多源融合中的頻譜感知數(shù)據(jù)質(zhì)量評價方法

劉雨恬，何瑞珠

（1.中國衛(wèi)星海上測控部，江蘇 江陰 214431；2.中國電子科技集團(tuán)公司第七研究所，廣東 廣州 510310）

1 研究背景

近年來，由于各種不同用途的電子系統(tǒng)廣泛使用，使得頻譜資源日益緊張，電磁環(huán)境更趨復(fù)雜。紛繁龐雜、海量的感知數(shù)據(jù)已成為頻譜管理的重要特征和挑戰(zhàn)之一。

對于這些多源頻譜感知數(shù)據(jù)的使用，存在一個重要的問題：電磁頻譜數(shù)據(jù)來源于部署在空間內(nèi)不同位置的各種不同頻譜感知系統(tǒng)或用頻系統(tǒng)，所采集的頻譜感知數(shù)據(jù)具有離散分布和時變特性，其中包含大量的歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)往往是相互疊加或彼此沖突的，數(shù)據(jù)質(zhì)量和價值存在較大差異。來自各類傳感器的異構(gòu)感知數(shù)據(jù)存在嚴(yán)重的壁壘尚未破除，數(shù)據(jù)質(zhì)量不一，各部門、各系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)交錯、重疊、分布不均勻，從而形成數(shù)據(jù)漏洞，最終成為影響頻譜管控安全和頻譜保障效能達(dá)成的重大隱患。因此，在當(dāng)前復(fù)雜的電磁環(huán)境條件下，正確地采集各類傳感器數(shù)據(jù)，正確地融合處理所獲得的感知數(shù)據(jù)，快速形成各種帶有具體指向性的頻譜感知信息融合產(chǎn)品，提供給頻譜用戶使用，是影響電磁頻譜管控效率的重要因素，頻譜感知數(shù)據(jù)質(zhì)量評價成為其中重要的一環(huán)[1]。

2 感知數(shù)據(jù)質(zhì)量定義

本文所研究的頻譜感知數(shù)據(jù)包括三種類型的數(shù)據(jù)：一是直接由電磁環(huán)境傳感器對射頻無線電信號進(jìn)行測量后獲取的數(shù)據(jù)，如電磁環(huán)境數(shù)據(jù)等；二是經(jīng)過電磁環(huán)境傳感器處理后生成的數(shù)據(jù)，如情報數(shù)據(jù)等；三是為實現(xiàn)對頻譜感知數(shù)據(jù)的處理所需要的相關(guān)基礎(chǔ)裝備（目標(biāo)、任務(wù)等）的參數(shù)信息，如設(shè)備工作參數(shù)、臺站部署采納數(shù)等。

數(shù)據(jù)質(zhì)量的概念可定義如下：數(shù)據(jù)質(zhì)量=（數(shù)據(jù)內(nèi)容質(zhì)量，數(shù)據(jù)的符號表示質(zhì)量，用戶效用質(zhì)量）。其中，數(shù)據(jù)內(nèi)容質(zhì)量是指感知數(shù)據(jù)反映實體的真實程度；數(shù)據(jù)的符號表示質(zhì)量描述數(shù)據(jù)符號所能表達(dá)數(shù)據(jù)內(nèi)容的程度，如完整性、精確性、及時性、連續(xù)性等；用戶效用質(zhì)量是指數(shù)據(jù)滿足用戶需求的程度。

對于頻譜感知數(shù)據(jù)來說，需要建立各種表示數(shù)據(jù)內(nèi)容、分類、格式等的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，因此，數(shù)據(jù)的符號表示質(zhì)量主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)的可視化程度方面。于是，數(shù)據(jù)質(zhì)量的定義也可以改寫為頻譜感知數(shù)據(jù)質(zhì)量=（數(shù)據(jù)的真實性，數(shù)據(jù)的可用性，數(shù)據(jù)的可視性）。其中，數(shù)據(jù)的真實性是指數(shù)據(jù)反映電磁信號特征的真實程度，是從理論和認(rèn)知角度理解數(shù)據(jù)質(zhì)量；數(shù)據(jù)的可用性是指感知數(shù)據(jù)對頻譜需求的滿足程度；數(shù)據(jù)的可視性是指實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和一致理解的基礎(chǔ)，主要表現(xiàn)在各種傳感器采集數(shù)據(jù)描述的異性，是態(tài)勢一致應(yīng)用的基礎(chǔ)。

3 頻譜數(shù)據(jù)質(zhì)量評價指標(biāo)

（1）數(shù)據(jù)規(guī)范（Data Specification）：對數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)模型、業(yè)務(wù)規(guī)則、元數(shù)據(jù)和參考數(shù)據(jù)進(jìn)行有關(guān)存在性、完整性、質(zhì)量及歸檔的測量標(biāo)準(zhǔn)。

（2）數(shù)據(jù)完整性準(zhǔn)則（Data Integrity Fundamentals）：對數(shù)據(jù)進(jìn)行有關(guān)存在性、有效性、結(jié)構(gòu)、內(nèi)容及其他基本數(shù)據(jù)特征的測量標(biāo)準(zhǔn)。

（3）重復(fù)（Duplication）：對存在于系統(tǒng)內(nèi)或系統(tǒng)間的特定字段、記錄或數(shù)據(jù)集意外重復(fù)的測量標(biāo)準(zhǔn)。

（4）準(zhǔn)確性（Accuracy）：對數(shù)據(jù)內(nèi)容正確性進(jìn)行測量的標(biāo)準(zhǔn)。

（5）一致性和同步（Consistency and Synchronization）：對各種不同的數(shù)據(jù)倉庫、應(yīng)用和系統(tǒng)中所存儲或使用的信息等價程度的測量，以及使數(shù)據(jù)等價處理流程的測量標(biāo)準(zhǔn)。

（6）及時性和可用性（Timeliness and Availability）：在預(yù)期時段內(nèi)數(shù)據(jù)對特定應(yīng)用的及時程度和可用程度的測量標(biāo)準(zhǔn)。

（7）易用性和可維護(hù)性（Ease of Use and Maintainability）：對數(shù)據(jù)可被訪問和使用的程度，以及數(shù)據(jù)能被更新、維護(hù)和管理程度的測量標(biāo)準(zhǔn)。

（8）數(shù)據(jù)覆蓋（Data Coverage）：相對于數(shù)據(jù)總體或全體相關(guān)對象數(shù)據(jù)的可用性和全面性的測量標(biāo)準(zhǔn)。

（9）表達(dá)質(zhì)量（Presentation Quality）：如何進(jìn)行有效信息表達(dá)以及如何從用戶中收集信息的測量標(biāo)準(zhǔn)。

（10）可理解性、相關(guān)性和可信度（Perception，Relevance and Trust）：數(shù)據(jù)質(zhì)量的可理解性和數(shù)據(jù)質(zhì)量中執(zhí)行度的測量標(biāo)準(zhǔn)，以及對業(yè)務(wù)所需數(shù)據(jù)的重要性、實用性及相關(guān)性的測量標(biāo)準(zhǔn)。

（11）數(shù)據(jù)衰變（Data Decay）：對數(shù)據(jù)負(fù)面變化率的測量標(biāo)準(zhǔn)。

（12）效用性（Transactability）：數(shù)據(jù)產(chǎn)生期望業(yè)務(wù)交易或結(jié)果程度的測量標(biāo)準(zhǔn)。

在評估數(shù)據(jù)質(zhì)量過程中，需先選取合適的數(shù)據(jù)質(zhì)量維度，再針對每個所選維度，制定評估方案，選擇合適的評估手段進(jìn)行測量，最后合并和分析所有質(zhì)量評估結(jié)果[2]。

4 頻譜數(shù)據(jù)質(zhì)量評價模型

頻譜數(shù)據(jù)質(zhì)量評價模型主要包含以下四個模塊：數(shù)據(jù)分析處理、效益評估指標(biāo)量化、專家評價和綜合評估，如圖1所示。

圖1 頻譜數(shù)據(jù)質(zhì)量評價模型組成

（1）數(shù)據(jù)分析處理。進(jìn)行頻譜資源使用效益分析之前需要對頻譜資源數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，主要包括數(shù)據(jù)檢驗和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的處理。

（2）評價指標(biāo)量化處理。針對建立的頻譜數(shù)據(jù)質(zhì)量評價指標(biāo)進(jìn)行量化處理，主要選取與頻譜數(shù)據(jù)質(zhì)量密切相關(guān)的參數(shù)，計算具體指標(biāo)數(shù)值。

（3）專家評價。在頻譜數(shù)據(jù)質(zhì)量確定過程中可結(jié)合專家評價方法。專家評價流程：首先制定評價指標(biāo)及打分規(guī)則，說明數(shù)據(jù)測試或試驗的條件，并成立領(lǐng)域?qū)＜医M；專家按評分標(biāo)準(zhǔn)對各指標(biāo)進(jìn)行打分，再進(jìn)行主、客觀權(quán)重的組合賦權(quán)，避免專家主觀隨意性對評分結(jié)果的影響，也克服樣本數(shù)據(jù)客觀信息缺失的情況，使得權(quán)重結(jié)果更加合理有效；最后完成評估結(jié)果的確定與分析。專家評價修訂后的指標(biāo)參數(shù)作為綜合評估的計算依據(jù)。

（4）綜合評估。建立綜合評估分級管理規(guī)則，對頻譜數(shù)據(jù)質(zhì)量評價進(jìn)行等級劃分，得出評價結(jié)果。

5 頻譜數(shù)據(jù)質(zhì)量綜合評估方法

首先將決策問題看作受多種因素影響的大系統(tǒng)，這些相互關(guān)聯(lián)、相互制約的因素可以按照它們之間的隸屬關(guān)系排成從高到低的若干層次，然后對各因素兩兩比較重要性，再利用數(shù)學(xué)方法對各因素層層排序，最后依據(jù)排序結(jié)果進(jìn)行決策。根據(jù)頻譜數(shù)據(jù)質(zhì)量綜合評價實際，使用基于一致性排序原理的方法進(jìn)行指標(biāo)權(quán)重值的計算。

針對評估指標(biāo)重要性進(jìn)行加權(quán)的指標(biāo)聚合稱為基于性能的指標(biāo)聚合，其主要有線性加權(quán)綜合法、非線性加權(quán)綜合法、增益線性加權(quán)綜合法、理想點法等成熟算法。結(jié)合頻譜數(shù)據(jù)質(zhì)量評價問題實際，頻譜數(shù)據(jù)質(zhì)量評價采用線性加權(quán)綜合法和非線性加權(quán)綜合法兩種指標(biāo)聚合方式。

綜合考慮各項指標(biāo)在數(shù)據(jù)質(zhì)量評估中的作用，可以建立頻譜感知數(shù)據(jù)質(zhì)量的2級指標(biāo)體系及權(quán)重分配，如圖2所示。

圖2 頻譜數(shù)據(jù)質(zhì)量評價指標(biāo)聚合示意圖

基于以上頻譜數(shù)據(jù)質(zhì)量評價指標(biāo)及聚合方法，頻譜感知數(shù)據(jù)質(zhì)量可根據(jù)需求劃分為多個等級，針對數(shù)據(jù)用途做出評估等級劃分的一般性規(guī)定，不同的數(shù)據(jù)融合應(yīng)用也可根據(jù)具體的數(shù)據(jù)使用要求重新確定等級劃分和判斷閾值。

6 結(jié)束語

本文針對頻譜感知數(shù)據(jù)融合和應(yīng)用對感知數(shù)據(jù)質(zhì)量的實際需求，定義了頻譜感知數(shù)據(jù)質(zhì)量的具體內(nèi)涵，結(jié)合頻譜感知數(shù)據(jù)融合開展不同應(yīng)用，建立了頻譜感知數(shù)據(jù)質(zhì)量評價指標(biāo)，提出了有較強(qiáng)開放性、支持長期演化的頻譜感知數(shù)據(jù)質(zhì)量評價模型設(shè)計框架，綜合考慮了客觀數(shù)據(jù)和專家經(jīng)驗對綜合評估的影響。構(gòu)造遞階層次結(jié)構(gòu)，通過線性加權(quán)綜合法和非線性加權(quán)綜合法兩種指標(biāo)聚合方式，確定了評估指標(biāo)體系中各指標(biāo)間的邏輯關(guān)系，滿足頻譜感知數(shù)據(jù)質(zhì)量評價的需求。