[发明专利]一种对偶空间反投影射频层析成像方法、定位方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及免持目标定位领域，具体为涉及对偶空间反投影射频层析成像方法，本发明还包括利用该成像实现定位的方法，以及应用上述方法的装置。

背景技术

窄带射频层析成像是一种利用射频信号实现投影测量，从射频链路阴影衰落信息重构环境阴影衰落影像进而实现目标免持定位与穿墙透视成像的环境感知方法。借助于射频信号提供的非侵入式、不受光照变化和障碍物遮挡影响的传感模式，射频层析成像在室内或隐蔽的兴趣目标检测、定位和跟踪等方面，有着其它传感技术所不可替代的优势。深入挖掘和广泛利用射频层析成像技术的优势和潜力正成为智能感知和相关应用领域的研究热点。

由于电磁传播多径效应的存在，当免持目标阻挡射频链路时，不同链路表现出不同的衰落特性，有的链路甚至出现RSS不变或者增强的情况。因此如何筛选有效的链路，去除无效、冗余的链路，即对观测值y进行筛选，也是窄带射频层析成像非常关键的一个技术。

目前的重构方法集中在衰落影像向量x构成的信号原空间，即:通过不同的方法，利用RSS得到的观测值y直接推断衰落影像向量x。重构方法主要包括正则化方法、贪婪算法、凸优化方法、贝叶斯压缩感知方法、字典学习方法等。但是直接在原信号空间进行重构面临着一些问题。首先，由于原信号空间x的维数比较高，利用正则化方法、贪婪算法、凸优化方法、贝叶斯压缩感知方法、字典学习等方法来重构衰落影像向量时计算量比较大；其次，从稀疏贝叶斯学习的角度分析，原信号空间鲁棒损失函数只可以处理异常数据，处理冗余、无效链路的数据需要额外借助于其他的链路选择策略。

发明内容

本发明设计了一种对偶空间反投影射频层析成像方法、定位方法及装置，通过将原信号空间的衰落信号映射到对偶空间中进行重构的方法，以达到降低计算量，并且去除冗余、无效链路的目的。

为了达到上述目的，本发明的技术方案有：

一种对偶空间反投影射频层析成像方法，实现于无线传感器网络，所述无线传感器网络节点之间构成射频链路，所述方法包括以下步骤：

A1:建立定位系统；

A2:测量无目标时射频链路的RSS与有目标时的RSS，两者相减得到观测值y；

A3:将原空间的衰落影像向量x通过x＝Φ^Tz映射到对偶空间，其对应表示为向量z；

A4:结合测量方程y＝Φx+n和上述的映射关系，得到对偶空间的测量方程y＝Ψz+n，其中Ψ＝ΦΦ^T；

A5:将由步骤A2得到的观测值y结合A4得到的对偶空间测量方程y＝Ψz+n在对偶空间进行重构得到信号z；

A6:将重构结果z利用映射方程x＝Φ^Tz反投影到原信号空间，得到衰落影像向量x；

A7:将衰落影像向量x转化为对应的二维图像矩阵。

进一步的，所述步骤A3和A4具体为：

将原空间信号x映射到对偶空间下的表示z，即：

信号x是由M条链路的测量向量加权叠加而成。其中表示第j条链路的测量向量，其维数为N*1，与原空间信号x的维数一致，注意在射频层析成像中满足N>M；z_j(j＝1,2…M)表示第j条链路的测量向量对衰落影像向量x的加权权值；通过这种映射，将原空间维数为N*1的信号x转化为对偶空间的表示z，其维数降为M*1。在对偶空间下，信号z的维数与观测值y以及噪声n的维数相同，即dim(z)＝dim(y)＝dim(n)＝M；

对偶空间下的测量方程，即观测值y与信号z之间满足：

y＝ΦΦ^Tz+n

＝Ψz+n

此处Ψ＝ΦΦ^T，维数为M*M，为对偶空间下的测量矩阵，映射到对偶空间后实现了降维，减小了运算量，使得矩阵运算更加快捷。

优选的，所述步骤A5中，y结合对偶空间的测量方程y＝Ψz+n利用正则化、贪婪算法、凸优化方法或贝叶斯压缩感知方法，在对偶空间重构得到z。

优选的，所述步骤A5中的重构方法为吉洪诺夫正则化和两层异构稀疏贝叶斯学习算法。

进一步的，所述步骤A7后为步骤A8：在二维图像中利用像素最大值法或者区域增长算法得到免持目标的估计位置。

更进一步的，所述步骤A8后为步骤A9：基于目标的估计位置，利用卡尔曼滤波对免持目标进行跟踪。

进一步的，还包括中央处理单元，适用于实现各指令；存储设备，适于存储多条指令，所述指令适用于由中央处理单元加载并执行：

A1:建立定位系统；