具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限值本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

图1显示了本发明频谱感知训练数据集的构建方法的实施例，包括：

步骤S1:功率谱拼接，分频段感知无线电信号，获取多个频段的无线电信号分别对应的多个信号功率谱，将相邻的所述信号功率谱进行拼接，得到宽带功率谱；

步骤S2:生成训练数据集，对所述宽带功率谱进行随机选取、缩放和/或反转处理，获取训练数据集。

步骤S1中，优选的，采用多个不同频段的高灵敏度的数字接收模块分别接收不同频段的无线信号，这些数字接收模块还具有高动态的优势，能够对幅度变化范围较大的无线电进行全幅度接收，因此获得的无线电信号对应的信号功率谱的幅度变化范围也较大。

优选的，采取数字接收模块分频段采集无线电信号，并获得信号功率谱后，对这些不同频段的信号功率谱进行拼接，获取全频段无线电信号对应的全频域的信号功率谱。

优选的，相邻的信号功率谱进行拼接，将前一信号功率谱的终点与频率相邻的后一信号功率谱的起点重合，重复进行将相邻的信号功率谱进行拼接，获得宽带功率谱。

可以看出，这种拼接属于单点重合拼接，前一信号功率谱与相邻的后一信号功率谱拼接的重合点只有一个，二者拼接的重合度小，有利于提高拼接效率，但是对这两个频谱的拼接点对应的频率值要求精准度高，因此每一个单独的信号功率谱在拼接之前，要对该频谱的起点和终点做精准的选择。

优选的，如图2所示，将相邻的所述信号功率谱进行重叠拼接，预设相邻信号功率谱拼接的重叠长度，相邻的信号功率谱以所述重叠长度进行重叠拼接，重复进行将相邻的信号功率谱进行拼接，获得宽带功率谱。这种方式使得前后拼接的信号功率谱具有一定的重合度，可以直接进行拼接，减少了对信号功率谱的精准预处理。

优选的，在对相邻的信号功率谱进行重叠拼接时，相邻的信号功率谱的重叠长度N_o表示为：

其中：N_o表示相邻的信号功率谱的重叠长度，w_f表示数字接收模块的滤波器的带宽，f_d表示数字接收模块的采集频率间隔，F表示信号功率谱的频率分辨率，其表示信号功率谱的最小频率间隔，也就是说当把信号功率谱进行量化表示时，对应的最小频率间隔或最小频率刻度，例如每20Hz为一个最小频率间隔，则对应表示频率分辨率为20Hz，表示向下取整。

优选的，信号功率谱的频率分辨率F表示为：

其中：w_in表示数字接收模块的输入带宽，即采集的无线电信号带宽，N_fft表示对无线电信号进行频谱变换采用FFT变换，其中信号功率谱对应计算FFT点数。

优选的，实际应用中，可以直接采用相邻的信号功率谱的重叠长度

进一步的，对于相邻的前一信号功率谱表示为第k段信号功率谱，相邻的后一信号功率谱表示为第k+1段信号功率谱。这两段信号功率谱具有相同的带宽w_f和采集频率间隔f_d。优选的，第k段信号功率谱a^k表示为：

其中：分别表示第k段信号功率谱中的多个谱线的功率值，N_a表示第k段信号功率谱中谱线的个数，其中其中w_fk表示该第k段信号功率谱对应的数字接收模块的滤波器的带宽，F_k表示该第k段信号功率谱的频率分辨率。

同样的，对于第k+1段信号功率谱，设第k+1段信号功率谱a^k+1表示为：

其中：分别表示第k+1段信号功率谱中的多个谱线的功率值，这里第k+1段信号功率谱中多个谱线的个数也是N_a，表明第k+1段信号功率谱与第k段信号功率谱对应的数字接收模块的滤波器的带宽相同，以及第k段信号功率谱的频率分辨率与第k+1段信号功率谱的频率分辨率也相同。

将第k段信号功率谱和第k+1段信号功率谱进行重叠时，第k段信号功率谱的重叠部分表示为：

其中：分别表示第k段信号功率谱中重叠部分的多个谱线的功率值，其中的N_o表示相邻的第k段信号功率谱与第k+1段信号功率谱的重叠长度。

第k+1段信号功率谱的重叠部分表示为：

其中：分别表示第k+1段信号功率谱中重叠部分的多个谱线的功率值，其中的N_o表示相邻的第k段信号功率谱与第k+1段信号功率谱的重叠长度。

对于相邻的信号功率谱没有明显的幅度变化或增益变化，通过重叠拼接，保证了相邻的信号功率谱拼接时的平滑，避免出现由拼接造成的宽带功率谱台阶效应。优选的，相邻的信号功率谱拼接的重叠长度主要是根据数字接收模块的滤波器的带宽w_f与f_d数字接收模块的采集频率间隔的差值，即w_f-f_d决定的。

对于相邻的信号功率谱之间存在明显的幅度变化或增益变化，二者并不能直接拼接，而是需要统一到共同的参考基准上后才能进行拼接。因此，需要根据后一信号功率谱a^{k +1}相对前一信号功率谱a^k的增益，来对后一信号功率谱a^k+1进行修正，以使得相邻的信号功率谱始终能够做到后一信号功率谱a^k+1都是相对前一信号功率谱a^k为参考基准，进行增益修正后拼接，这样可以保证在统一的功率计量参考基准下进行拼接。

优选的，根据第k段信号功率谱和第k+1段信号功率谱重叠部分的功率谱的均值功率，确定第k+1段信号功率谱在拼接后的增益γ_k+1表示为：

由此，进一步确定第k+1段信号功率谱增益后修正的功率谱a^k+1′表示为：

其中：为维度1×N_a的全1向量，为Kronecker乘。

然后可以将第k+1段信号功率谱增益后修正的功率谱a^k+1′与第k段信号功率谱a^k进行拼接。

通过相邻的信号功率谱进行拼接后，即可获取宽带功率谱的示意图，如图3所示。

进一步的，在完成频谱拼接以后还可以自动进行标记，通过标记可以实现对拼接后的频谱进行数字化的选择和定位，从中选择出有用信号的频谱，以及定位该频谱所在的位置及带宽。

优选的，如图4所示，对于拼接后的宽带功率谱a：

a＝[a₀,a₁,…,a_N]

其中：a₀,a₁,…,a_N分别拼接后的宽带功率谱a的依次各个谱线的功率值，共有N+1个谱线。

如图4所示，可以对该拼接后的宽带功率谱a进行标记，对应的标记向量b表示为：

b＝[b₀,b₁,…,b_N]

其中：b₀,b₁,…,b_N分别表示对拼接后的宽带功率谱a中标记向量的值，b₀,b₁,…,b_N＝0or1。

优选的，标记的方法是对选取范围或标记范围内功率谱的最大功率值的左右两侧下降3dB处为分界点，即以最大功率值下降3dB后的功率值为参考功率值，对于功率值大于或等于该参考功率值的谱线对应的标记值为1，而对于功率值比小于该参考功率值的谱线对应的标记值为0。由此，可以对应得到图4中所示的标记向量b。

可以看出，通过标记向量b可以得到一组由0和1组成的序列，该序列中的每一个值对应于拼接后的宽带功率谱a中的每一个谱线，当出现0与1的变化处，即为3dB分界点，而连续出现的1则对应的是一个信号的频谱所在的区间，对应也可以获得相应的带宽数据。因此，通过这种标记方法，有利于自动识别和快速定位所需要的频谱的位置。

如图5所示，显示了对所述宽带功率谱中的信号进行标记的示意图，用标记框1对宽带功率谱中属于信号的宽带功率谱进行标记。其中，标记框1内属于信号的信号功率谱的标记向量记为1，标记框1外不属于信号的功率谱的标记向量记为0。并且，所述标记框1内信号功率谱的最大值的左右下降3dB处为标记框1的左右边缘。

以上是对拼接后的频谱进行标记，实际应用中还可以在拼接过程中同步进行标记，方法如下：

如前所述，对于第k段信号功率谱，设第k段信号功率谱a^k表示为：

第k段信号功率谱对应的标记向量b^k表示为：

其中：分别表示第k段功率谱中标记向量的值，

同样的，对于第k+1段信号功率谱a^k+1表示为：

第k+1段信号功率谱对应的标记向量b^k+1表示为：

其中：分别表示第k+1段信号功率谱中标记向量的值，

将第k段信号功率谱和第k+1段信号功率谱进行重叠时，第k段信号功率谱的重叠部分表示为：

对应的，第k段信号功率谱的重叠部分对应的标记向量表示为：

其中：分别表示第k段信号功率谱的重叠部分的各个谱线的功率值对应的标记向量的值，

将第k段信号功率谱和第k+1段信号功率谱进行重叠时，第k+1段信号功率谱的重叠部分表示为：

对应的，第k+1段信号功率谱的重叠部分对应的标记向量表示为：

其中：分别表示第k+1段信号功率谱的重叠部分的各个谱线的功率值对应的标记向量的值，

然后，第k段信号功率谱和第k+1段信号功率谱重叠部分的标记向量进行“与”操作，即：

其中：&为向量间的按位与计算。

进一步的，对于生成训练数据集步骤S2，如前所述，进行频谱拼接后的宽带功率谱a为：

a＝[a₀,a₁,…,a_N]

其中：a₀,a₁,…,a_N表示宽带功率谱a中多个谱线的功率值，共有N+1个谱线。

对应的标记向量b为：

b＝[b₀,b₁,…,b_N]

其中：b₀,b₁,…,b_N＝0or1。

优选的，对于宽带功率谱a进行部分选取，通过随机选取宽带功率谱中一段连续的功率谱。选取中可以根据标记向量b进行选取，避免选取的功率谱中出现全0的情况，以及还可以通过设置连续1的个数进行有针对性的选取有用信号的频谱。

优选的，以随机选取的功率谱为原始功率谱，进一步对原始功率谱进行缩小或放大，使原始功率谱中的谱线的个数等于需要的样本个数，获得缩放后的功率谱，由所述缩放后的功率谱组成频谱训练数据集。

优选的，根据实际需要预设缩放倍数为λ，λ为一有理数，且λ∈[λ_min,λ_max]，优选的，可以取λ_min<1，λ_max>1。原始功率谱中谱线的个数L与所需样本的个数L_s的关系表示为：

L×λ＝L_s

优选的，在进行原始功率谱缩小时，可以等间隔的去除原始功率谱中密集设置的谱线，以使得缩小后的谱线间隔增大，即降低了频率分辨率，由此压缩原始功率谱缩。

优选的，在进行原始功率谱放大时，选取原始功率谱起点和终点，对起点和终点之间的功率谱进行插值，获得插值后的功率谱。

优选的，对于宽带功率谱a＝[a₀,a₁,…,a_N]，在区间[0,N-L)内随机产生起点n_s，终点为n_s+L-1，该起点到终点的功率谱为标记向量为采用立方插值对a_p和b_p进行插值，使插值后功率谱中谱线的个数等于所需样本个数L_s，得到插值后的结果为其中a′_p为插值后的功率谱，其中的谱线的个数为L_s，b′_p为插值后的功率谱a′_p对应的标记向量，该向量中的个数也是L_s。优选的，由插值后的功率谱组成训练数据集。

优选的，还可以进一步对随机选取的功率谱或插值后的功率谱进行反转操作，在区间[0,1]内的随机产生有理数δ，得到：

其中，reverse(·)表示对以矩阵表示的插值后的结果A_s中的每一行进行前后顺序的反转操作，即对矩阵每一行内的元素前后顺序进行反转。由此即可获得经过反转的第i个反转样本A_s ⁱ。

由缩放后的功率谱、插值后的功率谱和/或反转后的功率谱组成训练数据集。

由此可见，本发明公开了一种频谱感知训练数据集的构建方法。该方法通过天线对无线信号进行感知，天线感知到的无线信号由数字接收模块分段接收获取多个窄带信号，数字接收模块将获取的窄带信号输送到数字信号处理模块，由所述数字信号处理模块获取窄带信号的信号功率谱，将相邻的所述信号功率谱进行拼接，获取宽带功率谱；使用信号检测方法对所述宽带功率谱中的信号进行初步标记，用标记框对宽带功率谱中属于信号的宽带功率谱进行标记；对标记后的宽带功率谱进行反转和/或缩放，获取训练数据集。从而为频谱感知神经网络的深度学习提供数据基础。

请参阅图6，图6是本申请提供的一种频谱感知训练数据集的构建装置60，包括拼接模块61和生成模块62。

拼接模块61，被配置为感知无线信号，获取多个窄带信号分别对应的多个信号功率谱，将相邻的所述信号功率谱进行拼接，得到宽带功率谱。

生成模块62，被配置为对所述宽带功率谱进行反转和/或缩放，获取训练数据集。

请参阅图7，图7是本申请提供的一种频谱感知训练数据集的构建装置70，包括：

存储器71，用于存储计算机程序。

处理器72，用于读取并执行所述存储器中存储的所述计算机程序，当所述计算机程序被执行时，所述处理器执行任一所述的频谱感知训练数据集的构建方法。

处理器72用于执行存储器71中存储的程序指令，以实现上述任一频谱感知训练数据集的构建方法实施例的步骤。在一个具体的实施场景中，频谱感知训练数据集的构建装置70可以包括但不限于：微型计算机、服务器，此外，频谱感知训练数据集的构建装置70还可以包括笔记本电脑、平板电脑等移动设备，在此不做限定。

具体而言，处理器72用于控制其自身以及存储器71以实现上述任一频谱感知训练数据集的构建方法实施例的步骤。处理器72还可以称为CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)。处理器72可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。处理器72还可以是通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。另外，处理器72可以由集成电路芯片共同实现。

请参阅图8，图8是本申请提供的计算机可读存储介质一实施例的框架示意图。计算机可读存储介质80存储有能够被处理器运行的程序指令801，程序指令801用于实现上述任一频谱感知训练数据集的构建方法实施例的步骤。

在一些实施例中，本公开实施例提供的装置具有的功能或包含的模块可以用于执行上文方法实施例描述的方法，其具体实现可以参照上文方法实施例的描述，为了简洁，这里不再赘述。

上文对各个实施例的描述倾向于强调各个实施例之间的不同之处，其相同或相似之处可以互相参考，为了简洁，本文不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法和装置，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性、机械或其它的形式。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本申请各个实施方式方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上仅为本发明的实施例，并非因此限值本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。