基于频谱感知的智能车联物联网监控系统及监控方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及车联网领域，尤其涉及一种基于频谱感知的智能车联物联网监控系统 及监控方法。
【背景技术】
[0002] 车联物联网是以车内网、车际网和车载移动互联网为基础，按照约定的通信协议 和数据交互标准，在车与车或者车与人之间，进行无线通讯和信息交换的大系统网络，是能 够实现车辆智能监控和智能交通管理的一体化网络，是物联网技术在交通系统领域的典型 应用。
[0003] 随着各式通信设备在不同领域的使用，有限的通信频谱（或称频段）资源被这些 通信设备大量占用。同时，伴随着车联物联网技术与产业的发展，各种智能设备也被应用到 车辆中，这些智能设备多数都以具有通信功能的收或发设备为主。各种占用通信频段设备 的大量应用，在空间上形成了一个无形的繁忙通信网络，真正能够令通信设备随时占用的 空闲通信频段少之又少，通信频谱资源紧缺问题正成为严重制约车联物联网顺畅通信的关 键问题。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的首要技术问题是针对上述现有技术提供一种既能够对车辆进 行智能监控，又能够实现顺畅通信的智能车联物联网监控系统。
[0005] 本发明进一步要解决的技术问题是提供一种上述智能车联物联网监控系统的监 控方法。
[0006] 本发明解决上述首要技术问题所采用的技术方案为：基于频谱感知的智能车联物 联网监控系统，其特征在于，包括智能车辆和云端监控平台，其中，
[0007] 所述智能车辆上设置有第一中央处理器以及分别连接第一中央处理器的蓝牙通 信模块、第一 LTE通信模块、频谱感知融合模块、具有信噪比检测功能的频谱感知模块、速 度检测模块、GPS定位模块、第一 GIS模块、面部识别模块、指纹识别器、音频播放器、摄像 头、液晶显示屏和存储器；所述频谱感知模块连接频谱感知融合模块，且所述频谱感知模块 至少具有三个；所述GPS定位模块、第一 GIS模块分别连接液晶显示屏；所述液晶显示屏分 别连接蓝牙通信模块和第一 LTE通信模块；所述蓝牙通信模块、第一 LTE通信模块、速度检 测模块、GPS定位模块、第一 GIS模块、面部识别模块、指纹识别器和摄像头分别连接存储 器；
[0008] 所述云端监控平台包括第二中央处理器及分别连接第二中央处理器的第二LTE 通信模块、第二GIS模块、显示器、音频输入装置和储存器，所述第二LTE通信模块分别连接 第二GIS模块和储存器，所述第二GIS模块分别连接所述显示器和储存器。
[0009] 本发明解决上述进一步技术问题所采用的技术方案为：基于频谱感知的智能车联 物联网监控方法，其特征在于，依次包括如下步骤：
[0010] (1)智能车辆与云端监控平台通过第一LTE通信模块、第二LTE通信模块建立通信 连接；
[0011] (2)智能车辆上的面部识别模块和指纹识别器分别采集驾驶人员的面部信息、指 纹信息，并与存储器中预存驾驶人员信息存在一致时，则将识别成功结果发送至第一中央 处理器和云端监控平台；
[0012] (3)第一中央处理器分别命令摄像头、GPS定位模块和第一 GIS模块启动，摄像头 录制的视频数据以及GPS定位模块获取的定位数据保存到存储器中，第一 GIS模块根据存 储器中的定位数据，得到智能车辆的轨迹路线，并由液晶显示屏显示给驾驶人员；
[0013] (4)当智能车辆与云端监控平台传输存储器中的数据以及进行视频数据通信时， 则由第一中央处理器命令频谱感知模块启动，由频谱感知模块将其检测的频谱检测结果、 信噪比数据一起发送给频谱感知融合模块；
[0014] (5)频谱感知融合模块根据接收到的各频谱感知模块的频谱检测结果及对应的信 噪比进行协作检测，然后根据协作检测结果，获取当前处于空闲状态的频段值，并将该空闲 状态的频段值发送给第一中央处理器，其中，所述频谱感知融合模块对各频谱感知模块检 测结果的融合过程依次包括如下步骤：
[0015] (5-1)设定频谱感知模块为CR1，且频谱感知模块的数量为N(N = 2m+l，m e Z+)， 频谱感知融合模块为FC，N个频谱感知模块CR1*别独立地获取自身的信噪比SNR i和频谱 检测结果，并分别将获取的信噪比SNR1和频谱检测结果发送至频谱感知融合模块FC，其中， 频谱检测结果包括频谱感知模块CR 1的检测概率P dil以及虚警概率P fi p i = 1，2,…，N且 N彡3 ;
[0016] (5-2)频谱感知融合模块FC接收各频谱感知模块CR1S送来的信噪比SNR i和频 谱检测结果，并判断信噪比SNR1大于预设的信噪比筛选值SNRwalJt，选择此时信噪比对应 的频谱感知模块为参与协作检测的初选频谱感知模块，并执行步骤（5-3);否则，选择具有 最高信噪比的频谱感知模块所对应的频谱检测结果为频谱感知融合模块FC的最终检测结 果；
[0017] (5-3)根据参与协作检测的初选频谱感知模块的信噪比和检测概率，计算各初选 频谱感知模块的可靠度Φ i以及所有初选频谱感知模块信噪比平方和的平方根值Fs并令 信噪比SNIT1= γ i，初选频谱感知模块的数量为Ν'，且Ν'彡N，其中，初选频谱感知模块的 可靠度^、信噪比平方和的平方根值P的计算公式如下：
[0019] (5-4)频谱感知融合模块FC分别依次计算步骤（5-3)中各初选频谱感知模块信噪 比3冊 1与所有初选频谱感知模块信噪比平方和的平方根值f之间的商值Tl i，以及所得商 值H1的归一化值n' i，其中，
[0020] 商值H1和归一化值η' 计算公式如下：
[0023] 其中，n_表示Ν'个商值中的最大值，η _表示Ν'个商值中的最小值；
[0024] (5-5)频谱感知融合模块FC计算、获取信噪比预设阈值λ、信噪比最佳阈值 λ Ciptinal，以及初选频谱感知模块CR1的可靠度Φ j，计算各初选频谱感知模块CR' ^勺联合筛 选参数值X1，并选定参与协作的终选频谱感知模块：
[0025] (a)频谱感知融合模块FC根据接收的Ν'个初选频谱感知模块CR' 应的信噪比， 获取初选频谱感知模块信噪比中的信噪比最大值，记该信噪比最大值为SNR'max ;
[0026] (b)以获取的信噪比最大值SNR' max为参考，并将信噪比最大值SNR' max分别与 Ν'个初选频谱感知模块CR' 信噪比SNR' ^乍商处理，计算得到各初选频谱感知模块信噪 比SNR',所对应的初始阈值λ ,_，其中， - 一 丄 I ΙΙΙΟΙΛ* 丄 I *
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[0028] (c)根据各初选频谱感知模块CIT1的可靠度Φ i和信噪比商值的归一化值ιΓ y 计算各初选频谱感知模块CIT1的联合筛选参数值X i，并根据联合筛选参数值X1，选取参 与协作的终选频谱感知模块CR",，其中，终选频谱感知模块CR"j^数量为M，联合筛选参数
[0029] 若联合筛选参数值xji于预设数值区间范围[X a，Xj内，SP xa< X X b 时，则选取该联合筛选参数值X i对应的初选频谱感知模块为终选频谱感知模块，并参与协 作检测；否则，该初选频谱感知模块不予选取；
[0030] (d)根据步骤（c)中的信噪比预设阈值λ，获取M个终选频谱感知模块CR",分别 在OR准则和AND准则下的协作检测性能曲线，其中，
[0031] OR 准则：
[0035] 其中，Pdi j为第j个终选频谱感知模块CR" j的检测概率，P fai j为第j个终选频谱感 知模块CR'的虚警概率；Q d为协作检测后的全局检测概率，Q fa为协作检测后的全局虚警概 率；ω j表示信噪比SNR"、的权重系数，SNR"、是第j个终选频谱感知模块CR"、的信噪比， SNR"_表示M个终选频谱感知模块的信噪比最大值，SNR" _表示M个终选频谱感知模块 的信噪比最小值；
[0036] (e)根据OR准则和AND准则下的协作检测性能曲线，分别得到在OR准则和AND准 则下的最佳检测性能值_和Q (細，d) max，并取 Q(GR，d) max和 Q (AND，d)