电磁环境数据挖掘和可视化研究
摘要
随着无线通信技术的快速发展，各类先进的通信设备数量愈来愈多，通信制式日益
多样化，使频谱利用率低和频谱资源短缺之间的矛盾日益严重，电磁环境日趋复杂化，
反过来限制了通信设备的应用和行业发展。因此，研究电磁环境挖掘、分析、预测以及
可视化技术具有重要意义。本课题通过对电磁环境进行数据挖掘，获取电磁环境在频域
和空间域的相似性分析结果，并将其作为一种先验信息用于提高电磁频谱预测的精度，
最后研究复杂电磁环境的可视化方法，为电磁环境的综合治理提供支撑。主要工作内容
如下：
（1）考虑到电磁环境在频域和空域受不同业务频段分配以及用户差异的影响呈现
出的复杂性，本课题基于相关性分析的方法和斯皮尔曼相关系数，分别研究电磁环境在
频域以及空域的隐含性关系，并构建相关性网络图。实验结果表明，电磁环境频谱数据
的相似性是普遍存在的，且大部分频点与其相邻频点的态势演化相关。而空域相关性没
有统一的规律。
（2）考虑到现有的基于深度学习的频谱预测算法缺乏对已有信息和知识的利用，
本课题将挖掘得到的电磁环境相似性网络图作为先验信息，设计基于图卷积网络的频谱
预测模型，实现了多域联合频谱预测的同时，充分利用了挖掘分析的结果，提高了频谱
预测的精度和可靠性。
（3）考虑到电磁环境的复杂性难以直观描述，本课题在表征频域的相似性关系网
络图之外，通过结合折线图和盒型图的方式同时在粗粒度和细粒度层面表征频谱占用
度，并通过一种视觉抽象的方式表示电磁信号的活动模式，最终设计开发电磁环境可视
化工具。
关键词：电磁环境；数据挖掘；频谱预测；图卷积；可视化
电磁环境数据挖掘和可视化研究
ABSTRACT
Withtherapiddevelopmentofwirelesscommunicationtechnology,thenumberof
variousadvancedcommunicationequipmentisincreasing,andthecommunicationsystem
isbecomingmoreandmorediversified,whichmakesthecontradictionbetweenlow
spectrumutilizationrateandspectrumresourceshortagebecomemoreandmoreserious,
andtheelectromagneticenvironmentisbecomingmoreandmorecomplicated.Inthepast,
theapplicationandindustrydevelopmentofcommunicationequipmentwerelimited.
Therefore,itisofgreatsignificancetostudythemining,analysis,predictionand
visualizationtechnologyofelectromagneticenvironment.Thissubjectusesdataminingon
theelectromagneticenvironmenttoobtainthesimilarityanalysisresultsofthe
electromagneticenvironmentinthefrequencydomainandspacedomain,andusesitasa
prioriinformationtoimprovetheaccuracyofelectromagneticspectrumprediction,and
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