[发明专利]无线层析成像网络的分数阶傅立叶多径伪像修正定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线层析成像网络中的定位方法，尤其是一种基于分数阶傅立叶变换的多径伪像修正定位方法，属于无线网络中目标探测与跟踪技术领域。

背景技术

伪像又称伪差，在层析成像中非常常见，其主要是由于图像生成过程中成像的原理、技术、方法等的主客观因素，导致成像结果与实际存在不同程度的差异，即出现伪像。

无线层析成像技术最早是由美国犹他大学的Joey Wilson和Neal Patwari提出的，它是一种基于无线网络的低电磁辐射目标探测与跟踪的新兴技术。监测区域内的成像目标不需要携带任何电子设备，所以它能灵活广泛用于各种场合，如紧急灾难救援、反恐、安全监控等。该技术不同于雷达成像利用回波信号来获取目标数据，而是利用无线信号穿透障碍物时LOS(Line of Sight,视距)路径上的衰减效应，通过测量无线节点间链路RSSI(Received Signal Strength Indicator，接收信号强度指示)的阴影衰落来反演得到目标物位置信息。

然而，由于此技术比较新，国内外研究相对较少，且目前应用的无线层析成像技术并非直接测量LOS路径上的接收信号强度，而是链路上总的接收信号强度，以至于多径情况下目标引起的信号衰落可能不那么明显，导致对干扰较大的复杂场景内的目标定位误差仍较大。因此，分离多径获取LOS信号成了最直接最有效的修正方法。

分数阶傅立叶变换(Fractional Fourier Transform，FRFT)对线性调频信号有很好的能量聚集性，如果选择合适的旋转角度或变换阶次对线性调频信号进行FRFT变换，信号在对应的分数阶域上呈现为一个冲激。利用此特性，当发射的探测信号为宽带线性调频信号时，对接收信号进行分数阶傅立叶变换能很好地分离多径，解决多径干扰问题。

所以针对无线层析成像的多径伪像问题，可用线性调频信号作探测信号，然后利用分数阶傅立叶变换对线性调频信号的时频聚集特性来实现网络中每一接收信号的多径分离，获取LOS信号，从而消除反射和衍射信号对接收信号强度的影响，进一步实现对监测区域内目标的准确定位和跟踪。

发明内容

本发明针对无线层析成像系统中复杂环境下多径信号对成像效果干扰很大的问题，提出了一种无线层析成像网络的分数阶傅立叶多径伪像修正定位方法。该方法用线性调频信号作探测信号，利用分数阶傅立叶变换对线性调频信号的能量聚集特性，用分数阶傅立叶变换对接收信号进行多径分离，获取LOS信号。然后根据网络中每条链路上LOS信号的衰减效应来反演得到目标的位置。由于目标的遮挡，相关链路上的LOS信号会出现相应的衰减效应，但由于多径环境下反射、衍射等各信号会影响甚至掩盖本应有的衰减效应，导致成像误差，利用分数阶傅立叶变换实现多径信号的分离、获取LOS信号，有效地消除了各反射、衍射等干扰信号的影响，为无线层析成像网络中复杂场景下的目标的准确定位与跟踪提供了有效的技术途径。

本发明所述一种无线层析成像网络的分数阶傅立叶多径伪像修正定位方法，包含如下步骤：

步骤一：待探测区域的外部部署n个无线节点组成无线网络，每个节点按照令牌环发的探测信号均为同参数线性调频信号，调频率k已知；当其中1个无线节点发射线性调频信号的时候，其他无线节点进行接收；

作为优选，所述的无线节点为射频无线节点；

这些无线节点组成M=n(n-1)条有向无线链路；对该无线网络中各链路在t时刻的接收信号r(t)_i，i＝1，2，…，M，分别作p阶分数阶傅立叶变换，得到R_α(u)_i，其模值为|R_α(u)|_i；其中p=2arccot(-k)/π，α=pπ/2，k为无线节点发送线性调频信号的调频率，且k＝B/T，T为观测时间；其中带宽B根据系统要求的时延分辨率和距离分辨率确定：

时延分辨率为1/B，即当需要分辨的时延间隔为a时，要求的带宽B≥1/a；

距离分辨率为c/B，c是光速，即探测信号传播速度；即当需要的距离分辨率为b时，要求的带宽B≥c/b；

步骤二：对t时刻各链路的接收信号，按照如下方法进行参数估计，获得各链路中每个chirp分量的中心频率延时τ_il：