[发明专利]一种基于无源反射信号高精度实时手写轨迹追踪方法

权利要求书

1.一种基于无源反射信号高精度实时手写轨迹追踪方法，其特征在于，用于包括一个无源反向散射标签、一个信号的发送端和两个信号的接收端的第一部署无源反射追踪场景和包括一个无源反向散射标签、一个信号的发送端和三个信号的接收端的第二部署无源反射追踪场景中，包括以下步骤：

步骤a，确认所述无源反射追踪场景为第一部署无源反射追踪场景，还是第二部署无源反射追踪场景，若为第一部署无源反射追踪场景，则进行步骤b，若为第二部署无源反射追踪场景，则进行步骤c；

步骤b，在该第一部署无源反射追踪场景中，信号的发送端处于两个信号的接收端的连线上，在两个接收端接收到无源反向散射标签所反射的发送端的反射信号后，通过第一追踪模型进行处理追踪实时手写轨迹；所述第一追踪模型的处理方式包括：

将发送端在空中发射的单音正弦信号用A₀sin(ω₀t+θ₀)表示，它的相位为

建立平面直角坐标系，其中，用A、B和O分别表示第一接收端的位置、第二接收端的位置和发送端的位置；设定发送端的位置O为坐标原点，A和B的坐标为(-R,0)和(R,0),R表示发送端到其中一个接收端的直线距离；

在所述平面直角坐标系中，用P_t(x_t，y_t)和P_t+1(x_t+1，y_t+1)来分别表示无源反射标签在两个相邻时刻t和t+1的位置；

用d_A、d_B和d_O分别表示P_t与点A、B、O之间的距离，d′_A、d′_B和d′_O分别表示P_t+1与点A、B、O之间的距离；

用分别表示无源反向散射标签从P_t移动到P_t+1时向A、B、O移动的距离；

根据上述参数列出如下等式：

令∠P_t+1AO为α，在ΔP_t+1AO中用余弦定理计算得到：

在ΔP_tAB和ΔP_t+1AB中，用中值定理计算得到：

联立上述等式(2)、(3)，得到下述(4)式：

由第i个接收端Rx_i获取到的相位值公式得到第一接收端的接收信号相位为：

展开上述式(5)的相位消除2π弧度周期的影响，其中，Δt表示相邻两个采样点的时间间隔，通过同步所有接收端来消除角频率的差异，即ω₁＝ω₂＝ω′；

所述第i个接收端Rx_i获取到的相位值公式中，λ_c表示载波波长；θ_ci表示i个设备差异项”；θ_Tx表示发送端造成的相位偏移；θ_Tag表示无源标签引起的相位偏移；θ_Rxi表示相位值在第i个接收端的设备多样性常数设备多样性常数；

将上述等式(5)中的上下两个式子相减做相位差分，得到差分处理后消除设备差异项θ_cl；

按上述同样步骤计算得出其他接收端的接收信号相位；

如果指定并且结合上述等式(2)的结果，将差分的结果重写如下：

其中联立上述等式(4)和(6)，能得到一个二次方程如下：

其中，d_A、d_B和d_O在上述等式(2)中定义，均为已知量，能解出

最后，通过上述等式(2)和(6)计算d′_A，得到无源反向散射标签在t+1时刻的位置如下：

其中，设定y≤0；在已知初始位置p(0)情况下，根据p(t+1)＝f(p(t))，通过迭代计算上式得出无源反向散射标签的位置，即完成实时对手写轨迹追踪；

步骤c，在该第二部署无源反射追踪场景中，信号的发送端处于三个信号的接收端的连线区域内的任意位置，在三个信号接收设备接收到无源反射标签的反射信号后，通过第二追踪模型进行处理追踪实时手写轨迹；

所述第二追踪模型的处理方式包括：

将发送端在空中发射的单音正弦信号用A₀sin(ω₀t+θ₀)表示，它的相位为

建立平面直角坐标系，其中，用A、B和O分别表示第一接收端的位置、第二接收端的位置和第三接收端的位置；设定发送端的位置为坐标原点，A和B的坐标为(-R,0)和(R,0),R表示第三接收端到另外两个接收端的直线距离，发送端的位置任意设置在所述平面直角坐标系中；

在所述平面直角坐标系中，用P_t(x_t，y_t)和P_t+1(x_t+1，y_t+1)分别表示无源反射标签在两个相邻时刻t和t+1的位置；

用d_A、d_B和d_O分别表示P_t与点A、B、O之间的距离，d′_A、d′_B和d′_O分别表示P_t+1与点A、B、O之间的距离；其中，d_O表示无源反向散射标签与第三接收端之间的距离；

用分别表示无源反向散射标签从P_t移动到P_t+1时向A、B、O移动的距离；

用d_T表示发送端的位置到无源反向散射标签之间的距离；

根据上述参数列出如下等式：

其中，θ_c1，θ_c2，θ_c3表示设备差异项，计算得到：

其中

用上述等式(9)的第三个式子来表示得到：

联立上述等式(9)、(10)，得到下述(11)式：

联立上述等式(11)和(10)得到的线性形式解：

通过上述等式(8)和(9)计算d′_A，得到无源反向散射标签在t+1时刻的位置如下：

其中，设定y≤0；在已知初始位置p(0)情况下，根据p(t+1)＝f(p(t))，通过迭代计算上式得出无源反向散射标签的位置，即完成实时对手写轨迹追踪。

2.根据权利要求1所述的基于无源反射信号高精度实时手写轨迹追踪方法，其特征在于，所述方法中，使用DAH或MOWI方法来计算无源反向散射标签的初始位置，用快速傅立叶变换来估计角频率ω′。