[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

摘要

本发明公开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。属于无线网络中目标探测与跟踪技术领域。采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。有效地分离了无线层析成像网络中各链路的多径信号，极大程度地减少了噪声及其他多径信号对节点间链路LOS信号的影响，突出了由于目标存在引起的衰减效应，从而更准确地实现目标定位，修正伪像。

主权项

1.一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，其特征在于，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；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=2arc cot(-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：对第i条链路的接收信号，在其|R_α(u)|_i中进行尖峰搜索，搜得每一个尖峰即每个chirp分量的分数阶傅立叶变换模值的最大峰值为第l个尖峰对应的该p阶分数阶域坐标，l＝1，2，…，m_i，m_i为第i条链路接收信号中chirp分量的个数，也即多径的条数，然后按以下方法得到该链路的各chirp分量的中心频率延时τ_il的估计：若发送的探测信号为则根据如下对应关系，得到该链路接收信号中第l个chirp分量的中心频率和时延τ_il：f0il=u0ilcsc(pπ/2)τil=f0-f0ilk;]]>步骤三：对每一链路的接收信号执行如下操作：对第i条链路的接收信号，从其在步骤二获得的时延τ_il中搜素最小值，其中l=1，2，…，m_i，这个最小值所属的chirp分量即为该链路时延最小的LOS信号，其对应的中心频率、时延、分数阶域坐标和幅度分别记作和对链路i构造信号对该构造信号进行p阶分数阶傅立叶变换获得其分数阶谱的最大峰值得到链路i的LOS信号的幅度估计值为并且其对应的t时刻LOS信号强度即LOS信号功率为PLOSi=20lgALOSi;]]>步骤四：得到各链路LOS信号强度后，由下式获得t时刻链路i的接收信号中的LOS信号强度的变化值Δy_i：Δyi=PLOSi-PLOSei]]>为t时刻测得的链路i的接收信号中的LOS信号强度；为系统初始化时已知无检测目标存在情况下链路i接收到的信号经过步骤一至步骤三处理得到的该链路接收信号中LOS信号强度；步骤五：将待探测区域分割成N个小的区域，每个小的区域称为像素，N的取值与距离分辨率有关，当带宽足够大的情况下，距离分辨率要求越高，N的取值越大；将N个像素按次序依次编号，并记录各像素的位置分布情况；令Δx_j为LOS信号传输过程中在第j个像素内的衰减值，1≤j≤N，那么对每一链路，将LOS信号强度的变化Δy_i看作是Δx_j的加权和，即用公式表示为Δyi=Σj=1NwijΔxj+ni]]>进一步将上式写成矩阵形式：y=Wx+n即y_M×1=W_M×Nx_N×1+n_M×1；其中：x=[Δx₁，Δx₂，Δx₃，…，Δx_j，…，Δx_N]^T；y=[Δy₁，Δy₂，Δy₃，…，Δy_i,…，Δy_M]^T；W=[w_ij]_M×N，称W为预设的权重矩阵；n=[n₁，n₂，n₃…，n_j，…，n_M]^T；n为各链路噪声，噪声来自于各链路信号在传输中受到的各种扰动；步骤六：求解步骤五构造的线性方程得到x，即每一像素内LOS信号强度的衰减情况，将矩阵x中的正值置0，认为矩阵x中绝对值最大的元素所对应的像素在探测区域中的位置存在目标，由此实现目标定位；步骤七：按步骤五记录的像素区域划分情况对矩阵x进行重构，即，使矩阵x的各元素按照其各自对应的像素在探测区域中的位置进行排布；将矩阵x元素值取反，然后量化为相应的灰度值并用图形显示，即可直观地定位t时刻目标的位置。