[發明專利]一種從頻譜數據中挖掘電臺通信網絡拓撲結構的方法

有效

• 申請號: 201911047121.0
• 申請日: 2019-10-30
• 公開（公告）號: CN110855517B
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發明（設計）人: 劉昌坤;朱磊;武欣嶸;姚昌華;郭繼斌;童瑋
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍陸軍工程大學
• 主分類號: H04L43/04
• 分類號: H04L43/04;H04L41/14;H04L41/12
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 王瑋

1.一種從頻譜數據中挖掘電臺通信網絡拓撲結構的方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：從頻譜監測數據中提取特征得到頻譜數據集Y，特征包括信號功率P、信號監測時間t以及信號方向θ；

S2：基于上述提取的特征標識每一個頻譜信號，引入柱坐標系和極坐標系用于表示頻譜數據集Y中數據的分布情況；

S3：基于改進的OPTICS算法對分布在柱坐標系中的頻譜監測數據Y進行聚類，聚類集分別對應不同電臺在不同通信過程中產生的頻譜信號集；

所述改進的OPTICS算法的改進之處在于：

1)根據頻譜數據的特點重新定義數據之間的距離dist(y_i,y_j)：

其中ε為鄰域半徑，2h為柱狀領域的高度；

2)算法中球形ε-鄰域改為柱狀(ε,h)-鄰域：

y_j的(ε,h)-鄰域表示為：

N_ε(y_j)＝{y_i∈Y|dist(y_i,y_j)≤ε}

3)估計ε的范圍：

設某一個接收電臺產生的頻譜信號集為R＝{θ_i,P_i,t_i}，其中i＝1,2,…,m；將數據集R通過公式轉換到三維直角坐標系中，得到R′＝{a_i,b_i,t_i}；

數據集R′在空間中所占據的范圍用體積表示為V_R；設R″是與數據集R′維數和數據范圍相同，但是服從均勻分布的數據集，R″中每個對象所占據的平均范圍可表示為則有：

其中，MinPts表示y_j是核心對象時，y_j的(ε,h)-鄰域至少包含的樣本數量，2hπε²表示柱狀(ε,h)-鄰域所占據范圍的體積，表示每個對象鄰域內有MinPts個點對應的平均范圍的體積；基于給定的MinPts，式(1)、式(2)確定h和ε的關系以及柱狀(ε,h)-鄰域的范圍；

S4：依據聚類集內數據的時間分布，將具有相近時間范圍的聚類集匹配在一起，聚類集的匹配關系對應著電臺之間的通聯關系；

S5：將柱坐標系中的數據集Y投影到極坐標系得到數據集Z，用DBSCAN算法對極坐標系內的數據進行聚類，用聚類集代替電臺，聚類集的質心鄰域作為電臺在極坐標系中的相對位置即網絡節點；

S6：將S5發現的聚類集的質心領域作為網絡節點，依據S4中發現的電臺之間的通聯關系連接網絡節點，作為網絡的邊，從而構建通信網絡拓撲結構。

2.如權利要求1所述的方法，其特征在于：S1中所述頻譜數據集表示為Y＝{y₁,y₂,…,y_i,…,y_n}^T,其中y_i＝{θ_i,P_i,t_i}，θ_i表示信號方向，P_i表示信號功率，t_i表示信號監測時間。

3.如權利要求1所述的方法，其特征在于：S2中所述柱坐標系的三個維度分別為信號功率P、信號方向θ以及信號監測時間t。

4.如權利要求1所述的方法，其特征在于：S2中所述極坐標系是該柱坐標系在時間t方向上的投影；數據集表示為Z＝{z₁,z₂,…,z_i,…,z_n}^T,其中z_i＝{θ_i,P_i}。

5.如權利要求1所述的方法，其特征在于：S5中所述聚類集的質心鄰域表征聚類集在極坐標系中的相對位置，用于代替信源在極坐標的相對位置，極坐標原點表示監測設備的位置。

6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，S6中所述通信網絡拓撲結構的構建過程是將S4中在柱坐標系中發現的具有通聯關系的聚類集投影到極坐標表示網絡拓撲結構；以投影后聚類集的質心鄰域作為網絡節點，以通聯關系作為網絡的邊。