CN108924072A - 一种基于4glte信号的夜视系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于4GLTE信号的夜视系统及其实现方法，包括：信号接收模块，用于接收来自4GLTE基站发射的第一射频信号以及从观测区域返回的第二射频信号，经放大、滤波、模数转换后输出第一信号和第二信号；通信模块，用于将信号接收模块输出的第一信号和第二信号传输至所述软件模块；坐标接收模块，用于获取夜视系统的实时坐标，并传输至软件模块；软件模块，包括第一至第六子模块，用于对第一信号和第二信号进行一系列处理，并结合坐标接收模块获取的系统实时坐标以及4GLTE基站坐标进行二维时域滤波处理，获取观测区域的图像。本发明可以解决现有夜视系统图像分辨率低、系统价格高的问题。

Description

一种基于4GLTE信号的夜视系统及其实现方法

技术领域

本发明涉及一种基于4GLTE信号的夜视系统及其实现方法，具体涉及一种采用4GLTE信号进行夜间目标成像的系统及其实现方法，属于安防技术领域。

背景技术

夜视系统是一类帮助用户在夜间获得视线的辅助系统，常用于汽车，使得驾驶者在夜间或光线微弱的情况下获得前方路况信息，能够给驾驶者对前方潜在威胁提供预警。

现有的夜视相关的技术方案如《CN-201520869666-车载夜视系统》，《CN201720709058一种车载夜视系统》等皆采用红外成像技术，其缺点主要包括：

(1)红外夜视成像系统属于主动式系统，包括红外信号发射机和接收机，成本较高。

(2)如果物体的温度对比度低，红外夜视系统产生的图像分辨率较差。

因此，如何降低系统价格以及如何提高物体温度对比度低时的图像分辨率是亟待解决的问题。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的是：提供一种基于4GLTE信号的夜视系统及其使用方法，以解决图像分辨率低、系统价格高的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于4GLTE信号的夜视系统，其特征在于，包括：

信号接收模块，用于接收来自4GLTE基站发射的第一射频信号以及从观测区域返回的第二射频信号，经放大、滤波、模数转换后输出第一信号和第二信号；

通信模块，用于将信号接收模块输出的第一信号和第二信号传输至所述软件模块；

坐标接收模块，用于获取夜视系统的实时坐标，并传输至软件模块；

软件模块，包括第一子模块，第二子模块，第三子模块，第四子模块，第五子模块，第六子模块，其中：

所述第一子模块，用于将所述信号接收模块输出的第一信号和第二信号从射频信号转换到基带信号，产生第一基带信号和第二基带信号；

所述第二子模块，用于对所述第一基带信号进行时域处理，获取所述第一基带信号的时频信息，消除时频误差，消除电压偏移，消除正交失配，输出第一处理信号；

所述第三子模块，用于对所述第一处理信号进行频域处理，完成信道特征重构、信道频率响应补偿、资源反映射、并串转换、层解码，输出第二处理信号；

所述第四子模块，用于对所述第二处理信号进行码域处理，恢复通信链路承载的比特码流，输出第三处理信号；

所述第五子模块，用于对第四子模块输出的第三处理信号进行调制编码处理并结合4GLTE标准帧结构，输出参考信号；

所述第六子模块，用于对第五子模块输出的参考信号、第一子模块输出的第二基带信号、坐标接收模块获取的系统实时坐标以及4GLTE基站坐标进行成像处理，获取观测区域的图像。

进一步地，所述信号接收模块包括天线组件，射频组件及模数转换组件；所述天线组件包括第一天线和第二天线，所述夜视系统搭载在车辆上，所述第一天线指向天空，用于接收所述第一射频信号，所述第二天线指向车辆前方，用于接收所述第二射频信号；所述射频组件包括低噪声放大电路和带通滤波器电路，所述模数转换组件用于将所述射频组件输出的信号进行模数转换，并输出第一信号和第二信号。

进一步地，所述第二子模块，包括时频误差补偿组件，电压偏移补偿组件，正交失配补偿组件，其中：

所述时频误差补偿组件用于获取第一基带信号的频率偏移，并进行补偿；

所述电压偏移补偿组件用于获取所述时频误差补偿组件输出信号的采样时间偏移，并进行补偿；

所述正交失配补偿组件用于获取所述电压偏移补偿组件输出信号正交分量和差分分量的失配，并进行补偿，进而获得第一处理信号。

进一步地，所述第三子模块包括傅里叶变换组件，信道特征重构组件，信道频率响应补偿组件，多载波解调制组件，资源反映射组件，层解码组件，数字解调制组件，其中：

所述傅里叶变换组件用于将所述正交失配补偿组件输出的第一处理信号从时间域变换到频率域；

所述信道特征重构组件用于通过所述傅里叶变换组件输出信号获得信道的频率响应；

所述信道频率响应补偿组件用于对所述信道特征重构组件输出的频率响应进行补偿处理，获得平稳的信道频率响应，进而获得无畸变的频域信号；

所述多载波解调制组件对所述信道衰落补偿组件输出频域信号进行多载波解调制，将多路多载波信号变换为单路基带信号；

所述资源反映射组件用于获取接收信号中发射端发射的原始信号；

所述层解码组件对所述多载波复用解调制组件输出的单路基带信号进行空时逆变换，获得多载波复用解调制信号；

所述数字解调制组件对所述多载波复用解调制信号进行数字解调制，获得第二处理信号。

进一步地，所述第四子模块包括信道解码组件以及解扰码组件，其中：

所述信道解码组件对所述第二处理信号进行信道解码，获得校验后的信号；

所述解扰码组件对所述信道解码组件输出信号进行解扰码处理，获得第三处理信号。

进一步的，所述第五子模块包括帧结构生成组件和资源映射组件，其中：

所述帧结构生成组件产生4GLTE信号的时域子帧信号；

所述资源映射组件将第三处理信号和所述时域子帧信号进行资源映射，获得参考信号。

进一步，所述第六子模块包括距离向时域滤波组件，成像场景矩阵重构组件和方位向时域滤波组件，其中：

所述距离向时域滤波组件对参考信号和第二基带信号进行距离向时域滤波，获得距离压缩信号；

所述成像场景矩阵重构组件对成像场景中的目标像素点进行几何计算，获得成像场景矩阵；

所述方位向时域滤波组件对系统坐标，4GLTE基站坐标和成像场景矩阵进行几何计算，获得方位向参考信号；进而对所述距离压缩信号和方位向参考信号进行方位向时域滤波，获得观测区域的二维图像。

一种基于4GLTE信号的夜视系统的实现方法，采用如上所述的基于4GLTE信号的夜视系统，其特征在于，包括如下步骤：

(1)所述夜视系统搭载在车辆上，用于接收所述第一射频信号的第一天线指向天空，用于接收所述第二射频信号的第二天线指向车辆前方，车辆启动，所述夜视系统上电开始工作；

(2)所述通信模块将第一信号和第二信号采集起来，并传输至所述软件模块；

(3)所述坐标接收模块获取车辆所在实时位置，并传输至所述软件模块；

(4)所述第一子模块对所述第一信号和所述第二信号进行频率转换，从射频信号转换到基带信号，获得第一基带信号和第二基带信号；

(5)所述第二子模块对所述第一基带信号进行时域处理，获取所述第一基带信号的时频信息，消除时频误差，消除电压偏移，消除正交失配，输出第一处理信号；

(6)所述第三子模块对所述第一处理信号进行频域处理，完成信道特征重构、信道频率响应补偿、多载波解调制、资源反映射、层解码，输出第二处理信号；

(7)所述第四子模块对所述第二处理信号进行码域处理，恢复通信链路承载的比特码流，输出第三处理信号；

(8)所述第五子模块对所述第三处理信号进行调制编码并结合4GLTE标准帧结构，获得参考信号；

(9)所述第六子模块将4GLTE基站坐标，系统实时坐标，第五子模块输出的参考信号和第一子模块输出的第二基带信号进行成像处理，获得观测区域的图像。

进一步地，所述第二子模块的实现方法包括：

S200，对所述第一基带信号进行时间误差补偿，具体包括：对所述第一基带信号，按照一个OFDM符号向量为处理单位，进行时域滤波，产生最大峰值和所述最大峰值对应的时间门信息；进而除去第一基带信号中先于所述时间门信息的信号，保留后续的信号，即为第一补偿信号；

S210，对所述最大峰值进行频率误差补偿，具体包括，对所述每个处理单位的最大峰值信息，进行相位提取，获得峰值相位向量；进而对峰值相位向量进行差分操作，获得频率误差向量；进而在所述第一补偿信号中将其除去，获得第二补偿信号；

S220，对所述第二补偿信号进行电压偏移估计，具体包括：对所述第二补偿信号，按照一个OFDM符号向量为处理单位，计算其均方根幅度值，获得电压偏移；进而对所述第二补偿信号减去所述电压偏移，获得第三补偿信号；

S230，对所述第三补偿信号进行正交失配估计，具体包括：对所述第三补偿信号，按照一个OFDM符号向量为处理单位，去除CP部分和保护间隔部分的符号向量；进而对其余部分计算所述第三补偿信号同向分量与所述第三补偿信号正交分量的失配值；进而对所述第三补偿信号的正交分量消除所述失配值，获得第一处理信号。

进一步地，所述第三子模块的实现方法包括：

S300，对所述第一处理信号，按照一个OFDM符号向量为处理单位，进行傅里叶变换，获得第一变换信号；

S310，对所述第一变换信号进行信道特征重构，具体包括：对所述第一变换信号中参考元素与协议中规定的参考元素，按照一个OFDM符号向量为处理单位，进行比较计算，获得信号特征重构向量；

S320，对所述第一变换信号，按照一个OFDM符号为处理单位，进行傅里叶逆变换，获得第二变换信号；

S330，根据所述信号特征重构向量，对所述第二变换信号进行信道频率响应补偿，具体包括：对所述信号特征重构向量进行矩阵重排操作，获得信号特征矩阵；进而对信号特征矩阵以行为单位，与4GLTE协议中参考行矩阵进行差分计算，获得行参考频率响应向量；进而对信号特征矩阵以列为单位，与4GLTE协议中参考列矩阵进行差分计算，获得列参考频率响应向量；

S340，将行参考频率响应向量，以一个OFDM符号为单位进行插值，获取行频率响应向量；进而将列参考频率响应向量，以一个OFDM子载波间隔为单位进行插值，获取列频率响应向量；进而将行频率响应向量和列频率响应向量集合计算，获得频率响应矩阵；进而对所述第二变换信号和所述频率响应矩阵进行最大似然估计计算，获得频域滤波信号；

S350，对所述频域滤波信号进行多载波解调制，具体包括，以单位Sin波形为基波，以OFDM子载波间隔为谐波频率域步进，以4GLTE带宽宽度为谐波频率域长度，以一个OFDM符号长度为谐波时间域步进，以一个4GLTE子帧长度为谐波时间域长度，产生多载波解调制矩阵；进而对所述频域滤波信号，与所述多载波解调制矩阵进行乘法运算，获得基带多载波解调制信号和高频多载波解调制信号；进而采用低通滤波器将所述高频多载波解调制信号去除，至保留基带多载波解调制信号，即为多载波解调制矩阵；

S360，对所述多载波解调制矩阵进行格式重排，具体包括，对所述多载波解调制矩阵进行转置处理，获得第二多载波解调制矩阵；进而以第二多载波解调制矩阵的行为单位，将所述第二多载波解调制矩阵的各行依次首尾相连，产生多载波解调制向量；

S370，对所述多载波解调制向量进行资源反映射，具体包括，根据4GLTE协议对数据时频资源位置的定义，对所述多载波解调制向量进行资源反映射，获取时频资源信号；

S380，对所述时频资源信号进行降秩处理，获得4GLTE符号向量，具体包括：根据4GLTE协议中层解码矩阵结构，采用所述信号特征重构向量，对所述时频资源信号进行解正交处理，获得并行信号矩阵；进而对所述并行信号矩阵进行并串转换，获得4GLTE符号向量；

S390，对所述4GLTE符号向量进行数字解调制，具体包括：对所述4GLTE符号向量，按照一个OFDM符号向量为一个处理单元，采用最大似然估计算法，进行符号码流匹配，获得第二处理信号。

进一步地，所述第四子模块的实现方法包括：

S400，对所述第二处理信号进行信道解码，获得信道解码符号向量，具体包括：对所述第二处理信号，按照一个OFDM符号向量为一个处理单位，采用贝叶斯迭代算法，获得信道解码符号向量；

S410，对所述信道解码符号向量进行解扰码处理，获得第三处理信号，具体包括，对所述信道解码符号向量，与4GLTE协议中扰码根符号向量，进行软异或处理，获得第三处理信号。

进一步地，所述第五子模块的实现方法包括：

S500，产生4GLTE子帧信号，具体包括，根据4GLTE协议规定的4GLTE子帧的信号结构和特点，采用随机信号进行仿真，获取4GLTE子帧信号；

S510，获得参考信号，具体包括，根据4GLTE协议规定的数据信号流程，对第三处理信号进行编码调制处理，获得数据信号；进而将所述数据信号映射到所述4GLTE子帧信号中，获得参考信号。

进一步的，所述第六子模块的实现方法包括：

S600，获得距离压缩信号，具体包括，将所述第二基带信号，以一个OFDM符号长度为行长度，转换成第二基带矩阵；将所述参考信号以信号本身为一行，扩展到与所述第二基带矩阵相同列数的参考矩阵；进而将所述第二基带矩阵与所述参考矩阵以行为单位进行时域滤波，获得距离向压缩信号；

S610，获得成像场景矩阵，具体包括，获取成像场景的中心三维坐标；以5米为一个步进，获取所述成像场景中以所述中心三维坐标为原点，周围1公里范围内所有像素点的三维坐标，即为成像场景矩阵；

S620，获得观测区域的二维图像，具体包括，对所述方位向时域滤波组件对系统坐标，4GLTE基站坐标和成像场景矩阵进行几何计算，获得相位矩阵；将所述相位矩阵对单位sin信号进行相位调制，获得方位向参考信号；将所述方位向参考信号与距离向压缩信号，以列为单位进行时域滤波，获得观测区域的二维图像。

本发明的有益效果是：本发明的夜视系统及成像方法能够解决当前主流系统存在的技术限制，具体有益效果是：

1)本发明的夜间系统能够提供高分辨率。本系统采用电磁波成像技术，其分辨率恒定，不受目标物体的温度影响。

2)本发明的夜视系统部署成本低，使用的硬件模块均为常用器件，价格低廉。

附图说明

图1是本发明提供的基于4GLTE信号的夜视系统成像场景示意图。

图2是本发明提供的基于4GLTE信号的夜视系统内部结构示意图。

图3是发明提供的基于4GLTE信号的夜视系统软件模块结构示意图

图4是第一子模块结构示意图。

图5是第二子模块结构示意图。

图6是第三子模块结构示意图。

图7是第四子模块结构示意图。

图8是第五子模块结构示意图。

图9是第六子模块结构示意图。

附图中的符号说明：1.4GLTE基站，2.夜视系统部署所在的汽车，3.夜视区域，4.第一射频信号，5.第二射频信号，6.第一天线，7.第二天线，8.低噪放大器电路，9.带通滤波器电路，10.模数转换器电路，11.通信模块，12.位置接收模块，13.软件模块。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。

图1为本发明实施例提供的基于4GLTE信号的夜视系统成像场景示意图，本系统部署在汽车2上，汽车向前行驶，夜视区域3在汽车行驶的正前方。4GLTE基站1向地面360度发射电磁波。本系统通过对从夜视区域3反射的电磁波进行信号处理，获得夜视图像。本系统也可以应用在其它各种车辆和低空飞行器、低空无人机等，包括民用和军用的各种场合均可适用。

图2为本发明提供的基于4GLTE信号的夜视系统包括硬件模块和软件模块的结构示意图。具体包括：

硬件模块用于获取4GLTE基站发射的电磁波和从成像区域反射的电磁波。硬件模块包括信号接收模块，通信模块及坐标接收模块。信号接收模块用来接收来自4GLTE基站发射的第一射频信号以及从观测区域返回的第二射频信号。包括天线组件，射频组件及模数转换组件。通信模块将信号接收模块的输出的第一信号和第二信号传输至所述软件模块。坐标接收模块获取本系统的实时坐标，并传输至软件模块。4GLTE信号包括下行控制信道PDCCH，下行信道PDSCH，HARQ指示信道PHICH，广播信道PBCH，控制格式指示信道PCFICH。优选情况是采用PDSCH。

天线组件包括第一天线6和第二天线7。所述第一天线6接收来自4GLTE基站发出的所述第一射频信号4。所述第二天线接收来自观测区域返回的所述第二射频信号5。第一天线为全向天线，第二天线为定向天线。具体实施时，第二天线例如可以采用20度x20度的波束宽度。

射频组件包括低噪声放大电路8和带通滤波器电路9。具体实施时，低噪声放大电路例如可以采用20dB增益；带通滤波器例如可以采用工作频率与4GLTE的信号频率同频，带宽为40MHz。

模数转换组件10将所述射频组件输出的所述信号进行从模拟变换到数字格式，输出第一信号和第二信号。具体实施时，例如可以采用8位模数转换电路。

通信模块11将信号接收模块的输出的第一信号和第二信号传输至所述软件模块。具体实施时，例如可以采用数据传输率为200Mbps的串口通信模块。

位置接收模块12将系统接收机的实时位置传输至软件模块。具体实施时，例如可以采用商用GPS接收机模块。

图3为软件模块结构示意图，软件模块包括第一子模块，第二子模块，第三子模块，第四子模块，第五子模块，第六子模块。

第一子模块将所述通信模块输入至所述软件模块的第一信号和第二信号从射频频段降低至基带，产生第一基带信号和第二基带信号。图4为第一子模块结构示意图，具体是：第一信号和第二信号分别与本地振荡电路产生的信号通过混频器，获得基带高频混合信号；进而将所述混合信号通过低通滤波电路，获得所述第一基带信号和第二基带信号。

第二子模块对所述第一基带信号进行时域处理，获取所述第一基带信号的时频信息，消除时频误差，消除电压偏移，消除正交失配，输出第一处理信号。图5为第一子模块结构示意图，该模块包括时频误差补偿组件，电压偏移补偿组件，正交失配补偿组件。第二子模块输出第一处理信号。

其中，所述时频误差补偿组件用于获取第一基带信号的频率偏移，并进行补偿；

其中，所述电压偏移补偿组件用于获取所述时频误差补偿组件输出信号的采样时间偏移，并进行补偿；

其中，所述正交失配补偿组件用于获取所述电压偏移补偿组件输出信号正交分量和差分分量的失配，并进行补偿，进而获得第一处理信号。

其中，所述第二子模块的实现方法包括：

S200，对所述第一基带信号进行时间误差补偿，具体包括：对所述第一基带信号，按照一个OFDM符号向量为处理单位，进行时域滤波，产生最大峰值和所述最大峰值对应的时间门信息；进而除去第一基带信号中先于所述时间门信息的信号，保留后续的信号，即为第一补偿信号；

S210，对所述最大峰值进行频率误差补偿，具体包括，对所述每个处理单位的最大峰值信息，进行相位提取，获得峰值相位向量；进而对峰值相位向量进行差分操作，获得频率误差向量；进而在所述第一补偿信号中将其除去，获得第二补偿信号；

S220，对所述第二补偿信号进行电压偏移估计，具体包括：对所述第二补偿信号，按照一个OFDM符号向量为处理单位，计算其均方根幅度值，获得电压偏移；进而对所述第二补偿信号减去所述电压偏移，获得第三补偿信号；

S230，对所述第三补偿信号进行正交失配估计，具体包括：对所述第三补偿信号，按照一个OFDM符号向量为处理单位，去除CP部分和保护间隔部分的符号向量；进而对其余部分计算所述第三补偿信号同向分量与所述第三补偿信号正交分量的失配值；进而对所述第三补偿信号的正交分量消除所述失配值，获得第一处理信号。

第三子模块对所述第一处理信号进行频域处理，完成信道特征重构、信道频率响应补偿、资源反映射、并串转换、层解码，输出第二信号。图6为第三子模块结构示意图，该模块包括傅里叶变换组件，信道特征重构组件，信道频率响应补偿组件，多载波解调制组件，资源反映射组件，层解码组件，数字解调制组件。第三子模块输出第二处理信号。

其中，所述傅里叶变换组件用于将所述正交失配补偿组件输出第一处理信号从时间域变换到频率域；

其中，所述信道特征重构组件用于通过所述傅里叶变换组件输出信号获得信道的频率响应；

其中，所述信道频率响应补偿组件用于对所述信道特征重构组件输出的频率响应进行补偿处理，获得平稳的信道频率响应，进而获得无畸变的频域信号；

其中，所述多载波解调制组件对所述信道衰落补偿组件输出频域信号进行多载波解调制，将多路多载波信号变换为单路基带信号；

其中，所述资源反映射组件用于获取接收信号中发射端发射的原始信号；

其中，所述层解码组件对所述多载波复用解调制组件输出的单路基带信号进行空时逆变换，获得多载波复用解调制信号；

其中，所述数字解调制组件对所述多载波复用解调制信号进行数字解调制，获得第二处理信号。

所述第三子模块的实现方法包括：

S300，对所述第一处理信号，按照一个OFDM符号向量为处理单位，进行傅里叶变换，获得第一变换信号；

S310，对所述第一变换信号进行信道特征重构，具体包括：对所述第一变换信号中参考元素与协议中规定的参考元素，按照一个OFDM符号向量为处理单位，进行比较计算，获得信号特征重构向量；

S320，对所述第一变换信号，按照一个OFDM符号为处理单位，进行傅里叶逆变换，获得第二变换信号；

S330，根据所述信号特征重构向量，对所述第二变换信号进行信道频率响应补偿，具体包括：对所述信号特征重构向量进行矩阵重排操作，获得信号特征矩阵；进而对信号特征矩阵以行为单位，与4GLTE协议中参考行矩阵进行差分计算，获得行参考频率响应向量；进而对信号特征矩阵以列为单位，与4GLTE协议中参考列矩阵进行差分计算，获得列参考频率响应；

S340，将行参考频率响应向量，以一个OFDM符号为单位进行插值，获取行频率响应向量；进而将列参考频率响应向量，以一个OFDM子载波间隔为单位进行插值，获取列频率响应向量；进而将行频率响应向量和列频率响应向量集合计算，获得频率响应矩阵；进而对所述第二变换信号和所述频率响应矩阵进行最大似然估计计算，获得频域滤波信号；

S350，对所述频域滤波信号进行多载波解调制，具体包括，以单位Sin波形为基波，以OFDM子载波间隔为谐波频率域步进，以4GLTE带宽宽度为谐波频率域长度，以一个OFDM符号长度为谐波时间域步进，以一个4GLTE子帧长度为谐波时间域长度，产生多载波解调制矩阵；进而对所述频域滤波信号，与所述多载波解调制矩阵进行乘法运算，获得基带多载波解调制信号和高频多载波解调制信号；进而采用低通滤波器将所述高频多载波解调制信号去除，至保留基带多载波解调制信号，即为多载波解调制矩阵；

S360，对所述多载波解调制矩阵进行格式重排，具体包括，对所述多载波解调制矩阵进行转置处理，获得第二多载波解调制矩阵；进而以第二多载波解调制矩阵的行为单位，将所述第二多载波解调制矩阵的各行依次收尾相连，产生多载波解调制向量；

S370，对所述多载波解调制向量进行资源反映射，具体包括，根据4GLTE协议对数据时频资源位置的定义，对所述多载波解调制向量进行资源反映射，获取时频资源信号；

S380，多所述时频资源信号进行降秩处理，获得4GLTE符号向量，具体包括：根据4GLTE协议中层解码矩阵结构，采用所述信号特征重构向量，对所述时频资源信号进行解正交处理，获得并行信号矩阵；进而对所述并行信号矩阵进行并串转换，获得4GLTE符号向量；

S390，对所述4GLTE符号向量进行数字解调制，具体包括：对所述4GLTE符号向量，按照一个OFDM符号向量为一个处理单元，采用最大似然估计算法，进行符号码流匹配，获得第二处理信号。

第四子模块对所述第二处理信号进行码域处理，恢复通信链路承载的比特码流，输出第三处理信号。图7为第四子模块结构示意图，该模块包括信道解码组件以及解扰码组件。

其中，所述信道解码组件对所述第二处理信号进行信道解码，获得校验后的信号。

其中，所述解扰码组件对所述信道解码组件输出信号进行解扰码处理，获得第三处理信号。

所述第四子模块的实现方法包括：

S400，对所述第二处理信号进行信道解码，获得信道解码符号向量，具体包括：对所述第二处理信号，按照一个OFDM符号向量为一个处理单位，采用贝叶斯迭代算法，获得信道解码符号向量；

S410，对所述信道解码符号向量进行解扰码处理，获得第三处理信号，具体包括，对所述信道解码符号向量，与4GLTE协议中扰码根符号向量，进行软异或处理，获得第三处理信号。

第五子模块对所述第三处理信号进行调制编码处理并结合4GLTE标准帧结构，输出参考信号。图8为第五子模块结构示意图，该模块包括帧结构生成组件和资源映射组件。

其中，所述帧结构生成组件产生4GLTE信号的时域子帧信号。

其中，所述资源映射组件将第三处理信号和所述时域子帧信号进行资源映射，获得参考信号。

所述第五子模块的实现方法包括：

S500，产生4GLTE子帧信号，具体包括，根据4GLTE协议规定的4GLTE子帧的信号结构和特点，采用随机信号进行仿真，获取4GLTE子帧信号；

S510，获得参考信号，具体包括，根据4GLTE协议规定的数据信号流程，对第三处理信号进行编码调制处理，获得数据信号；进而将所述数据信号映射到所述4GLTE子帧信号中，获得参考信号。

第六子模块对第五子模块输出的参考信号、第一子模块输出的第二基带信号、坐标接收模块获取的系统实时坐标以及4GLTE基站坐标进行成像处理，获取观测区域的图像。图9为第六子模块结构示意图，该模块包括距离向时域滤波组件，成像场景矩阵重构组件和方位向时域滤波组件。

其中，所述距离向时域滤波组件对参考信号和第二基带信号进行距离向时域滤波，获得距离压缩信号。

其中，所述成像场景矩阵重构组件对成像场景中的目标像素点进行几何计算，获得成像场景矩阵。

其中，所述方位向时域滤波组件对系统坐标，4GLTE基站坐标和成像场景矩阵进行几何计算，获得方位向参考信号；进而对所述距离压缩信号和方位向参考信号进行方位向时域滤波，获得观测区域的二维图像。

所述第六子模块的实现方法包括：

S600，获得距离压缩信号，具体包括，将所述第二基带信号，以一个OFDM符号长度为行长度，转换成第二基带矩阵；将所述参考信号以信号本身为一行，扩展到与所述第二基带矩阵相同列数的参考矩阵；进而将所述第二基带矩阵与所述参考矩阵以行为单位进行时域滤波，获得距离向压缩信号；

S610，获得成像场景矩阵，具体包括，获取成像场景的中心三维坐标；以5米为一个步进，获取所述成像场景中以所述中心三维坐标为原点，周围1公里范围内所有像素点的三维坐标，即为成像场景矩阵；

S620，获得观测区域的二维图像，具体包括，对所述方位向时域滤波组件对系统坐标，4GLTE基站坐标和成像场景矩阵进行几何计算，获得相位矩阵；将所述相位矩阵对单位sin信号进行相位调制，获得方位向参考信号；将所述方位向参考信号与距离向压缩信号，以列为单位进行时域滤波，获得观测区域的二维图像。

本发明提供的一种基于4GLTE信号的夜视系统的实现方法，具体工作过程如下：

(1)所述夜视系统搭载在车辆上，用于接收所述第一射频信号的第一天线指向天空，用于接收所述第二射频信号的第二天线指向车辆前方，车辆启动，所述夜视系统上电开始工作；

(2)所述通信模块将第一信号和第二信号采集起来，并传输至所述软件模块；

(3)所述坐标接收模块获取车辆所在实时位置，并传输至所述软件模块；

(4)所述第一子模块对所述第一信号和所述第二信号进行频率转换，从射频信号转换到基带信号，获得第一基带信号和第二基带信号；

(5)所述第二子模块对所述第一基带信号进行时域处理，获取所述第一基带信号的时频信息，消除时频误差，消除电压偏移，消除正交失配，输出第一处理信号；

(6)所述第三子模块对所述第一处理信号进行频域处理，完成信道特征重构、信道频率响应补偿、多载波解调制、资源反映射、层解码，输出第二信号；

(7)所述第四子模块对所述第二处理信号进行码域处理，恢复通信链路承载的比特码流，输出第三处理信号；

(8)所述第五子模块对所述第三处理信号进行调制编码并结合4GLTE标准帧结构，获得参考信号；

(9)所述第六子模块将4GLTE基站坐标，系统实时坐标，第五子模块输出的参考信号和第一子模块输出的第二基带信号进行成像处理，获得观测区域的图像。

最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种基于4GLTE信号的夜视系统，其特征在于，包括：

信号接收模块，用于接收来自4GLTE基站发射的第一射频信号以及从观测区域返回的第二射频信号，经放大、滤波、模数转换后输出第一信号和第二信号；

通信模块，用于将信号接收模块输出的第一信号和第二信号传输至所述软件模块；

坐标接收模块，用于获取夜视系统的实时坐标，并传输至软件模块；

软件模块，包括第一子模块，第二子模块，第三子模块，第四子模块，第五子模块，第六子模块，其中：

所述第一子模块，用于将所述信号接收模块输出的第一信号和第二信号从射频信号转换到基带信号，产生第一基带信号和第二基带信号；

所述第二子模块，用于对所述第一基带信号进行时域处理，获取所述第一基带信号的时频信息，消除时频误差，消除电压偏移，消除正交失配，输出第一处理信号；

所述第三子模块，用于对所述第一处理信号进行频域处理，完成信道特征重构、信道频率响应补偿、资源反映射、并串转换、层解码，输出第二处理信号；

所述第四子模块，用于对所述第二处理信号进行码域处理，恢复通信链路承载的比特码流，输出第三处理信号；

所述第五子模块，用于对第四子模块输出的第三处理信号进行调制编码处理并结合4GLTE标准帧结构，输出参考信号；

所述第六子模块，用于对第五子模块输出的参考信号、第一子模块输出的第二基带信号、坐标接收模块获取的系统实时坐标以及4GLTE基站坐标进行成像处理，获取观测区域的图像。

2.根据权利要求1所述的基于4GLTE信号的夜视系统，其特征在于：所述信号接收模块包括天线组件，射频组件及模数转换组件；所述天线组件包括第一天线和第二天线，所述夜视系统搭载在车辆上，所述第一天线指向天空，用于接收所述第一射频信号，所述第二天线指向车辆前方，用于接收所述第二射频信号；所述射频组件包括低噪声放大电路和带通滤波器电路，所述模数转换组件用于将所述射频组件输出的信号进行模数转换，并输出第一信号和第二信号。

3.根据权利要求1所述的基于4GLTE信号的夜视系统，其特征在于：所述第二子模块，包括时频误差补偿组件，电压偏移补偿组件，正交失配补偿组件，其中：

所述时频误差补偿组件用于获取第一基带信号的频率偏移，并进行补偿；

所述电压偏移补偿组件用于获取所述时频误差补偿组件输出信号的采样时间偏移，并进行补偿；

所述正交失配补偿组件用于获取所述电压偏移补偿组件输出信号正交分量和差分分量的失配，并进行补偿，进而获得第一处理信号；

所述第三子模块包括傅里叶变换组件，信道特征重构组件，信道频率响应补偿组件，多载波解调制组件，资源反映射组件，层解码组件，数字解调制组件，其中：

所述傅里叶变换组件用于将所述正交失配补偿组件输出的第一处理信号从时间域变换到频率域；

所述信道特征重构组件用于通过所述傅里叶变换组件输出信号获得信道的频率响应；

所述信道频率响应补偿组件用于对所述信道特征重构组件输出的频率响应进行补偿处理，获得平稳的信道频率响应，进而获得无畸变的频域信号；

所述多载波解调制组件对所述信道衰落补偿组件输出频域信号进行多载波解调制，将多路多载波信号变换为单路基带信号；

所述资源反映射组件用于获取接收信号中发射端发射的原始信号；

所述层解码组件对所述多载波复用解调制组件输出的单路基带信号进行空时逆变换，获得多载波复用解调制信号；

所述数字解调制组件对所述多载波复用解调制信号进行数字解调制，获得第二处理信号。

4.根据权利要求1所述的基于4GLTE信号的夜视系统，其特征在于：所述第四子模块包括信道解码组件以及解扰码组件，其中：

所述信道解码组件对所述第二处理信号进行信道解码，获得校验后的信号；

所述解扰码组件对所述信道解码组件输出信号进行解扰码处理，获得第三处理信号；

所述第五子模块包括帧结构生成组件和资源映射组件，其中：

所述帧结构生成组件产生4GLTE信号的时域子帧信号；

所述资源映射组件将第三处理信号和所述时域子帧信号进行资源映射，获得参考信号。

5.根据权利要求1所述的基于4GLTE信号的夜视系统，其特征在于：所述第六子模块包括距离向时域滤波组件，成像场景矩阵重构组件和方位向时域滤波组件，其中：

所述距离向时域滤波组件对参考信号和第二基带信号进行距离向时域滤波，获得距离压缩信号；

所述成像场景矩阵重构组件对成像场景中的目标像素点进行几何计算，获得成像场景矩阵；

所述方位向时域滤波组件对系统坐标，4GLTE基站坐标和成像场景矩阵进行几何计算，获得方位向参考信号；进而对所述距离压缩信号和方位向参考信号进行方位向时域滤波，获得观测区域的二维图像。

6.一种基于4GLTE信号的夜视系统的实现方法，采用如权利要求1-5任意一项所述的基于4GLTE信号的夜视系统，其特征在于，包括如下步骤：

(1)所述夜视系统搭载在车辆上，用于接收所述第一射频信号的第一天线指向天空，用于接收所述第二射频信号的第二天线指向车辆前方，车辆启动，所述夜视系统上电开始工作；

(2)所述通信模块将第一信号和第二信号采集起来，并传输至所述软件模块；

(3)所述坐标接收模块获取车辆所在实时位置，并传输至所述软件模块；

(4)所述第一子模块对所述第一信号和所述第二信号进行频率转换，从射频信号转换到基带信号，获得第一基带信号和第二基带信号；

(5)所述第二子模块对所述第一基带信号进行时域处理，获取所述第一基带信号的时频信息，消除时频误差，消除电压偏移，消除正交失配，输出第一处理信号；

(6)所述第三子模块对所述第一处理信号进行频域处理，完成信道特征重构、信道频率响应补偿、多载波解调制、资源反映射、层解码，输出第二处理信号；

(7)所述第四子模块对所述第二处理信号进行码域处理，恢复通信链路承载的比特码流，输出第三处理信号；

(8)所述第五子模块对所述第三处理信号进行调制编码并结合4GLTE标准帧结构，获得参考信号；

(9)所述第六子模块将4GLTE基站坐标，系统实时坐标，第五子模块输出的参考信号和第一子模块输出的第二基带信号进行成像处理，获得观测区域的图像。

7.根据权利要求6所述的基于4GLTE信号的夜视系统的实现方法，其特征在于：所述第二子模块的实现方法包括：

S200，对所述第一基带信号进行时间误差补偿，具体包括：对所述第一基带信号，按照一个OFDM符号向量为处理单位，进行时域滤波，产生最大峰值和所述最大峰值对应的时间门信息；进而除去第一基带信号中先于所述时间门信息的信号，保留后续的信号，即为第一补偿信号；

S210，对所述最大峰值进行频率误差补偿，具体包括，对所述每个处理单位的最大峰值信息，进行相位提取，获得峰值相位向量；进而对峰值相位向量进行差分操作，获得频率误差向量；进而在所述第一补偿信号中将其除去，获得第二补偿信号；

S220，对所述第二补偿信号进行电压偏移估计，具体包括：对所述第二补偿信号，按照一个OFDM符号向量为处理单位，计算其均方根幅度值，获得电压偏移；进而对所述第二补偿信号减去所述电压偏移，获得第三补偿信号；

S230，对所述第三补偿信号进行正交失配估计，具体包括：对所述第三补偿信号，按照一个OFDM符号向量为处理单位，去除CP部分和保护间隔部分的符号向量；进而对其余部分计算所述第三补偿信号同向分量与所述第三补偿信号正交分量的失配值；进而对所述第三补偿信号的正交分量消除所述失配值，获得第一处理信号。

8.根据权利要求6所述的基于4GLTE信号的夜视系统的实现方法，其特征在于：所述第三子模块的实现方法包括：

S300，对所述第一处理信号，按照一个OFDM符号向量为处理单位，进行傅里叶变换，获得第一变换信号；

S310，对所述第一变换信号进行信道特征重构，具体包括：对所述第一变换信号中参考元素与协议中规定的参考元素，按照一个OFDM符号向量为处理单位，进行比较计算，获得信号特征重构向量；

S320，对所述第一变换信号，按照一个OFDM符号为处理单位，进行傅里叶逆变换，获得第二变换信号；

S330，根据所述信号特征重构向量，对所述第二变换信号进行信道频率响应补偿，具体包括：对所述信号特征重构向量进行矩阵重排操作，获得信号特征矩阵；进而对信号特征矩阵以行为单位，与4GLTE协议中参考行矩阵进行差分计算，获得行参考频率响应向量；进而对信号特征矩阵以列为单位，与4GLTE协议中参考列矩阵进行差分计算，获得列参考频率响应向量；

S340，将行参考频率响应向量，以一个OFDM符号为单位进行插值，获取行频率响应向量；进而将列参考频率响应向量，以一个OFDM子载波间隔为单位进行插值，获取列频率响应向量；进而将行频率响应向量和列频率响应向量集合计算，获得频率响应矩阵；进而对所述第二变换信号和所述频率响应矩阵进行最大似然估计计算，获得频域滤波信号；

S350，对所述频域滤波信号进行多载波解调制，具体包括，以单位Sin波形为基波，以OFDM子载波间隔为谐波频率域步进，以4GLTE带宽宽度为谐波频率域长度，以一个OFDM符号长度为谐波时间域步进，以一个4GLTE子帧长度为谐波时间域长度，产生多载波解调制矩阵；进而对所述频域滤波信号，与所述多载波解调制矩阵进行乘法运算，获得基带多载波解调制信号和高频多载波解调制信号；进而采用低通滤波器将所述高频多载波解调制信号去除，至保留基带多载波解调制信号，即为多载波解调制矩阵；

S360，对所述多载波解调制矩阵进行格式重排，具体包括，对所述多载波解调制矩阵进行转置处理，获得第二多载波解调制矩阵；进而以第二多载波解调制矩阵的行为单位，将所述第二多载波解调制矩阵的各行依次首尾相连，产生多载波解调制向量；

S370，对所述多载波解调制向量进行资源反映射，具体包括，根据4GLTE协议对数据时频资源位置的定义，对所述多载波解调制向量进行资源反映射，获取时频资源信号；

S380，对所述时频资源信号进行降秩处理，获得4GLTE符号向量，具体包括：根据4GLTE协议中层解码矩阵结构，采用所述信号特征重构向量，对所述时频资源信号进行解正交处理，获得并行信号矩阵；进而对所述并行信号矩阵进行并串转换，获得4GLTE符号向量；

S390，对所述4GLTE符号向量进行数字解调制，具体包括：对所述4GLTE符号向量，按照一个OFDM符号向量为一个处理单元，采用最大似然估计算法，进行符号码流匹配，获得第二处理信号。

9.根据权利要求6所述的基于4GLTE信号的夜视系统的实现方法，其特征在于：所述第四子模块的实现方法包括：

S400，对所述第二处理信号进行信道解码，获得信道解码符号向量，具体包括：对所述第二处理信号，按照一个OFDM符号向量为一个处理单位，采用贝叶斯迭代算法，获得信道解码符号向量；

S410，对所述信道解码符号向量进行解扰码处理，获得第三处理信号，具体包括，对所述信道解码符号向量，与4GLTE协议中扰码根符号向量，进行软异或处理，获得第三处理信号；

所述第五子模块的实现方法包括：

S500，产生4GLTE子帧信号，具体包括，根据4GLTE协议规定的4GLTE子帧的信号结构和特点，采用随机信号进行仿真，获取4GLTE子帧信号；

S510，获得参考信号，具体包括，根据4GLTE协议规定的数据信号流程，对第三处理信号进行编码调制处理，获得数据信号；进而将所述数据信号映射到所述4GLTE子帧信号中，获得参考信号。

10.根据权利要求6所述的基于4GLTE信号的夜视系统的实现方法，其特征在于：所述第六子模块的实现方法包括：

S600，获得距离压缩信号，具体包括，将所述第二基带信号，以一个OFDM符号长度为行长度，转换成第二基带矩阵；将所述参考信号以信号本身为一行，扩展到与所述第二基带矩阵相同列数的参考矩阵；进而将所述第二基带矩阵与所述参考矩阵以行为单位进行时域滤波，获得距离向压缩信号；

S610，获得成像场景矩阵，具体包括，获取成像场景的中心三维坐标；以5米为一个步进，获取所述成像场景中以所述中心三维坐标为原点，周围1公里范围内所有像素点的三维坐标，即为成像场景矩阵；

S620，获得观测区域的二维图像，具体包括，对所述方位向时域滤波组件对系统坐标，4GLTE基站坐标和成像场景矩阵进行几何计算，获得相位矩阵；将所述相位矩阵对单位sin信号进行相位调制，获得方位向参考信号；将所述方位向参考信号与距离向压缩信号，以列为单位进行时域滤波，获得观测区域的二维图像。