法大量采集多个频率的频谱数据，采集的目标频率频谱数据稀疏，从而会导致频谱数据缺失，进而导致构建的频谱地图的精度低，且不考虑实际的场景，在开阔平坦地区和含有较多遮挡物的场景采用一种算法，从而导致算法鲁棒性差。

技术实现思路

1、1.发明要解决的技术问题

2、本发明的目的在于克服现有技术中在不同场景且目标频率频谱数据稀疏的情况下，构建频谱地图的精度低、鲁棒性差。

3、2.技术方案

4、为达到上述目的，第一方面，本发明提供的技术方案为：一种基于权重动态分配张量环补全的频谱地图构建方法，包括以下步骤：将多频点频谱数据建模为目标频谱张量，所述目标频谱张量为三维频谱张量；对目标频谱张量数据进行张量环分解，以提取低秩tr(tensor ring，张量环)因子，根据所述tr因子生成频谱地图生成模型；针对路径损耗场景和阴影衰落场景建立不同的补全算法，以补全所述频谱地图生成模型缺失的频谱数据，其中，路径损耗场景采用交替最小二乘张量环补全算法，阴影衰落场景采用张量环加权优化算法；将交替最小二乘张量环补全算法和张量环加权优化算法的补全结果进行加权融合，构建最终的频谱地图。

5、作为本发明进一步的改进，具体根据以下公式将多频点频谱数据建模为目标频谱张量：其中，为目标频谱张量数据，为缺失频谱张量数据，ω为采集到的频谱数据集合，pω(·)表示在ω下的映射，x(n)为目标频谱张量数据按标准模n展开的切片矩阵，||·||*为矩阵核范数，表示矩阵中全部奇异值之和。

6、作为本发明更进一步的改进，具体根据以下公式对目标频谱张量数据进行张量环分解：其中，trace{·}是矩阵迹运算，n为正整数，当n＝1,…,n时，tr因子用表示，表示第n个tr因子的第in个模2切片矩阵。

7、作为本发明进一步的改进，具体根据以下公式生成频谱地图生成模型：其中，‖·‖f表示张量的frobenius范数，表示tr因子集合，表示由生成的近似频谱张量数据，为缺失频谱张量数据，ω为采集到的频谱数据集合，pω(·)表示在ω下的映射。

8、作为本发明进一步的改进，所述交替最小二乘张量环补全算法具体包括：循环顺序交替更新其中一个tr因子，其他tr因子保持不变，当重构误差满足预设的阈值或者达到设置的最大迭代次数时表示每个tr因子的更新完成，最终补全出缺失的频谱数据。

9、作为本发明进一步的改进，所述张量环加权优化算法具体包括：利用梯度下降算法找到不完整频谱张量数据对应的tr因子，再利用所述对应的tr因子补全频谱数据的缺失项。

10、作为本发明进一步的改进，具体根据以下公式进行加权融合：其中，为加权融合的结果，为交替最小二乘张量环补全算法的补全结果，为张量环加权优化算法的补全结果，η为权重值。

11、作为本发明进一步的改进，根据以下公式获取所述权重值η：其中，δha表示经过交替最小二乘张量环补全算法补全后的频谱张量数据与原始频谱张量数据的均方根误差，δhw表示经过张量环加权优化算法补全后的频谱张量数据与原始频谱张量数据的均方根误差。

12、为达到上述目的，第二方面，本发明提供的技术方案为：一种基于权重动态分配张量环补全的频谱地图构建装置，包括：建模模块，所述建模模块用于将多频点频谱数据建模为目标频谱张量，所述目标频谱张量为三维频谱张量；提取模块，所述提取模块用于对目标频谱张量数据进行张量环分解，以提取低秩tr因子，根据所述tr因子生成频谱地图生成模型；补全模块，所述补全模块用于针对路径损耗场景和阴影衰落场景建立不同的补全算法，以补全所述频谱地图生成模型缺失的频谱数据，其中，路径损耗场景采用交替最小二乘张量环补全算法，阴影衰落场景采用张量环加权优化算法；融合模块，所述融合模块用于将交替最小二乘张量环补全算法和张量环加权优化算法的补全结果进行加权融合，构建最终的频谱地图。

13、为达到上述目的，第三方面，本发明提供的技术方案为：一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本发明第一方面所述的一种基于权重动态分配张量环补全的频谱地图构建方法。

14、为达到上述目的，第四方面，本发明提供的技术方案为：一种计算机设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时，实现本发明第一方面所述的一种基于权重动态分配张量环补全的频谱地图构建方法。

15、3.有益效果

16、采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

17、本发明针对不同场景采用不同的补全算法补全频谱地图生成模型缺失的频谱数据，从而可以提高算法在不同场景条件下的鲁棒性，并将两种算法的补全结果进行加权融合构建最终的频谱地图，可以动态适配两种影响构建精度的关键因素，在不同场景且目标频率频谱数据稀疏的情况下，利用其他频率的频谱数据精确构建频谱地图。

技术特征：

1.一种基于权重动态分配张量环补全的频谱地图构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于权重动态分配张量环补全的频谱地图构建方法，其特征在于，具体根据以下公式将多频点频谱数据建模为目标频谱张量：

3.根据权利要求1所述的基于权重动态分配张量环补全的频谱地图构建方法，其特征在于，具体根据以下公式对目标频谱张量数据进行张量环分解：

4.根据权利要求3所述的基于权重动态分配张量环补全的频谱地图构建方法，其特征在于，具体根据以下公式生成频谱地图生成模型：

5.根据权利要求1所述的基于权重动态分配张量环补全的频谱地图构建方法，其特征在于，所述交替最小二乘张量环补全算法具体包括：循环顺序交替更新其中一个tr因子，其他tr因子保持不变，当重构误差满足预设的阈值或者达到设置的最大迭代次数时表示每个tr因子的更新完成，最终补全出缺失的频谱数据。

6.根据权利要求1所述的基于权重动态分配张量环补全的频谱地图构建方法，其特征在于，所述张量环加权优化算法具体包括：利用梯度下降算法找到不完整频谱张量数据对应的tr因子，再利用所述对应的tr因子补全频谱数据的缺失项。

7.根据权利要求1所述的基于权重动态分配张量环补全的频谱地图构建方法，其特征在于，具体根据以下公式进行加权融合：

8.根据权利要求7所述的基于权重动态分配张量环补全的频谱地图构建方法，其特征在于，根据以下公式获取所述权重值η：

9.一种非临时性计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现根据权利要求1-8中任一项所述的基于权重动态分配张量环补全的频谱地图构建方法。

10.一种计算机设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时，实现根据权利要求1-8中任一项所述的基于权重动态分配张量环补全的频谱地图构建方法。

技术总结本发明涉及电磁频谱管控技术领域，提出了一种基于权重动态分配张量环补全的频谱地图构建方法，所述方法包括：将多频点频谱数据建模为目标频谱张量；对目标频谱张量数据进行张量环分解，以提取TR因子，根据TR因子生成频谱地图生成模型；针对路径损耗场景和阴影衰落场景建立不同的补全算法，以补全频谱地图生成模型缺失的频谱数据；将补全结果进行加权融合，构建最终的频谱地图。本发明针对不同场景采用不同的算法补全频谱地图生成模型缺失的频谱数据，从而可以提高算法在不同场景条件下的鲁棒性，并将两种算法的补全结果进行加权融合构建最终的频谱地图，从而可以动态适配两种影响构建精度的关键因素，精确构建频谱地图。技术研发人员：柳永祥,张建照,胡艺瀚,陈国凯受保护的技术使用者：中国人民解放军国防科技大学技术研发日：技术公布日：2024/11/4