CN110412557B - 一种基于ofdm信号的测量速度和距离的方法及装置 - Google Patents

一种基于ofdm信号的测量速度和距离的方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN110412557B
CN110412557B CN201910745126.4A CN201910745126A CN110412557B CN 110412557 B CN110412557 B CN 110412557B CN 201910745126 A CN201910745126 A CN 201910745126A CN 110412557 B CN110412557 B CN 110412557B
Authority
CN
China
Prior art keywords
matrix
time
ofdm
frequency resource
representing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910745126.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110412557A (zh
Inventor
冯志勇
黄赛
严正行
张轶凡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing University of Posts and Telecommunications
Original Assignee
Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing University of Posts and Telecommunications filed Critical Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority to CN201910745126.4A priority Critical patent/CN110412557B/zh
Publication of CN110412557A publication Critical patent/CN110412557A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110412557B publication Critical patent/CN110412557B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/08—Systems for measuring distance only
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/08—Systems for measuring distance only
    • G01S13/32—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
    • G01S13/36—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated with phase comparison between the received signal and the contemporaneously transmitted signal
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • G01S13/583—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems using transmission of continuous unmodulated waves, amplitude-, frequency-, or phase-modulated waves and based upon the Doppler effect resulting from movement of targets
    • G01S13/584—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems using transmission of continuous unmodulated waves, amplitude-, frequency-, or phase-modulated waves and based upon the Doppler effect resulting from movement of targets adapted for simultaneous range and velocity measurements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

本发明实施例提供了一种基于OFDM信号的测量速度和距离的方法及装置，包括：发射对OFDM时域基带信号进行转换得到的射频信号，OFDM时域基带信号包含发射时频资源元素矩阵；在发射射频信号的发射位置，接收射频信号经各待探测物散射并叠加形成的回波信号；从回波信号中提取得到接收时频资源元素矩阵；基于发射时频资源元素矩阵和接收时频资源元素矩阵，计算出环境状态感知矩阵；基于时域离散傅里叶变换和频域反离散傅里叶变换，对环境状态感知矩阵进行变换，得到目标矩阵；基于目标矩阵的模矩阵所表示的二维速度距离感知图，确定各待探测物的相对速度和相对距离，采用本发明实施例的方案，提高了用OFDM信号测量速度和距离的分辨率。

Description

一种基于OFDM信号的测量速度和距离的方法及装置
技术领域
本发明涉及无线信号处理技术领域，特别是涉及一种基于OFDM信号的测量速度和距离的方法及装置。
背景技术
由于OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)技术具有频谱资源利用效率高、抗衰落和抗多径传播效应等多种优点，使得基于OFDM的大容量无线通信系统得到快速发展。另外，由于OFDM信号具有对多普勒频移的高容忍优点，使得OFDM技术被广泛应用于雷达探测系统。并且，由于无线通信与雷达系统的融合能给雷达系统带来大的性能增益，因此，基于OFDM信号的无线通信与雷达系统融合成为了一种新的发展趋势。
现有的基于OFDM信号的测量速度和距离的方法，主要是通过设计相位编码，然后采用基于基带采样点和OFDM符号的相关处理方法，实现测量速度和距离。其中，在现有的基于基带采样点和OFDM符号的相关处理方法中，还考虑进行多滤波器设计，以进一步提高测量速度和距离的性能。
但是，现有的基于基带采样点和OFDM符号的相关处理方法对OFDM信号的时频资源元素承载的信息的利用有所不足，以及OFDM信号处理中的多滤波器设计存在局限性，限制了用OFDM信号测量距离和速度的分辨率。并且，多滤波器设计也导致了高计算复杂度。此外，现有的基于OFDM信号的测量速度和距离的方法使用的相位编码设计不利于OFDM信号在通信系统中的应用，阻碍了基于OFDM信号的无线通信与雷达系统的融合发展。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种基于OFDM信号的测量速度和距离的方法及装置，用以实现提高OFDM信号用于测量速度和距离的分辨率。
为达到上述目的，本发明实施例提供了一种基于OFDM信号的测量速度和距离的方法，包括：
发射对OFDM时域基带信号进行转换得到的射频信号，所述OFDM时域基带信号包含的时频资源元素矩阵作为发射时频资源元素矩阵，所述发射时频资源元素矩阵表示时频资源相位调制信息；
在发射所述射频信号的发射位置，接收所述射频信号经各待探测物散射并叠加形成的回波信号；
从所述回波信号中提取含有的时频资源元素矩阵，作为接收时频资源元素矩阵；
基于所述发射时频资源元素矩阵和所述接收时频资源元素矩阵，计算出环境状态感知矩阵，所述环境状态感知矩阵表示所述发射时频资源元素矩阵和所述接收时频资源元素矩阵之间的幅度和相位变化信息；
基于时域离散傅里叶变换和频域反离散傅里叶变换，对所述环境状态感知矩阵进行变换，得到的矩阵作为目标矩阵；
基于所述目标矩阵的模矩阵所表示的二维速度距离感知图，确定所述各待探测物的相对速度和相对距离，其中，所述二维速度距离感知图的横向表示相对速度，所述二维速度距离感知图的纵向表示相对距离。
进一步的，所述OFDM时域基带信号采用如下公式表示：
Figure BDA0002165307940000021
其中，t表示时间，
Figure BDA0002165307940000022
表示OFDM时域基带信号，M(m，n)表示掩膜矩阵，掩膜矩阵M(m，n)的值在时频资源元素有数据传输的位置处为1，在时频资源元素没有数据传输的位置处的值为0，DTx(m，n)表示所述发射时频资源元素矩阵，Nc表示OFDM子载波数量，Nsym表示一段时间内传输的OFDM符号数量，m表示OFDM子载波的索引，n表示OFDM符号索引，Δf表示OFDM子载波间隔，函数rect()表示矩形窗，TOFDM表示总的OFDM持续时间，并且TOFDM＝Tcp+T，T表示OFDM基本符号持续时间，Tcp表示循环前缀(Cyclic Prefix，CP)的持续时间。
进一步的，在所述从所述回波信号中提取含有的时频资源元素矩阵之前，还包括：
将所述回波信号转换为时域的基带回波信号；
所述从所述回波信号中提取含有的时频资源元素矩阵，作为接收时频资源元素矩阵，包括：
在所述回波信号被转换为时域的基带回波信号后，从所述基带回波信号中提取含有的时频资源元素矩阵，作为接收时频资源元素矩阵。
进一步的，所述基于所述发射时频资源元素矩阵和所述接收时频资源元素矩阵，计算出环境状态感知矩阵，包括：
基于所述发射时频资源元素矩阵和所述接收时频资源元素矩阵，采用如下公式，计算出环境状态感知矩阵：
H(m，n)＝M(m，n)DTx(m，n)-1(DRx(m，n)-W(m，n))
其中，H(m，n)表示所述环境状态感知矩阵，M(m，n)表示时频资源元素掩膜矩阵，DRx(m，n)表示所述接收时频资源元素矩阵，DTx(m，n)表示所述发射时频资源元素矩阵，W(m，n)表示在不同时频资源位置上接收到的信号噪声，m表示OFDM子载波的索引，n表示OFDM符号索引。
进一步的，所述基于时域离散傅里叶变换和频域反离散傅里叶变换，对所述环境状态感知矩阵进行变换，得到的矩阵作为目标矩阵，包括：
对所述环境状态感知矩阵先进行时域离散傅里叶变换DFT，得到中间矩阵，然后对所述中间矩阵进行频域反离散傅里叶变换IDFT，得到目标矩阵；或者，
对所述环境状态感知矩阵先进行频域反离散傅里叶变换IDFT，得到中间矩阵，然后对所述中间矩阵进行时域离散傅里叶变换DFT，得到目标矩阵。
进一步的，采用如下公式计算出所述目标矩阵：
Figure BDA0002165307940000041
p＝0，...，Nc-1
Figure BDA0002165307940000042
其中，
Figure BDA0002165307940000043
表示所述目标矩阵，p表示相对距离峰值索引，q表示相对速度峰值索引，Nc表示OFDM子载波数量，Nsym表示一段时间内传输的OFDM符号数量，Nt表示表示运动状态不同的各待探测物，m表示OFDM子载波的索引，n表示OFDM符号索引，k表示各待探测物的索引，R(k)表示各待探测物的相对距离，v(k)表示各待探测物的相对速度，fc表示OFDM中心载波频率，c0表示光在空气中的传播速度，TOFDM表示总的OFDM持续时间，T表示OFDM基本符号持续时间，并且TOFDM＝Tcp+T，T表示OFDM基本符号持续时间，Tcp表示循环前缀(CyclicPrefix，CP)的持续时间，Δf表示OFDM子载波间隔。
进一步的，所述基于所述目标矩阵的模矩阵所表示的二维速度距离感知图，确定所述各待探测物的相对速度和相对距离，包括：
采用如下公式计算所述各待探测物的相对距离：
Figure BDA0002165307940000044
k＝0，...，Nt-1
p(k)＝0，...，Nc-1
其中，
Figure BDA0002165307940000045
表示第k个待探测物的相对距离测量值，k表示待探测物索引，Nt表示待探测物数量，p(k)表示从所述模矩阵中获得的第k个待探测物的相对距离峰值索引，c0表示光在空气中的传播速度，Δf表示OFDM子载波间隔，Nc表示OFDM子载波数量；
采用如下公式计算所述各待探测物的相对速度：
Figure BDA0002165307940000051
k＝0，...，Nt-1
Figure BDA0002165307940000052
其中，
Figure BDA0002165307940000053
表示第k个待探测物的相对速度测量值，k表示待探测物索引，Nt表示待探测物数量，q(k)表示从所述模矩阵中获得的第k个待探测物的相对速度峰值索引，c0表示光在空气中的传播速度，TOFDM表示总的OFDM持续时间，Nsym表示一段时间内传输的OFDM符号数量，fc表示OFDM中心载波频率。
为了达到上述目的，本发明实施例还提供了一种基于OFDM信号的测量速度和距离的装置，包括：
信号发射模块，用于发射对OFDM时域基带信号进行转换得到的射频信号，所述OFDM时域基带信号包含的时频资源元素矩阵作为发射时频资源元素矩阵，所述发射时频资源元素矩阵表示时频资源相位调制信息；
信号接收模块，用于在发射所述射频信号的发射位置，接收所述射频信号经各待探测物散射并叠加形成的回波信号；
矩阵提取模块，用于从所述回波信号中提取含有的时频资源元素矩阵，作为接收时频资源元素矩阵；
矩阵计算模块，用于基于所述发射时频资源元素矩阵和所述接收时频资源元素矩阵，计算出环境状态感知矩阵，所述环境状态感知矩阵表示所述发射时频资源元素矩阵和所述接收时频资源元素矩阵之间的幅度和相位变化信息；
矩阵变换模块，用于基于时域离散傅里叶变换和频域反离散傅里叶变换，对所述环境状态感知矩阵进行变换，得到的矩阵作为目标矩阵；
确定模块，用于基于所述目标矩阵的模矩阵所表示的二维速度距离感知图，确定所述各待探测物的相对速度和相对距离，其中，所述二维速度距离感知图的横向表示相对速度，所述二维速度距离感知图的纵向表示相对距离。
进一步的，所述OFDM时域基带信号采用如下公式表示：
Figure BDA0002165307940000061
其中，t表示时间，
Figure BDA0002165307940000062
表示OFDM时域基带信号，M(m，n)表示掩膜矩阵，掩膜矩阵M(m，n)的值在时频资源元素有数据传输的位置处为1，在时频资源元素没有数据传输的位置处的值为0，DTx(m，n)表示所述发射时频资源元素矩阵，Nc表示OFDM子载波数量，Nsym表示一段时间内传输的OFDM符号数量，m表示OFDM子载波的索引，n表示OFDM符号索引，Δf表示OFDM子载波间隔，函数rect()表示矩形窗，TOFDM表示总的OFDM持续时间，并且TOFDM＝Tcp+T，T表示OFDM基本符号持续时间，Tcp表示循环前缀(Cyclic Prefix，CP)的持续时间。
进一步的，所述装置，还包括：
信号转换模块，用于将所述回波信号转换为时域的基带回波信号；
所述矩阵提取模块，具体用于在所述回波信号被转换为时域的基带回波信号后，从所述基带回波信号中提取含有的时频资源元素矩阵，作为接收时频资源元素矩阵。
进一步的，所述矩阵计算模块，具体用于基于所述发射时频资源元素矩阵和所述接收时频资源元素矩阵，采用如下公式，计算出环境状态感知矩阵：
H(m，n)＝M(m，n)DTx(m，n)-1(DRx(m，n)-W(m，n))
其中，H(m，n)表示所述环境状态感知矩阵，M(m，n)表示时频资源元素掩膜矩阵，DRx(m，n)表示所述接收时频资源元素矩阵，DTx(m，n)表示所述发射时频资源元素矩阵，W(m，n)表示在不同时频资源位置上接收到的信号噪声，m表示OFDM子载波的索引，n表示OFDM符号索引。
进一步的，所述矩阵变换模块，具体用于，对所述环境状态感知矩阵先进行时域离散傅里叶变换DFT，得到中间矩阵，然后对所述中间矩阵进行频域反离散傅里叶变换IDFT，得到目标矩阵；或者，
对所述环境状态感知矩阵先进行频域反离散傅里叶变换IDFT，得到中间矩阵，然后对所述中间矩阵进行时域离散傅里叶变换DFT，得到目标矩阵。
进一步的，所述矩阵变换模块，具体用于采用如下公式计算出所述目标矩阵：
Figure BDA0002165307940000071
p＝0，...，Nc-1
Figure BDA0002165307940000072
其中，
Figure BDA0002165307940000073
表示所述目标矩阵，p表示相对距离峰值索引，q表示相对速度峰值索引，Nc表示OFDM子载波数量，Nsym表示一段时间内传输的OFDM符号数量，Nt表示表示运动状态不同的各待探测物，m表示OFDM子载波的索引，n表示OFDM符号索引，k表示各待探测物的索引，R(k)表示各待探测物的相对距离，v(k)表示各待探测物的相对速度，fc表示OFDM中心载波频率，c0表示光在空气中的传播速度，TOFDM表示总的OFDM持续时间，T表示OFDM基本符号持续时间，并且TOFDM＝Tcp+T，T表示OFDM基本符号持续时间，Tcp表示循环前缀(CyclicPrefix，CP)的持续时间，Δf表示OFDM子载波间隔。
为了达到上述目的，本发明实施例提供了一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
所述存储器，用于存放计算机程序；
所述处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现上述任一所述的基于OFDM信号的测量速度和距离的方法。
为了达到上述目的，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一所述的基于OFDM信号的测量速度和距离的方法。
本发明实施例还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述任一所述的基于OFDM信号的测量速度和距离的方法。
本发明实施例有益效果：
本发明实施例提供的一种基于OFDM信号的测量速度和距离的方法，发射对OFDM时域基带信号进行转换得到的射频信号，OFDM时域基带信号包含的时频资源元素矩阵作为发射时频资源元素矩阵，在发射射频信号的发射位置，接收射频信号经各待探测物散射并叠加形成的回波信号，从回波信号中提取含有的时频资源元素矩阵，作为接收时频资源元素矩阵，基于发射时频资源元素矩阵和接收时频资源元素矩阵，计算出环境状态感知矩阵，基于时域离散傅里叶变换和频域反离散傅里叶变换，对环境状态感知矩阵进行变换，得到的矩阵作为目标矩阵，基于目标矩阵的模矩阵所表示的二维速度距离感知图，确定各待探测物的相对速度和相对距离。采用本发明实施例提供的方案，不需要对OFDM信号进行滤波器设计，通过直接对发射时频元素矩阵和接收时频元素矩阵的相位变化信息进行分析，充分利用了OFDM信号的时频资源元素承载的信息，提高了OFDM信号用于测量速度和距离的分辨率，并且，不需要通过对OFDM信号进行滤波器设计也降低了基于OFDM信号进行测量速度和距离的计算复杂度，不需要对OFDM信号进行相位编码设计，使得本方案可以更好地应用于OFDM通信系统中，这有利于基于OFDM信号的无线通信与雷达系统的融合发展。
当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的基于OFDM信号的测量速度和距离的方法的第一种流程图；
图2为本发明实施例提供的基于OFDM信号的测量速度和距离的方法的第二种流程图；
图3a为本发明实施例提供的基于OFDM信号的测量速度和距离的方法的测距效果示意图；
图3b为本发明实施例提供的基于OFDM信号的测量速度和距离的方法的测速效果示意图；
图3c为本发明实施例提供的基于OFDM信号的测量速度和距离的方法的一种二维速度距离感知图；
图4为本发明实施例提供的基于OFDM信号的测量速度和距离的方法的第一种结构示意图；
图5为本发明实施例提供的基于OFDM信号的测量速度和距离的方法的第二种结构示意图；
图6为本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种基于OFDM信号的测量速度和距离的方法，如图1所示，可以包括如下步骤：
步骤101，发射对OFDM时域基带信号进行转换得到的射频信号，OFDM时域基带信号包含的时频资源元素矩阵作为发射时频资源元素矩阵，发射时频资源元素矩阵表示时频资源相位调制信息。
步骤102，在发射射频信号的发射位置，接收射频信号经各待探测物散射并叠加形成的回波信号。
步骤103，从回波信号中提取含有的时频资源元素矩阵，作为接收时频资源元素矩阵。
步骤104，基于发射时频资源元素矩阵和接收时频资源元素矩阵，计算出环境状态感知矩阵，环境状态感知矩阵表示发射时频资源元素矩阵和接收时频资源元素矩阵之间的幅度和相位变化信息。
步骤105，基于时域离散傅里叶变换和频域反离散傅里叶变换，对环境状态感知矩阵进行变换，得到的矩阵作为目标矩阵。
步骤106，基于目标矩阵的模矩阵所表示的二维速度距离感知图，确定各待探测物的相对速度和相对距离，其中，二维速度距离感知图的横向表示相对速度，二维速度距离感知图的纵向表示相对距离。
采用本发明实施例提供的方案，不需要对OFDM信号进行滤波器设计，通过直接对发射时频元素矩阵和接收时频元素矩阵的相位变化信息进行分析，充分利用了OFDM信号的时频资源元素承载的信息，提高了OFDM信号用于测量速度和距离的分辨率，并且，不需要通过对OFDM信号进行滤波器设计也降低了基于OFDM信号进行测量速度和距离的计算复杂度，不需要对OFDM信号进行相位编码设计，使得本方案可以更好地应用于OFDM通信系统中，这有利于基于OFDM信号的无线通信与雷达系统的融合发展。
下面结合附图，用具体实施例对本发明提供的方法及装置进行详细描述。
在本发明的一个实施例中，如图2所示，本发明实施例提供的基于OFDM信号的测量速度和距离的方法，可以包括以下步骤：
步骤201，将OFDM时域基带信号转换为射频信号。
本步骤中，在实际的无线通信系统中，当OFDM信号的所有时频资源并不是一直被占用时，无线通信发射机可以将没有数据传输的OFDM信号的时频资源的信号功率降到最低，以节省发射机功率并降低对邻近OFDM信号的时频资源的干扰。基于此，在本发明实施例中，可以通过掩膜矩阵辅助建模得到OFDM时域基带信号，其中，掩膜矩阵的值在时频资源元素有数据传输的位置处为1，在时频资源元素没有数据传输的位置处的值为0。
本步骤中，在掩膜矩阵的辅助下，得到的OFDM时域基带信号可以采用如下公式表示：
Figure BDA0002165307940000111
其中，t表示时间，
Figure BDA0002165307940000112
表示OFDM时域基带信号，M(m，n)表示掩膜矩阵，DTx(m，n)表示发射时频资源元素矩阵，Nc表示OFDM子载波数量，Nsym表示一段时间内传输的OFDM符号数量，m表示OFDM子载波的索引，n表示OFDM符号索引，Δf表示OFDM子载波间隔，函数rect()表示矩形窗，TOFDM表示总的OFDM持续时间，并且TOFDM＝Tcp+T，T表示OFDM基本符号持续时间，Tcp表示循环前缀(Cyclic Prefix，CP)的持续时间并且，OFDM时域基带信号子载波的正交性需满足条件Δf＝1/T。
其中，本发明实施例所使用的的OFDM时域基带信号要求对于任意m和n，掩膜矩阵M(m，n)的值在资源元素有数据传输的位置处均为1，以保证测量速度和距离的可行性。当实际用于测量速度和距离的OFDM时域基带信号存在m和n使得掩膜矩阵M(m，n)的值为0时，可对掩膜矩阵M(m，n)的值为0的地方进行线性插值，使得掩膜矩阵M(m，n)的值在资源元素有数据传输的位置处均为1，将经过掩膜处理后的OFDM时域基带信号用于测量速度和距离。
步骤202，发射射频信号。
本步骤中，将基于OFDM时域基带信号转换得到的射频信号，通过OFDM信号发射机发射。
步骤203，在发射射频信号的发射位置，接收射频信号经各待探测物散射并叠加形成的回波信号。
本发明实施例中，基于OFDM符号的持续时间一般在微秒级别，在OFDM符号的持续时间内，宏观低速物体的运动状态可以近似认为不变，基于此可以假设在一个OFDM符号的持续时间TOFDM内，周围环境中存在的数量为Nt的物体的相对运动状态是不变的，并且在Nsym个OFDM符号的持续时间内周围环境中存在的数量为Nt的物体的相对运动状态的变化也可忽略。同时，还可以假设接收的OFDM回波信号只经过了所述Nt个物体的单次反射，没有多次反射的情况，其中，Nsym个OFDM符号的持续时间可限制在几毫秒之内。
基于上述的假设，可以将周围环境中存在的数量为Nt的物体，建模成Nt个运动状态不同的相对距离分别为R(0)，...，R(k)，...，R(Nt-1)，且相对速度分别为v(0)，...，v(k)，...，v(Nt-1)的物体。
本步骤中，发射的OFDM时域信号
Figure BDA0002165307940000121
辐射到自由空间之后，经过上述周围环境中存在的Nt个物体的散射并叠加形成回波信号，经过散射并叠加形成的回波信号返回到发射射频信号的发射位置，OFDM信号接收机接收到回波信号。
步骤204，将回波信号转换为时域的基带回波信号。
本发明实施例中，基于上述步骤203中的假设，基于回波信号转换得到的时域的基带回波信号可以采用如下公式表示：
Figure BDA0002165307940000122
其中，t表示时间，r(t)表示时域的基带回波信号，Nc表示OFDM子载波数量，Nsym表示一段时间内传输的OFDM符号数量，Nt表示运动状态不同的各待探测物，A(m，n，k)表示各待探测物在不同时频资源位置上的幅度衰减程度矩阵，DTx(m，n)表示所述发射时频资源元素矩阵，M(m，n)表示时频资源元素掩膜矩阵，W(m，n)表示在不同时频资源位置上接收到的信号噪声，函数rect()表示矩形窗，m表示OFDM子载波的索引，n表示OFDM符号索引，k表示待探测目标物的索引，R(k)表示待探测目标物的相对距离，v(k)表示待探测目标物的相对速度，fc表示OFDM中心载波频率，c0表示光在空气中的传播速度，TOFDM表示总的OFDM持续时间，并且TOFDM＝Tcp+T，T表示OFDM基本符号持续时间，Tcp表示循环前缀(Cyclic Prefix，CP)的持续时间，Δf表示OFDM子载波间隔，相对速度v(k)的数值在相向运动时为正数，在相反运动时为负数，由于每一个OFDM符号中的CP的存在，持续时间为T的发射信号及其回波信号都在同一个TOFDM时间内。
步骤205，从基带回波信号中提取含有的时频资源元素矩阵作为接收时频资源元素矩阵。
本步骤中，基于上述时域的基带回波信号r(t)，可以提取得到接收时频资源元素矩阵，接收时频资源元素矩阵可以采用如下公式表示：
Figure BDA0002165307940000131
其中，DRx(m，n)表示接收时频资源元素矩阵，Nt表示运动状态不同的各待探测物，A(m，n，k)表示各待探测物在不同时频资源位置上的幅度衰减程度矩阵，DTx(m，n)表示发射时频资源元素矩阵，M(m，n)表示时频资源元素掩膜矩阵，W(m，n)表示在不同时频资源位置上接收到的信号噪声，m表示OFDM子载波的索引，n表示OFDM符号索引，k表示各待探测物的索引，R(k)表示各待探测物的相对距离，v(k)表示各待探测物的相对速度，fc表示OFDM中心载波频率，c0表示光在空气中的传播速度，TOFDM表示总的OFDM持续时间，并且TOFDM＝Tcp+T，T表示OFDM基本符号持续时间，Tcp表示循环前缀(Cyclic Prefix，CP)的持续时间，Δf表示OFDM子载波间隔。
可以将上述接收时频资源元素矩阵DRx(m，n)简化为：
Figure BDA0002165307940000132
其中，DRx(m，n)表示接收时频资源元素矩阵，Nt表示运动状态不同的各待探测物，A(m，n，k)表示各待探测物在不同时频资源位置上的幅度衰减程度矩阵，DTx(m，n)表示发射时频资源元素矩阵，M(m，n)表示时频资源元素掩膜矩阵，W(m，n)表示在不同时频资源位置上接收到的信号噪声，m表示OFDM子载波的索引，n表示OFDM符号索引，k表示各待探测物的索引，R(k)表示各待探测物的相对距离，v(k)表示各待探测物的相对速度，fc表示OFDM中心载波频率，c0表示光在空气中的传播速度，TOFDM表示总的OFDM持续时间，并且TOFDM＝Tcp+T，T表示OFDM基本符号持续时间，Tcp表示循环前缀(Cyclic Prefix，CP)的持续时间，Δf表示OFDM子载波间隔。
可以将上述接收时频资源元素矩阵DRx(m，n)进一步简化为：
DRx(m，n)＝DTx(m，n)M(m，n)H(m，n)+W(m，n)
其中，m表示OFDM子载波的索引，n表示OFDM符号索引，DRx(m，n)表示接收时频资源元素矩阵，DTx(m，n)表示发射时频资源元素矩阵，M(m，n)表示掩膜矩阵，H(m，n)表示环境状态感知矩阵，W(m，n)表示在不同时频资源位置上接收到的信号噪声。
本发明实施例中，相比发射时频资源元素矩阵，接收时频资源元素矩阵中的每个元素不仅存在幅度衰减，还存在频移和相移。
步骤206，基于发射时频资源元素矩阵和接收时频资源元素矩阵，计算出环境状态感知矩阵。
本发明实施例中，计算得出的环境状态感知矩阵可以用于表示，接收时频资源元素矩阵中的每个元素相比发射时频资源元素矩阵中的每个元素，存在的幅度和相位变化信息，并且，环境状态感知矩阵包含了周围所有各待探测物体的运动状态信息。
本步骤中，基于发射时频资源元素矩阵和接收时频资源元素矩阵，可以采用如下公式，计算出环境状态感知矩阵：
H(m，n)＝M(m，n)DTx(m，n)-1(DRx(m，n)-W(m，n))
其中，H(m，n)表示环境状态感知矩阵，M(m，n)表示时频资源元素掩膜矩阵，DRx(m，n)表示接收时频资源元素矩阵，DTx(m，n)表示发射时频资源元素矩阵，W(m，n)表示在不同时频资源位置上接收到的信号噪声，m表示OFDM子载波的索引，n表示OFDM符号索引。
其中，环境状态感知矩阵H(m，n)可以进一步具体表示为：
Figure BDA0002165307940000151
其中，H(m，n)表示环境状态感知矩阵，M(m，n)表示时频资源元素掩膜矩阵，A(m，n，k)表示各待探测物在不同时频资源位置上的幅度衰减程度矩阵，Nt表示运动状态不同的各待探测物，m表示OFDM子载波的索引，n表示OFDM符号索引，k表示各待探测物的索引，R(k)表示各待探测物的相对距离，v(k)表示各待探测物的相对速度，fc表示OFDM中心载波频率，c0表示光在空气中的传播速度，Δf表示OFDM子载波间隔，TOFDM表示总的OFDM持续时间，并且TOFDM＝Tcp+T，T表示OFDM基本符号持续时间，Tcp表示循环前缀(Cyclic Prefix，CP)的持续时间。
本步骤中，若得到的环境状态感知矩阵存在时频资源元素缺失，可以对环境状态感知矩阵存在时频资源元素缺失的位置处进行线性插值处理。
本步骤中，通过对存在时频资源元素缺失位置的环境状态感知矩阵进行插值处理，提高了基于OFDM信号测量距离和速度的动态范围，其中，测量距离的动态范围最高可达40dB，测量速度的动态范围最高可达30dB。
步骤207，基于时域离散傅里叶变换和频域反离散傅里叶变换，对环境状态感知矩阵进行变换，得到的矩阵作为目标矩阵。
本步骤中，对环境状态感知矩阵先进行时域离散傅里叶变换DFT，得到中间矩阵，然后对中间矩阵进行频域反离散傅里叶变换IDFT，得到目标矩阵；或者，
对环境状态感知矩阵先进行频域反离散傅里叶变换IDFT，得到中间矩阵，然后对中间矩阵进行时域离散傅里叶变换DFT，得到目标矩阵。
在一种可能的实施方式中，为了便于进一步分析，可以先忽略环境状态感知矩阵的幅值，基于此假设，可以得到采用如下公式表示的环境状态感知矩阵：
Figure BDA0002165307940000161
可以将上述公式表示的环境状态感知矩阵进行时域离散傅里叶变换DFT，得到的中间矩阵可以采用如下公式表示：
Figure BDA0002165307940000162
q＝--Nsym/2+1，…，0，…，Nsym/2
其中，
Figure BDA0002165307940000163
表示中间矩阵，q表示相对速度峰值索引，Nsym表示一段时间内传输的OFDM符号数量，Nt表示表示运动状态不同的各待探测物，m表示OFDM子载波的索引，n表示OFDM符号索引，k表示各待探测物的索引，R(k)表示各待探测物的相对距离，v(k)表示各待探测物的相对速度，fc表示OFDM中心载波频率，c0表示光在空气中的传播速度，TOFDM表示总的OFDM持续时间，T表示OFDM基本符号持续时间，并且TOFDM＝Tcp+T，T表示OFDM基本符号持续时间，Tcp表示循环前缀(Cyclic Prefix，CP)的持续时间，Δf表示OFDM子载波间隔。
进一步，可以将基于上述变换得到的中间矩阵进行频域反离散傅里叶变换IDFT，得到的目标矩阵可以采用如下公式表示：
Figure BDA0002165307940000171
p＝0，…，Nc-1
q＝-Nsym/2+1，…，0，…，Nsym/2
其中，
Figure BDA0002165307940000172
表示所述目标矩阵，p表示相对距离峰值索引，q表示相对速度峰值索引，Nc表示OFDM子载波数量，Nsym表示一段时间内传输的OFDM符号数量，Nt表示运动状态不同的各待探测物，m表示OFDM子载波的索引，n表示OFDM符号索引，k表示各待探测物的索引，R(k)表示各待探测物的相对距离，v(k)表示各待探测物的相对速度，fc表示OFDM中心载波频率，c0表示光在空气中的传播速度，TOFDM表示总的OFDM持续时间，T表示OFDM基本符号持续时间，并且TOFDM＝Tcp+T，T表示OFDM基本符号持续时间，Tcp表示循环前缀(Cyclic Prefix，CP)的持续时间，Δf表示OFDM子载波间隔。
在上述的可能的实施方式中，针对环境状态感知矩阵的计算忽略了实际的幅值，使得计算得到的目标矩阵的在所有位置的模长都为1/Nc。
本步骤中，针对环境状态感知矩阵进行的时域离散傅里叶变换DFT和频域反离散傅里叶变换IDFT，运算的先后顺序仅仅影响目标矩阵的幅值相对大小，但并不影响目标矩阵峰值的具体位置。基于此，在为获得目标矩阵而对环境状态感知矩阵进行的的时域离散傅里叶变换DFT和频域反离散傅里叶变换IDFT的计算顺序可以不分先后。
步骤208，基于目标矩阵的模矩阵所表示的二维速度距离感知图，确定各待探测物的相对速度和相对距离。
本步骤中使用的目标矩阵，是对在实际幅值的作用下的环境状态感知矩阵通过上述步骤207的变换得到的目标矩阵。此目标矩阵可以在反映各待探测物所处的位置处产生相应的峰值。
在一种可能的实施方式中，可以采用如下公式表示相对距离峰值的索引：
Figure BDA0002165307940000181
其中，
Figure BDA0002165307940000182
表示第k个待探测目标相对当前节点的相对距离测量值，k表示待探测目标物索引，Nt表示待探测目标物数量，p(k)表示第k个待探测物的相对距离峰值索引，c0表示光在空气中的传播速度，Δf表示OFDM子载波间隔，Nc表示OFDM子载波数量。
可以采用如下公式表示相对速度峰值的索引：
Figure BDA0002165307940000183
其中，
Figure BDA0002165307940000184
表示第k个待探测目标相对当前节点的相对速度测量值，k表示待探测目标物索引，Nt表示待探测目标物数量，q(k)表示第k个待探测物的相对速度峰值索引，c0表示光在空气中的传播速度，TOFDM表示总的OFDM持续时间，Nsym表示一段时间内传输的OFDM符号数量，fc表示OFDM中心载波频率。
本步骤中，将目标矩阵的各元素取模值，得到目标矩阵的模矩阵，进一步，通过二维速度距离感知图表示目标矩阵的模矩阵，二维速度距离感知图的横向表示相对速度，二维速度距离感知图的纵向表示相对距离。
在从目标矩阵的模矩阵中获得相对距离峰值索引之后，基于上述相对距离峰值索引公式，可以最终获得各待探测物相对距离测量值，采用如下公式计算各待探测物的相对距离：
Figure BDA0002165307940000185
k＝0，...，Nt-1
p(k)＝0，...，Nc-1
其中，
Figure BDA0002165307940000191
表示第k个待探测物的相对距离测量值，k表示待探测物索引，Nt表示待探测物数量，p(k)表示从所述模矩阵中获得的第k个待探测物的相对距离峰值索引，c0表示光在空气中的传播速度，Δf表示OFDM子载波间隔，Nc表示OFDM子载波数量。
在从目标矩阵的模矩阵中获得相对速度峰值索引之后，基于上述相对速度峰值索引公式，可以最终获得各待探测物相对速度测量值，采用如下公式计算所述各待探测物的相对速度：
Figure BDA0002165307940000192
k＝0，...，Nt-1
Figure BDA0002165307940000193
其中，
Figure BDA0002165307940000194
表示第k个待探测物的相对速度测量值，k表示待探测物索引，Nt表示待探测物数量，q(k)表示从模矩阵中获得的第k个待探测物的相对速度峰值索引，c0表示光在空气中的传播速度，TOFDM表示总的OFDM持续时间，Nsym表示一段时间内传输的OFDM符号数量，fc表示OFDM中心载波频率。
在一种可能的实施方式中，如图3a、图3b和图3c所示，可以设置载波频率为24GHz，OFDM信号子载波数量为1250个，子载波间隔为120kHz，OFDM符号持续时间为10微秒，每个帧周期的符号数量为1250个，假设接收信号的信噪比为理想信噪比，对基于OFDM信号的测量速度和距离的方法进行仿真验证。同时，还可以在信号发射位置处的周围设置两个待探测物——待探测物1和待探测物2，待探测物1和待探测物2与信号发射位置处的相对距离分别为50m和60m，与信号发射位置处的相对速度分别为+15m/s和+20m/s。如图3a所示，展示了在信号发射位置处的周围只有待探测物1存在时，对待探测物1使用基于OFDM信号的测量速度和距离的方法的测距结果效果。图3a的横向坐标可以表示距离(Range)，图3a的纵向坐标可以表示雷达图像强度(Radar image intensity)，如图3a所示，待探测物1的相对信号发射位置处的相对距离50m可以被准确测量，并且如图3a所示，基于OFDM信号的测量速度和距离的方法的探测相对距离的动态范围可达到40dB以上。
如图3b所示，在信号发射位置处的周围只有待探测物1存在时，对待探测物1使用基于OFDM信号的测量速度和距离的方法的测速结果效果。图3b的横向坐标可以表示速度(Velocity)，图3b的纵向坐标可以表示雷达图像强度(Radar image intensity)，如图3b所示，待探测物1的相对信号发射位置处的相对速度测量值为+14.99m/s，待探测物1的相对信号发射位置处的相对速度测量值十分接近待探测物1相对信号发射位置处的相对速度实际值，并且如图3b所示，基于OFDM信号的测量速度和距离的方法的探测相对速度的动态范围最大值可以达到30dB。
如图3c所示，展示基于OFDM信号的测量速度和距离的方法对待探测物1和待探测物2测量速度和距离的效果。如图3c所示，图3c的横向坐标可以表示相对速度，图3c的纵向坐标可以表示相对距离，从图3c中可以看出，待探测物1和待探测物2可以被准确区分出来，同时待探测物1和待探测物2与相对信号发射位置处的相对距离和相对速度也可以分别被准确地测量出来，其中，待探测物1和待探测物2与信号发射位置处的相对距离测量值分别为50m和60m，与信号发射位置处的相对速度测量值分别为+15m/s和+20m/s。
本步骤中，通过目标矩阵可以在反映各待探测物所处的位置处产生相应的峰值，可以对运动状态不同的各待探测物进行准确区分，使得本发明所提供的基于OFDM信号的测量速度和距离的方法可以用于对多个待探测物的速度和距离进行同时探测，并且多个待探测物的距离分辨率和速度分辨率都可以提高到米级别。
采用本发明实施例提供的方法，不需要对OFDM信号进行滤波器设计，通过直接对发射时频元素矩阵和接收时频元素矩阵的相位变化信息进行分析，充分利用了OFDM信号的时频资源元素承载的信息，提高了OFDM信号用于测量速度和距离的分辨率，并且，不需要通过对OFDM信号进行滤波器设计也降低了基于OFDM信号进行测量速度和距离的计算复杂度，不需要对OFDM信号进行相位编码设计，使得本方案可以更好地应用于OFDM通信系统中，这有利于基于OFDM信号的无线通信与雷达系统的融合发展。
基于同一发明构思，根据本发明上述实施例提供的基于OFDM信号的测量速度和距离的方法，相应地，本发明另一实施例还提供了一种基于OFDM信号的测量速度和距离的装置，其结构示意图如图4所示，具体包括：
信号发射模块401，用于发射对OFDM时域基带信号进行转换得到的射频信号，OFDM时域基带信号包含的时频资源元素矩阵作为发射时频资源元素矩阵，发射时频资源元素矩阵表示时频资源相位调制信息；
信号接收模块402，用于在发射射频信号的发射位置，接收射频信号经各待探测物散射并叠加形成的回波信号；
矩阵提取模块403，用于从回波信号中提取含有的时频资源元素矩阵，作为接收时频资源元素矩阵；
矩阵计算模块404，用于基于发射时频资源元素矩阵和接收时频资源元素矩阵，计算出环境状态感知矩阵，环境状态感知矩阵表示发射时频资源元素矩阵和接收时频资源元素矩阵之间的幅度和相位变化信息；
矩阵变换模块405，用于基于时域离散傅里叶变换和频域反离散傅里叶变换，对环境状态感知矩阵进行变换，得到的矩阵作为目标矩阵；
确定模块406，用于基于目标矩阵的模矩阵所表示的二维速度距离感知图，确定各待探测物的相对速度和相对距离，其中，二维速度距离感知图的横向表示相对速度，二维速度距离感知图的纵向表示相对距离。
可见，采用本发明实施例提供的装置，不需要对OFDM信号进行滤波器设计，通过直接对发射时频元素矩阵和接收时频元素矩阵的相位变化信息进行分析，充分利用了OFDM信号的时频资源元素承载的信息，提高了OFDM信号用于测量速度和距离的分辨率，并且，不需要通过对OFDM信号进行滤波器设计也降低了基于OFDM信号进行测量速度和距离的计算复杂度，不需要对OFDM信号进行相位编码设计，使得本方案可以更好地应用于OFDM通信系统中，这有利于基于OFDM信号的无线通信与雷达系统的融合发展。
进一步的，如图5所示，上述基于OFDM信号的测量速度和距离的装置，还包括：
信号转换模块501，用于将回波信号转换为时域的基带回波信号；
矩阵提取模块403，具体用于在回波信号被转换为时域的基带回波信号后，从基带回波信号中提取含有的时频资源元素矩阵，作为接收时频资源元素矩阵。
进一步的，矩阵计算模块404，具体用于基于发射时频资源元素矩阵和接收时频资源元素矩阵，采用如下公式，计算出环境状态感知矩阵：
H(m，n)＝M(m，n)DTx(m，n)-1(DRx(m，n)-W(m，n))
其中，H(m，n)表示环境状态感知矩阵，M(m，n)表示时频资源元素掩膜矩阵，DRx(m，n)表示接收时频资源元素矩阵，DTx(m，n)表示发射时频资源元素矩阵，W(m，n)表示在不同时频资源位置上接收到的信号噪声，m表示OFDM子载波的索引，n表示OFDM符号索引。
进一步的，矩阵变换模块405，具体用于对环境状态感知矩阵先进行时域离散傅里叶变换DFT，得到中间矩阵，然后对中间矩阵进行频域反离散傅里叶变换IDFT，得到目标矩阵；或者，
对环境状态感知矩阵先进行频域反离散傅里叶变换IDFT，得到中间矩阵，然后对中间矩阵进行时域离散傅里叶变换DFT，得到目标矩阵。
进一步的，矩阵变换模块405，用于采用如下公式计算出目标矩阵：
Figure BDA0002165307940000221
p＝0，...，Nc-1
Figure BDA0002165307940000222
其中，
Figure BDA0002165307940000223
表示目标矩阵，p表示相对距离峰值索引，q表示相对速度峰值索引，Nc表示OFDM子载波数量，Nsym表示一段时间内传输的OFDM符号数量，Nt表示表示运动状态不同的各待探测物，m表示OFDM子载波的索引，n表示OFDM符号索引，k表示各待探测物的索引，R(k)表示各待探测物的相对距离，v(k)表示各待探测物的相对速度，fc表示OFDM中心载波频率，c0表示光在空气中的传播速度，TOFDM表示总的OFDM持续时间，T表示OFDM基本符号持续时间，并且TOFDM＝Tcp+T，T表示OFDM基本符号持续时间，Tcp表示循环前缀(Cyclic Prefix，CP)的持续时间，Δf表示OFDM子载波间隔。
进一步的，如图5所示，确定模块406，包括：
距离确定子模块502，用于采用如下公式计算各待探测物的相对距离：
Figure BDA0002165307940000231
k＝0，...，Nt-1
p(k)＝0，...，Nc-1
其中，
Figure BDA0002165307940000232
表示第k个待探测物的相对距离测量值，k表示待探测物索引，Nt表示待探测物数量，p(k)表示从模矩阵中获得的第k个待探测物的相对距离峰值索引，c0表示光在空气中的传播速度，Δf表示OFDM子载波间隔，Nc表示OFDM子载波数量；
速度确定子模块503，用于采用如下公式计算各待探测物的相对速度：
Figure BDA0002165307940000233
k＝0，...，Nt-1
Figure BDA0002165307940000234
其中，
Figure BDA0002165307940000235
表示第k个待探测物的相对速度测量值，k表示待探测物索引，Nt表示待探测物数量，q(k)表示从所述模矩阵中获得的第k个待探测物的相对速度峰值索引，c0表示光在空气中的传播速度，TOFDM表示总的OFDM持续时间，Nsym表示一段时间内传输的OFDM符号数量，fc表示OFDM中心载波频率。
基于同一发明构思，根据本发明上述实施例提供的基于OFDM信号的测量速度和距离的方法，相应地，本发明另一实施例还提供了一种电子设备，参见图6，本发明实施例的电子设备包括处理器601，通信接口602，存储器603和通信总线604，其中，处理器601，通信接口602，存储器603通过通信总线604完成相互间的通信。
存储器603，用于存放计算机程序；
处理器601，用于执行存储器603上所存放的程序时，实现如下步骤：
发射对OFDM时域基带信号进行转换得到的射频信号，OFDM时域基带信号包含的时频资源元素矩阵作为发射时频资源元素矩阵，发射时频资源元素矩阵表示时频资源相位调制信息；
在发射射频信号的发射位置，接收射频信号经各待探测物散射并叠加形成的回波信号；
从回波信号中提取含有的时频资源元素矩阵，作为接收时频资源元素矩阵；
基于发射时频资源元素矩阵和接收时频资源元素矩阵，计算出环境状态感知矩阵，环境状态感知矩阵表示发射时频资源元素矩阵和接收时频资源元素矩阵之间的幅度和相位变化信息；
基于时域离散傅里叶变换和频域反离散傅里叶变换，对环境状态感知矩阵进行变换，得到的矩阵作为目标矩阵；
基于目标矩阵的模矩阵所表示的二维速度距离感知图，确定各待探测物的相对速度和相对距离，其中，二维速度距离感知图的横向表示相对速度，二维速度距离感知图的纵向表示相对距离。
上述电子设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准(Peripheral ComponentInterconnect，PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，EISA)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。
存储器可以包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
在本发明提供的又一实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一基于OFDM信号的测量速度和距离的方法的步骤。
在本发明提供的又一实施例中，还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例中任一基于OFDM信号的测量速度和距离的方法。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置、电子设备及存储介质实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于正交频分复用OFDM信号的测量速度和距离的方法，其特征在于，包括：
发射对OFDM时域基带信号进行转换得到的射频信号，所述OFDM时域基带信号包含的时频资源元素矩阵作为发射时频资源元素矩阵，所述发射时频资源元素矩阵表示时频资源相位调制信息；
在发射所述射频信号的发射位置，接收所述射频信号经各待探测物散射并叠加形成的回波信号；
从所述回波信号中提取含有的时频资源元素矩阵，作为接收时频资源元素矩阵；
基于所述发射时频资源元素矩阵和所述接收时频资源元素矩阵，计算出环境状态感知矩阵，所述环境状态感知矩阵表示所述发射时频资源元素矩阵和所述接收时频资源元素矩阵之间的幅度和相位变化信息；所述基于所述发射时频资源元素矩阵和所述接收时频资源元素矩阵，计算出环境状态感知矩阵，包括：
基于所述发射时频资源元素矩阵和所述接收时频资源元素矩阵，采用如下公式，计算出环境状态感知矩阵：
H(m,n)＝M(m,n)DTx(m,n)-1(DRx(m,n)-W(m,n))
其中，H(m,n)表示所述环境状态感知矩阵，M(m,n)表示时频资源元素掩膜矩阵，DRx(m,n)表示所述接收时频资源元素矩阵，DTx(m,n)表示所述发射时频资源元素矩阵，W(m,n)表示在不同时频资源位置上接收到的信号噪声，m表示OFDM子载波的索引，n表示OFDM符号索引；
基于时域离散傅里叶变换和频域反离散傅里叶变换，对所述环境状态感知矩阵进行变换，得到的矩阵作为目标矩阵；
基于所述目标矩阵的模矩阵所表示的二维速度距离感知图，确定所述各待探测物的相对速度和相对距离，其中，所述二维速度距离感知图的横向表示相对速度，所述二维速度距离感知图的纵向表示相对距离。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述OFDM时域基带信号采用如下公式表示：
Figure FDA0003015875360000021
其中，t表示时间，
Figure FDA0003015875360000022
表示OFDM时域基带信号，M(m,n)表示时频资源元素掩膜矩阵，掩膜矩阵M(m,n)的值在时频资源元素有数据传输的位置处为1，在时频资源元素没有数据传输的位置处的值为0，DTx(m,n)表示所述发射时频资源元素矩阵，Nc表示OFDM子载波数量，Nsym表示一段时间内传输的OFDM符号数量，m表示OFDM子载波的索引，n表示OFDM符号索引，Δf表示OFDM子载波间隔，函数rect()表示矩形窗，TOFDM表示总的OFDM持续时间，并且TOFDM＝Tcp+T，T表示OFDM基本符号持续时间，Tcp表示循环前缀的持续时间。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述从所述回波信号中提取含有的时频资源元素矩阵之前，还包括：
将所述回波信号转换为时域的基带回波信号；
所述从所述回波信号中提取含有的时频资源元素矩阵，作为接收时频资源元素矩阵，包括：
在所述回波信号被转换为时域的基带回波信号后，从所述基带回波信号中提取含有的时频资源元素矩阵，作为接收时频资源元素矩阵。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于时域离散傅里叶变换和频域反离散傅里叶变换，对所述环境状态感知矩阵进行变换，得到的矩阵作为目标矩阵，包括：
对所述环境状态感知矩阵先进行时域离散傅里叶变换DFT，得到中间矩阵，然后对所述中间矩阵进行频域反离散傅里叶变换IDFT，得到目标矩阵；或者，
对所述环境状态感知矩阵先进行频域反离散傅里叶变换IDFT，得到中间矩阵，然后对所述中间矩阵进行时域离散傅里叶变换DFT，得到目标矩阵。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，采用如下公式计算出所述目标矩阵：
Figure FDA0003015875360000031
Figure FDA0003015875360000032
其中，
Figure FDA0003015875360000033
表示所述目标矩阵，p表示相对距离峰值索引，q表示相对速度峰值索引，Nc表示OFDM子载波数量，Nsym表示一段时间内传输的OFDM符号数量，Nt表示表示运动状态不同的各待探测物，m表示OFDM子载波的索引，n表示OFDM符号索引，k表示各待探测物的索引，R(k)表示各待探测物的相对距离，v(k)表示各待探测物的相对速度，fc表示OFDM中心载波频率，c0表示光在空气中的传播速度，TOFDM表示总的OFDM持续时间，T表示OFDM基本符号持续时间，并且TOFDM＝Tcp+T，T表示OFDM基本符号持续时间，Tcp表示循环前缀(Cyclic Prefix,CP)的持续时间，Δf表示OFDM子载波间隔。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述目标矩阵的模矩阵所表示的二维速度距离感知图，确定所述各待探测物的相对速度和相对距离，包括：
采用如下公式计算所述各待探测物的相对距离：
Figure FDA0003015875360000034
其中，
Figure FDA0003015875360000035
表示第k个待探测物的相对距离测量值，k表示待探测物索引，Nt表示待探测物数量，p(k)表示从所述模矩阵中获得的第k个待探测物的相对距离峰值索引，c0表示光在空气中的传播速度，Δf表示OFDM子载波间隔，Nc表示OFDM子载波数量；
采用如下公式计算所述各待探测物的相对速度：
Figure FDA0003015875360000041
Figure FDA0003015875360000042
其中，
Figure FDA0003015875360000043
表示第k个待探测物的相对速度测量值，k表示待探测物索引，Nt表示待探测物数量，q(k)表示从所述模矩阵中获得的第k个待探测物的相对速度峰值索引，c0表示光在空气中的传播速度，TOFDM表示总的OFDM持续时间，Nsym表示一段时间内传输的OFDM符号数量，fc表示OFDM中心载波频率。
7.一种基于OFDM信号的测量速度和距离的装置，其特征在于，包括：
信号发射模块，用于发射对OFDM时域基带信号进行转换得到的射频信号，所述OFDM时域基带信号包含的时频资源元素矩阵作为发射时频资源元素矩阵，所述发射时频资源元素矩阵表示时频资源相位调制信息；
信号接收模块，用于在发射所述射频信号的发射位置，接收所述射频信号经各待探测物散射并叠加形成的回波信号；
矩阵提取模块，用于从所述回波信号中提取含有的时频资源元素矩阵，作为接收时频资源元素矩阵；
矩阵计算模块，用于基于所述发射时频资源元素矩阵和所述接收时频资源元素矩阵，计算出环境状态感知矩阵，所述环境状态感知矩阵表示所述发射时频资源元素矩阵和所述接收时频资源元素矩阵之间的幅度和相位变化信息；所述基于所述发射时频资源元素矩阵和所述接收时频资源元素矩阵，计算出环境状态感知矩阵，包括：
基于所述发射时频资源元素矩阵和所述接收时频资源元素矩阵，采用如下公式，计算出环境状态感知矩阵：
H(m，n)＝M(m，n)DTx(m，n)-1(DRx(m，n)-W(m，n))
其中，H(m，n)表示所述环境状态感知矩阵，M(m，n)表示时频资源元素掩膜矩阵，DRx(m，n)表示所述接收时频资源元素矩阵，DTx(m，n)表示所述发射时频资源元素矩阵，W(m，n)表示在不同时频资源位置上接收到的信号噪声，m表示OFDM子载波的索引，n表示OFDM符号索引；
矩阵变换模块，用于基于时域离散傅里叶变换和频域反离散傅里叶变换，对所述环境状态感知矩阵进行变换，得到的矩阵作为目标矩阵；
确定模块，用于基于所述目标矩阵的模矩阵所表示的二维速度距离感知图，确定所述各待探测物的相对速度和相对距离，其中，所述二维速度距离感知图的横向表示相对速度，所述二维速度距离感知图的纵向表示相对距离。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述OFDM时域基带信号采用如下公式表示：
Figure FDA0003015875360000051
其中，t表示时间，
Figure FDA0003015875360000052
表示OFDM时域基带信号，M(m，n)表示时频资源元素掩膜矩阵，掩膜矩阵M(m，n)的值在时频资源元素有数据传输的位置处为1，在时频资源元素没有数据传输的位置处的值为0，DTx(m，n)表示所述发射时频资源元素矩阵，Nc表示OFDM子载波数量，Nsym表示一段时间内传输的OFDM符号数量，m表示OFDM子载波的索引，n表示OFDM符号索引，Δf表示OFDM子载波间隔，函数rect()表示矩形窗，TOFDM表示总的OFDM持续时间，并且TOFDM＝Tcp+T，T表示OFDM基本符号持续时间，Tcp表示循环前缀的持续时间。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置，还包括：
信号转换模块，用于将所述回波信号转换为时域的基带回波信号；
所述矩阵提取模块，具体用于在所述回波信号被转换为时域的基带回波信号后，从所述基带回波信号中提取含有的时频资源元素矩阵，作为接收时频资源元素矩阵。
CN201910745126.4A 2019-08-13 2019-08-13 一种基于ofdm信号的测量速度和距离的方法及装置 Active CN110412557B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910745126.4A CN110412557B (zh) 2019-08-13 2019-08-13 一种基于ofdm信号的测量速度和距离的方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910745126.4A CN110412557B (zh) 2019-08-13 2019-08-13 一种基于ofdm信号的测量速度和距离的方法及装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110412557A CN110412557A (zh) 2019-11-05
CN110412557B true CN110412557B (zh) 2021-08-06

Family

ID=68367479

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910745126.4A Active CN110412557B (zh) 2019-08-13 2019-08-13 一种基于ofdm信号的测量速度和距离的方法及装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110412557B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113067790B (zh) * 2021-02-24 2022-06-14 北京邮电大学 一种信号处理方法及装置
CN114006799B (zh) * 2021-10-29 2022-10-25 西安交通大学 一种面向无源rfid的扩频与宽带感知增强方法及系统
CN116707673A (zh) * 2022-02-25 2023-09-05 维沃软件技术有限公司 感知方法、装置及通信设备
CN114599086B (zh) * 2022-03-04 2023-05-09 北京邮电大学 一种通信感知一体化方法、装置、基站及系统
CN117015036A (zh) * 2022-04-25 2023-11-07 华为技术有限公司 发送、接收感知信号的方法和装置
CN117676895A (zh) * 2022-08-12 2024-03-08 华为技术有限公司 通信方法及相关装置

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101217316A (zh) * 2008-01-10 2008-07-09 湖南大学 基于相位调制器的ofdm光纤无线通信系统
CN101621490A (zh) * 2009-08-13 2010-01-06 北京邮电大学 一种用于ofdm系统的联合编码调制分集的方法
CN104678372A (zh) * 2015-03-14 2015-06-03 西安电子科技大学 正交频分复用雷达超分辨距离与角度值联合估计方法
CN106597511A (zh) * 2015-10-15 2017-04-26 霍尼韦尔国际公司 针对空对地通信的基于矢量力学的多普勒频移估计
CN108809879A (zh) * 2018-04-13 2018-11-13 南京大学 基于ce-ofdm的雷达通信一体化信号设计方法
CN108833311A (zh) * 2018-05-22 2018-11-16 杭州电子科技大学 联合时域聚类去噪与均衡判决的变换域二次估计方法
CN108957396A (zh) * 2018-07-19 2018-12-07 东南大学 一种基于5g信号的ofdm定位系统及定位方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5955992A (en) * 1998-02-12 1999-09-21 Shattil; Steve J. Frequency-shifted feedback cavity used as a phased array antenna controller and carrier interference multiple access spread-spectrum transmitter
US8711038B2 (en) * 2006-10-05 2014-04-29 Her Majesty The Queen In Right Of Canada As Represented By The Minister Of Industry, Through The Communications Research Centre Canada High-resolution ranging and location finding using multicarrier signals
ES2351868T3 (es) * 2008-05-23 2011-02-11 Thales Nederland B.V. Procedimiento para evaluar la posición y la velocidad de un objetivo con un radar que emite una forma de onda ofdm.
CN101666873A (zh) * 2009-03-04 2010-03-10 北京邮电大学 基于调变脉冲序列的高精度测距雷达的模糊处理方法
CN103325232B (zh) * 2013-07-08 2020-02-07 北京新岸线移动多媒体技术有限公司 一种终端控制实现方法、系统及终端设备

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101217316A (zh) * 2008-01-10 2008-07-09 湖南大学 基于相位调制器的ofdm光纤无线通信系统
CN101621490A (zh) * 2009-08-13 2010-01-06 北京邮电大学 一种用于ofdm系统的联合编码调制分集的方法
CN104678372A (zh) * 2015-03-14 2015-06-03 西安电子科技大学 正交频分复用雷达超分辨距离与角度值联合估计方法
CN106597511A (zh) * 2015-10-15 2017-04-26 霍尼韦尔国际公司 针对空对地通信的基于矢量力学的多普勒频移估计
CN108809879A (zh) * 2018-04-13 2018-11-13 南京大学 基于ce-ofdm的雷达通信一体化信号设计方法
CN108833311A (zh) * 2018-05-22 2018-11-16 杭州电子科技大学 联合时域聚类去噪与均衡判决的变换域二次估计方法
CN108957396A (zh) * 2018-07-19 2018-12-07 东南大学 一种基于5g信号的ofdm定位系统及定位方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"A novel range-Doppler imaging algorithm with OFDM radar";Xia Yang 等;《Chinese Journal of Aeronautics》;20161231;第29卷(第2期);第492-501页 *
"基于OFDM导频信号的测距测速方法";叶恒 等;《无线通信》;20170619;第7卷(第3期);第103-110页 *
"基于OFDM导频信号的车载雷达测距测速方法研究";陈星;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技II辑》;20190315;全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110412557A (zh) 2019-11-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110412557B (zh) 一种基于ofdm信号的测量速度和距离的方法及装置
CN109597022A (zh) 声源方位角运算、定位目标音频的方法、装置和设备
CN103596266B (zh) 一种人体检测和定位的方法、装置及系统
CN110824438B (zh) 用于处理ofdm雷达信号的方法和装置
CN110191071B (zh) 一种窄带物联网系统中基于信道估计的测量方法及装置
CN109510787A (zh) 水声信道下线性调频信号参数估计方法及装置
CN101917363B (zh) 一种多普勒频移的估算方法、装置
CN104678372B (zh) 正交频分复用雷达超分辨距离与角度值联合估计方法
CN104270234B (zh) 一种基于欠奈奎斯特采样的宽带信号检测识别方法
CN102546061A (zh) 基于小波变换的自适应时频空穴检测方法
CN109672635A (zh) 一种时域相关性估计方法、装置及设备
CN114167423A (zh) 基于深度回归网络的雷达海浪参数测量方法
CN110247866A (zh) 一种基于doa估计的dmwc频谱感知相位校准方法
CN114374447A (zh) 一种信道探测的方法、装置及介质
CN110289926B (zh) 基于调制信号循环自相关函数对称峰值的频谱感知方法
CN107404450A (zh) 解调信号的方法及装置
CN109495414A (zh) 一种频偏估计方法、装置、设备及计算机可读存储介质
CN101635598A (zh) 一种估计噪声功率的方法和装置
JPWO2018003158A1 (ja) 相関関数生成装置、相関関数生成方法、相関関数生成プログラムおよび波源方向推定装置
CN111539323B (zh) 一种循环前缀线性调频信号的频率估计方法与装置
CN102710290B (zh) 一种欠采样率脉冲uwb通信系统中的窄带干扰消除方法
CN116016051A (zh) 基于基扩展模型的fbmc-oqam系统信道拟合与估计方法
CN116047503A (zh) 基于时延-多普勒联合调制的分布式雷达通信一体化方法
CN101729466B (zh) 对有尖峰干扰的空白频谱进行检测和使用的装置及方法
CN101807961B (zh) 基于双谱对角切片实现频谱感知的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant