CN112034421A - 一种基于球面波的室内散射体定位方法及系统 - Google Patents

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CN112034421A CN202011228705.0A CN202011228705A CN112034421A CN 112034421 A CN112034421 A CN 112034421A CN 202011228705 A CN202011228705 A CN 202011228705A CN 112034421 A CN112034421 A CN 112034421A
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    • G01S5/0273—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves using multipath or indirect path propagation signals in position determination

Abstract

本发明公开了一种基于球面波的室内散射体定位方法，该方法应用于室内多天线传播信道系统，该方法包括：构建天线发射端信号模型和天线接收端信号模型；利用信道参数估计算法估计通过所述天线发射端信号模型和所述天线接收端信号模型的每一条多径信号的信道参数；基于球面波模型和所述信道参数计算所有多径信号到达天线接收端前一次经过的所有散射体的路径距离信息；根据路径距离信息和预置的判断条件确定当前多径信号经过一次散射或两次散射；若当前多径信号经过二次散射，则根据构造的椭圆模型确定经过两次散射的多径传播路径及对应的散射体。由此能够对信道中多径传播到达接收天线之前的散射体进行定位，并区分这些室内散射体是一次或是两次散射传播的多径所经过的散射体。

Description

一种基于球面波的室内散射体定位方法及系统
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种基于球面波的室内散射体定位方法及系统。
背景技术
对于无线通信系统的设计和优化需要准确的信道模型，其中，对传播信道中的散射体定位是提高信道模型准确度的一种研究方法。
然而，在实际的传播信道中，接收天线所接收到的多径，可能是经过一次、两次或者多次散射才到达接收天线的。对于现有的室内散射体定位的方法，大多是基于MIMO球面波模型，利用空间交替量化估计最大期望算法估计出最后一波到达接收天线的散射体的位置，但是其无法区分出经过这些散射体的多径是发生了一次散射或是多次散射，不利于对研究信道的空间一致性、多径成簇等本质问题提供精确的参考。由此，不利于形成准确的信道模型以及对无线通信系统的设计及优化的实现。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于球面波的室内散射体定位方法及系统，能够对信道中多径传播到达接收天线之前的散射体进行定位，并区分这些室内散射体是发生一次或是两次及多次散射传播的多径所经过的散射体，利用几何光学的方法与椭圆的几何定义，找出两次散射的多径的传播路径，并确定所经过的第一个散射体的位置，有利于形成准确的信道模型。
为了解决上述技术问题，本发明第一方面公开了基于球面波的室内散射体定位方法，所述方法应用于室内多天线传播信道系统，其中，所述多天线传播信道系统包括多个天线发射端和多个天线接收端，所述方法包括：构建天线发射端信号模型和天线接收端信号模型；利用信道参数估计算法估计通过所述天线发射端信号模型和所述天线接收端信号模型的每一条多径信号的信道参数；基于球面波模型和所述信道参数计算所有多径信号到达天线接收端前一次经过的所有散射体的路径距离信息；根据所述路径距离信息和预置的判断条件确定当前多径信号经过一次散射或两次散射；若当前多径信号经过二次散射，则根据构造的椭圆模型确定经过两次散射的多径传播路径及对应的散射体。
在一些实施方式中，信道参数包括时延参数、出发角、到达角，根据所述路径距离信息和预置的判断条件确定当前多径信号经过一次散射或两次散射，包括：根据时延参数与光速的乘积、与所述路径距离信息相减得到差值，判断所述差值是否小于预设的误差阈值；根据所述出发角与到达角确定的出发角方向判断与多径信号经过天线发射端的路径方向是否一致；当所述差值小于预设的误差阈值，并且所述出发角方向与多径信号经过天线发射端的路径方向一致，则确定当前多径信号经过一次散射，其中，若所述差值不小于预设的误差阈值，或所述出发角方向与多径信号经过天线发射端的路径方向不一致，则确定当前多径信号经过二次散射。
在一些实施方式中，若当前多径信号经过二次散射，则根据构造的椭圆模型确定经过两次散射的多径传播路径及对应的散射体，包括：根据当前多径信号发出的第二个散射点和出发角方向确定第一个二次散射点所处位置的椭圆轨迹；根据出发角方向与椭圆方程的交点确定第一个散射点的位置；通过所述第一个散射点的位置确定经过两次散射的多径传播路径及对应的散射体。
根据本发明的第二个方面，提供了一种基于球面波的室内散射体定位系统，所述系统包括：天线发射端，包括天线发射端信号模型；天线接收端，包括天线接收端信号模型；估计模块，用于利用信道参数估计算法估计通过所述天线发射端信号模型和所述天线接收端信号模型的每一条多径信号的信道参数；判断模块，用于根据所述路径距离信息和预置的判断条件确定当前多径信号经过一次散射或两次散射；定位模块，用于在当前多径信号经过二次散射，则根据构造的椭圆模型确定经过两次散射的多径传播路径及对应的散射体。
在一些实施方式中，估计模块包括：分离单元，用于根据信道估计算法分离出实测信道中的每一条多径；计算单元，用于使用高精度信道参数估计方法获取通过所述天线发射端信号模型和天线接收端信号模型的每一条多径的信道参数，基于球面波模型对通过所述天线发射端信号模型和天线接收端信号模型的每一条多径的信道参数进行估计，获取所有多径信号到达天线接收端前一次经过的所有散射体的位置信息。
在一些实施方式中，所述估计模块用于根据时延参数与光速的乘积、与所述路径距离信息相减得到差值，判断所述差值是否小于预设的误差阈值；根据所述出发角与到达角确定的出发角方向判断与多径信号经过天线发射端的路径方向是否一致；当所述差值小于预设的误差阈值，并且所述出发角方向与多径信号经过天线发射端的路径方向一致，则确定当前多径信号经过一次散射，其中，若所述差值不小于预设的误差阈值，或所述出发角方向与多径信号经过天线发射端的路径方向不一致，则确定当前多径信号经过二次散射。
在一些实施方式中，定位模块包括：椭圆模块构建单元，用于根据当前多径信号发出的第二个散射点和出发角方向确定第一个二次散射点所处位置的椭圆轨迹；散射体定位单元，用于根据出发角方向与椭圆方程的交点确定第一个散射点的位置，通过所述第一个散射点的位置确定经过两次散射的多径传播路径及对应的散射体。
根据本发明的第三个方面，提供了一种基于球面波的室内散射体定位装置，所述装置包括：存储有可执行程序代码的存储器；与所述存储器耦合的处理器；所述处理器调用所述存储器中存储的所述可执行程序代码，执行如所述的基于球面波的室内散射体定位方法。
根据本发明的第四个方面，提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令被调用时，用于执行所述的基于球面波的室内散射体定位方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
实施本发明能够利用高精度信道参数估计方法提取信道参数中的出发角与到达角的出发角方向，多径时延等信息，可以对信道中多径传播到达接收天线之前的散射体进行定位。可以达到区分室内散射体是发生一次或是两次及多次散射传播的多径所经过的散射体，并利用几何光学与椭圆的几何定义相结合，获得两次散射的多径的传播路径，并可以准确的确定所经过的第一个散射体的位置，有利于形成准确的信道模型。
附图说明
图1为本发明实施例公开的实际环境中的多天线多进多出传播信道的示意图；
图2为本发明实施例公开的一种基于球面波的室内散射体定位方法流程示意图；
图3为本发明实施例公开的一种基于球面波的室内散射体定位方法的球坐标示意图；
图4为本发明实施例公开的一种基于球面波的室内散射体定位方法散射体定位示意图；
图5是本发明实施例公开的一种应用的利用基于球面波的室内散射体定位方法进行交互的方法的流程示意图；
图6是本发明实施例公开的一种基于球面波的室内散射体定位系统框图；
图7是本发明实施例公开的一种基于球面波的室内散射体定位方法的交互装置结构示意图；
图8是本发明实施例公开的一种基于球面波的室内散射体定位方法的示意图。
具体实施方式
为了更好地理解和实施，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。
本发明实施例的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或模块的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或模块，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或模块。
在实际环境中的多天线多进多出（MIMO）传播信道的示意图如图1所示，信号从M个发射天线组成的阵列（Tx1,Tx2…TxM），经过实际环境中的散射体（Scatterers，S），到达N个接收天线组成的阵列（Rx1,Rx2,…RxN），所经过的路径在通信中称之为多径。通常，将多径分为三类：经过一次散射传播的一次散射多径、经过两次散射传播的两次散射多径、经过三次及以上散射传播的多次散射多径。
对应地，如图所示的S1-1表示一次散射传播所以经过的散射体，S2-1和S-2-2分别表示两次散射多径依次经过的散射体，Sn表示多次散射多径多经过的散射体，在以下实施例中以上述定义符号进行简述。
对于现有的室内散射体定位的方法，大多是基于MIMO球面波模型，利用空间交替量化估计最大期望算法估计出最后一波到达接收天线的散射体的位置，但是其无法区分出经过这些散射体的多径是发生了一次散射或是多次散射，不利于对研究信道的空间一致性、多径成簇等本质问题提供精确的参考。由此，不利于形成准确的信道模型以及对无线通信系统的设计及优化的实现。
本发明实施例公开了一种基于球面波的室内散射体定位的方法及系统，能够利用高精度信道参数估计方法提取信道参数中的出发角与到达角的出发角方向，多径时延等信息，可以对信道中多径传播到达接收天线之前的散射体进行定位。可以达到区分室内散射体是发生一次或是两次及多次散射传播的多径所经过的散射体，并利用几何光学与椭圆的几何定义相结合，获得两次散射的多径的传播路径，并可以准确的确定所经过的第一个散射体的位置，有利于形成准确的信道模型。
实施例一
请参阅图2，图2为本发明实施例公开的一种基于球面波的室内散射体定位方法的流程示意图。该基于球面波的室内散射体定位的方法可以应用在室内多天线传播信道系统，其中，多天线传播信道系统包括多个天线发射端和多个天线接收端，对于其他具有多个天线接收端和发送端的通信系统本发明实施例不做限制。如图2所示，该基于球面波的室内散射体定位的方法可以包括以下操作：
101、构建天线发射端信号模型和天线接收端信号模型。
为了便于精确判断多径经过的路径，在本实施例中在包含M个发射天线、N个接收天线的 M×N多发多收（multiple-input multiple-output，MIMO）天线系统中，定义MIMO系统中第m个发射天线所发射的信号模型为
Figure DEST_PATH_IMAGE001
,因此M个发射天线之输入为：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
其中，[……]T 表示矩阵的转置。
进一步地，定义天线接收端接收到的信号模型
Figure 496910DEST_PATH_IMAGE004
，隐接收天端接收到的第l(L的小写)条多径的信号模型可以表示为：
Figure 560812DEST_PATH_IMAGE006
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE007
是一类表示第l(L的小写)条多径的参数，从左到右依次分别表示该多径的出发角、到达角、传播时延、多普勒频率、增益的衰减信道参数。其中，Ω（多径出发角）的空间表示如图3所示的球坐标示意图，Φ为水平角，范围为[-Π，Π]，θ是垂直方向角，范围为[0，Π]。
102、利用信道参数估计算法估计通过所述天线发射端信号模型和所述天线接收端信号模型的每一条多径信号的信道参数，基于球面波模型和所述信道参数计算所有多径信号到达天线接收端前一次经过的所有散射体的路径距离信息。
在定义了天线发射端信号模型和天线接收端信号模型之后，根据信道估计算法分离出实测信道中的每一条多径。其中，高精度信道参数估计方法可以参照现有技术，例如Sage、RiMax、ML等高精度信道参数估计算法来实现。再使用所选取的高精度信道参数估计方法获取通过天线发射端信号模型和天线接收端信号模型的每一条多径的上述信道参数其中，信道参数包括多径的出发角、到达角、传播时延、多普勒频率、增益的衰减，在其他实施方式中不限于此。
进一步地，对于球面波模型，其为电磁波从天线发射出去之后是像球面一样逐渐扩散开来所形成的模型。可以利用如下数学公式表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE009
Figure DEST_PATH_IMAGE011
其中，
Figure 57521DEST_PATH_IMAGE012
表示发射天线阵列的第m个Tx的天线方向，
Figure DEST_PATH_IMAGE013
表示接收天线阵列的第n个Rx的天线方向，
Figure 50883DEST_PATH_IMAGE014
表示波长。
本申请将球面波模型引入，所提到的球面波假说的MIMO信道的主要构思是基于测试距离小于天线的锐利距离。对于所有多径信号到达天线接收端前一次经过的所有散射体的位置信息可以参照如图1所示，画圈处的“到达Rx前所经过的散射体：S1-1,S2-2,Sn等”。
示例性地，如图8所示，为一接受阵列天线的信号模型示意图，在阵列的接收端，阵列天线中的每一个天线阵子所收到的到达角方向都可以通过前述的信道参数估计算法获得，进一步地，每一个天线的阵子的位置是已知的（测量得到），通过多个天线收到到达角方向的交点，即可估计为多径信号到达天线接收端前一次经过的所有散射体的位置信息（ Sn的坐标信息），由于在通过天线发射端信号模型和天线接收端信号模型已经可以确定Tx阵列中心坐标、S的坐标、Rx中心阵列的坐标，在实际操作中，会将发射天线和接收天线的位置在测量时记录下来的，并且，基站的位置也是一致的，再根据Sn的坐标信息、发射天线（Tx）和接收天线（Rx）在三维空间中的坐标信息，利用空间坐标公式计算传播路径Tx-Sn-Rx的长度，即可以计算出Tx-
Figure DEST_PATH_IMAGE015
-Rx所确定的路径的距离
Figure 245235DEST_PATH_IMAGE016
即路径距离信息。
103、根据路径距离信息和预置的判断条件确定当前多径信号经过一次散射或两次散射；
在信道参数中已经获取了时延参数和出发角方向（由多径的出发角与到达角确定），即对应地时延
Figure DEST_PATH_IMAGE017
和出发角方向
Figure 193337DEST_PATH_IMAGE018
是已知的。根据时延参数与光速的乘积、路径距离信息生成差值，判断差值是否小于预设的误差阈值，再判断出发角方向是否与多径信号经过天线发射端的路径方向一致。
若时延
Figure 611680DEST_PATH_IMAGE017
与光速c的乘积与
Figure DEST_PATH_IMAGE019
相等，误差小于设定的误差阈值б（可以根据需求设置为波长的一半）且Tx- Tx-
Figure 278023DEST_PATH_IMAGE020
所在的方向与
Figure 807224DEST_PATH_IMAGE018
一致，则认为
Figure 439194DEST_PATH_IMAGE020
属于单次散射传播的散射体S1-1。
其中，若差值不小于预设的误差阈值，并且出发角方向与多径信号经过天线发射端的路径方向不一致，则确定当前多径信号经过二次散射。即，逐条判断之后，剩余的S中仅包含两次散射体S2-2和多次散射体Sn。
104、若当前多径信号经过二次散射，则根据构造的椭圆模型确定经过两次散射的多径传播路径及对应的散射体。
根据当前多径信号发出的第二个散射点和出发角方向确定第一个二次散射点所处位置的椭圆轨迹。再根据出发角方向与椭圆方程的交点确定第一个散射点的位置，通过第一个散射点的位置确定经过两次散射的多径传播路径及对应的散射体。
具体实现为如图5所示：假设在剩余的S中全部为两次散射体，其所对应的多径，对于时延
Figure 28438DEST_PATH_IMAGE017
，及
Figure DEST_PATH_IMAGE021
所在的位置是可以获知的。首先计算
Figure 182077DEST_PATH_IMAGE021
到Rx的距离为dRx;
Figure 514969DEST_PATH_IMAGE017
与光速c的乘积可以计算Tx-
Figure 1445DEST_PATH_IMAGE022
-
Figure 531565DEST_PATH_IMAGE021
- Rx所经过的距离d_tau；则Tx-
Figure 595336DEST_PATH_IMAGE022
-
Figure 731919DEST_PATH_IMAGE021
的距离可以表示为：dtau – dRx为一个定值。
根据椭圆定义，
Figure 72901DEST_PATH_IMAGE022
所在的位置应该在以Tx阵列中心位置、
Figure 269528DEST_PATH_IMAGE021
分别作为焦点F1和F2的椭球上。椭球的构造方式为如图4所示：在方向
Figure 460075DEST_PATH_IMAGE018
，焦点F1、F2所形成的平面上，以F1，F2作为椭圆焦点，长轴2a等于| dtau – dRx |，焦距2c等于Tx与S2-2之间的距离的椭圆，以F1 F2为轴旋转180度所扫过的面积形成椭球。而
Figure 134770DEST_PATH_IMAGE018
已知，因此可以找到
Figure 330259DEST_PATH_IMAGE018
方向与上述椭球之交点为
Figure 697787DEST_PATH_IMAGE022
的位置。
在此步骤中，之所以利用椭圆结构作为本申请进行二次散射点位置信息的确定依据，在于，在三维空间中，第一个二次散射点处在出发角方向
Figure 110051DEST_PATH_IMAGE018
，发射天线Tx, 第二个二次散射点
Figure 588437DEST_PATH_IMAGE021
所会构成的平面上。
Figure 169591DEST_PATH_IMAGE022
（第一个二次散射点）所在的位置是以 Tx阵列中心位置、
Figure 176861DEST_PATH_IMAGE021
分别作为焦点F1和F2的椭球轨迹上。
由于对信道中的散射体定位是信道建模中十分重要的一个研究方向，准确的散射体定位对研究信道的空间一致性、多径成簇等本质问题至关重要。换言之，它影响着无线通信系统的设计、优化等问题。本申请用过对散射体的精准定位对于通信模型的设计具有极大的意义。
进一步地，对于现有技术的电磁室内定位技术中，把定位目标看成是移动的散射体，由于其相比摄像头的图像定位方法具有更好隐私性的优势，本申请也可以应用于基于电磁的室内目标定位中。
根据本实施例提供的方法，能够利用高精度信道参数估计方法提取信道参数中的出发角与到达角的出发角方向，多径时延等信息，可以对信道中多径传播到达接收天线之前的散射体进行定位。可以达到区分室内散射体是发生一次或是两次及多次散射传播的多径所经过的散射体，并利用几何光学与椭圆的几何定义相结合，获得两次散射的多径的传播路径，并可以准确的确定所经过的第一个散射体的位置，有利于形成准确的信道模型。
实施例二
请参阅图6，图6为本发明实施例的一种基于球面波的室内散射体定位系统，该系统包括：
天线发射端1，包括天线发射端信号模型。
天线接收端2，包括天线接收端信号模型。
为了便于精确判断多径经过的路径，在本实施例中在包含M个发射天线、N个接收天线的 M×N多发多收（multiple-input multiple-output，MIMO）天线系统中，在天线发射端1和天线接收端2定义MIMO系统中第m个发射天线所发射的信号模型为
Figure 342001DEST_PATH_IMAGE001
,因此M个发射天线之输入为：
Figure 92920DEST_PATH_IMAGE003
其中，[……]T 表示矩阵的转置。
进一步地，定义天线接收端接收到的信号模型
Figure 794159DEST_PATH_IMAGE004
，隐接收天端接收到的第l(L的小写)条多径的信号模型可以表示为：
Figure 237910DEST_PATH_IMAGE006
其中
Figure 618908DEST_PATH_IMAGE007
是一类表示第l(L的小写)条多径的参数，从左到右依次分别表示该多径的出发角、到达角、传播时延、多普勒频率、增益的衰减信道参数。其中，Ω（多径出发角）的空间表示如图3所示的球坐标示意图，Φ为水平角，范围为[-Π，Π]，θ是垂直方向角，范围为[0，Π]。利用数学公式可以实现为：
Figure 439096DEST_PATH_IMAGE009
Figure 729263DEST_PATH_IMAGE011
其中，
Figure 468549DEST_PATH_IMAGE012
表示发射天线阵列的第m个Tx的天线方向，
Figure 844167DEST_PATH_IMAGE013
表示接收天线阵列的第n个Rx的天线方向，
Figure 435423DEST_PATH_IMAGE014
表示波长。
估计模块3，用于利用信道参数估计算法估计通过所述天线发射端信号模型和所述天线接收端信号模型的每一条多径信号的信道参数。
具体实现为：
在定义了天线发射端信号模型和天线接收端信号模型之后，根据信道估计算法分离出实测信道中的每一条多径。其中，高精度信道参数估计方法可以参照现有技术，例如Sage、RiMax、ML等高精度信道参数估计算法来实现。再使用所选取的高精度信道参数估计方法获取通过天线发射端信号模型和天线接收端信号模型的每一条多径的上述信道参数其中，信道参数包括多径的出发角、到达角、传播时延、多普勒频率、增益的衰减，在其他实施方式中不限于此。
进一步地，对于球面波模型，其为电磁波从天线发射出去之后是像球面一样逐渐扩散开来所形成的模型。可以利用如下数学公式表示为：
Figure 845675DEST_PATH_IMAGE009
Figure 631229DEST_PATH_IMAGE011
其中，
Figure 228563DEST_PATH_IMAGE012
表示发射天线阵列的第m个Tx的天线方向，
Figure 889090DEST_PATH_IMAGE013
表示接收天线阵列的第n个Rx的天线方向，
Figure 153849DEST_PATH_IMAGE014
表示波长。
本申请将球面波模型引入，所提到的球面波假说的MIMO信道的主要构思是基于测试距离小于天线的锐利距离。对于所有多径信号到达天线接收端前一次经过的所有散射体的位置信息可以参照如图1所示，画圈处的“到达Rx前所经过的散射体：S1-1,S2-2,Sn等”。
判断模块4，用于根据所述路径距离信息和预置的判断条件确定当前多径信号经过一次散射或两次散射。
定位模块5，用于在当前多径信号经过二次散射，则根据构造的椭圆模型确定经过两次散射的多径传播路径及对应的散射体。
其中，估计模块3包括：分离单元301，用于根据信道估计算法分离出实测信道中的每一条多径；计算单元302，用于使用高精度信道参数估计方法获取通过天线发射端信号模型和天线接收端信号模型的每一条多径的信道参数，基于球面波模型对通过天线发射端信号模型和天线接收端信号模型的每一条多径的信道参数进行估计，获取所有多径信号到达天线接收端前一次经过的所有散射体的路径距离信息。
判断模块4实现为：根据时延参数与光速的乘积、与所述路径距离信息相减得到差值，判断所述差值是否小于预设的误差阈值；根据所述出发角与到达角确定的出发角方向判断与多径信号经过天线发射端的路径方向是否一致；当所述差值小于预设的误差阈值，并且所述出发角方向与多径信号经过天线发射端的路径方向一致，则确定当前多径信号经过一次散射，其中，若所述差值不小于预设的误差阈值，或所述出发角方向与多径信号经过天线发射端的路径方向不一致，则确定当前多径信号经过二次散射。由于在通过天线发射端信号模型和天线接收端信号模型已经可以确定Tx阵列中心坐标、S的坐标、Rx中心阵列的坐标，由此可以计算出Tx-
Figure 110304DEST_PATH_IMAGE015
-Rx所确定的路径的距离
Figure 460513DEST_PATH_IMAGE016
。
在信道参数中已经获取了时延参数和出发角方向（由多径的出发角与到达角确定），即对应地时延
Figure 659151DEST_PATH_IMAGE017
和出发角方向
Figure 637472DEST_PATH_IMAGE018
是已知的。根据时延参数与光速的乘积、路径距离信息生成差值，判断差值是否小于预设的误差阈值，再判断出发角方向是否与多径信号经过天线发射端的路径方向一致。
若时延
Figure 30407DEST_PATH_IMAGE017
与光速c的乘积与
Figure 867913DEST_PATH_IMAGE019
相等，误差小于设定的误差阈值б（可以根据需求设置为波长的一半）且Tx- Tx-
Figure 371706DEST_PATH_IMAGE020
所在的方向与
Figure 849873DEST_PATH_IMAGE018
一致，则认为
Figure 148131DEST_PATH_IMAGE020
属于单次散射传播的散射体S1-1。
其中，若差值不小于预设的误差阈值，并且出发角方向与多径信号经过天线发射端的路径方向不一致，则确定当前多径信号经过二次散射。即，逐条判断之后，剩余的S中仅包含两次散射体S2-2和多次散射体Sn。
定位模块5包括：椭圆模块构建单元501，用于根据当前多径信号发出的第二个散射点和出发角方向确定第一个二次散射点所处位置的椭圆轨迹。
散射体定位单元502，用于根据出发角方向与椭圆方程的交点确定第一个散射点的位置，通过所述第一个散射点的位置确定经过两次散射的多径传播路径及对应的散射体。
根据当前多径信号发出的第二个散射点和出发角方向确定第一个二次散射点所处位置的椭圆轨迹。再根据出发角方向与椭圆方程的交点确定第一个散射点的位置，通过第一个散射点的位置确定经过两次散射的多径传播路径及对应的散射体。
具体实现为如图5所示：假设在剩余的S中全部为两次散射体，其所对应的多径，我们知道时延
Figure 472933DEST_PATH_IMAGE017
，及
Figure 514838DEST_PATH_IMAGE021
所在的位置。首先计算
Figure 841652DEST_PATH_IMAGE021
到Rx的距离为dRx;
Figure 576390DEST_PATH_IMAGE017
与光速c的乘积可以计算Tx-
Figure 122909DEST_PATH_IMAGE022
-
Figure 234084DEST_PATH_IMAGE021
- Rx所经过的距离d_tau；则Tx-
Figure 680984DEST_PATH_IMAGE022
-
Figure 586623DEST_PATH_IMAGE021
的距离可以表示为：dtau – dRx为一个定值。
根据椭圆定义，
Figure 620438DEST_PATH_IMAGE022
所在的位置应该在以Tx阵列中心位置、
Figure 4146DEST_PATH_IMAGE021
分别作为焦点F1和F2的椭球上。椭球的构造方式为如图4所示：在方向
Figure 571131DEST_PATH_IMAGE018
，焦点F1、F2所形成的平面上，以F1，F2作为焦点，长轴2a等于| dtau – dRx |。焦距2c=Tx与S2-2之间的距离的椭圆，以F1 F2为轴旋转180度所扫过的面积形成椭球。而
Figure 382092DEST_PATH_IMAGE018
已知，因此可以找到
Figure 903204DEST_PATH_IMAGE018
方向与上述椭球之交点为
Figure 90602DEST_PATH_IMAGE022
的位置。
在此步骤中，之所以利用椭圆结构作为本申请进行二次散射点位置信息的确定依据，在于，在三维空间中，第一个二次散射点处在出发角方向
Figure 529672DEST_PATH_IMAGE018
，发射天线Tx, 第二个二次散射点
Figure 636169DEST_PATH_IMAGE021
所会构成的平面上。
Figure 644576DEST_PATH_IMAGE022
（第一个二次散射点）所在的位置是以 Tx阵列中心位置、
Figure 635666DEST_PATH_IMAGE021
分别作为焦点F1和F2的椭球轨迹上。
由于对信道中的散射体定位是信道建模中十分重要的一个研究方向，准确的散射体定位对研究信道的空间一致性、多径成簇等本质问题至关重要。换言之，它影响着无线通信系统的设计、优化等问题。本申请用过对散射体的精准定位对于通信模型的设计具有极大的意义。
根据本实施例提供的系统，能够利用高精度信道参数估计方法提取信道参数中的出发角与到达角的出发角方向，多径时延等信息，可以对信道中多径传播到达接收天线之前的散射体进行定位。可以达到区分室内散射体是发生一次或是两次及多次散射传播的多径所经过的散射体，并利用几何光学与椭圆的几何定义相结合，获得两次散射的多径的传播路径，并可以准确的确定所经过的第一个散射体的位置，有利于形成准确的信道模型。
实施例三
请参阅图7，图7是本发明实施例公开的一种基于球面波的室内散射体定位装置的结构示意图。其中，图7所描述的基于球面波的室内散射体定位装置可以应用在系统，对于该基于球面波的室内散射体定位装置的应用系统本发明实施例不做限制。如图7所示，该装置可以包括：
存储有可执行程序代码的存储器701；
与存储器701耦合的处理器702；
处理器702调用存储器701中存储的可执行程序代码，用于执行实施例一所描述的基于球面波的室内散射体定位方法。
实施例四
本发明实施例公开了一种计算机可读存储介质，其存储用于电子数据交换的计算机程序，其中，该计算机程序使得计算机执行实施例一所描述的基于球面波的室内散射体定位方法。
实施例五
本发明实施例公开了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括存储了计算机程序的非瞬时性计算机可读存储介质，且该计算机程序可操作来使计算机执行实施例一或实施例二中所描述的基于球面波的室内散射体定位方法。
以上所描述的的实施例仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施例的具体描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中,存储介质包括只读存储器（Read-Only Memory，ROM）、随机存储器（Random Access Memory，RAM）、可编程只读存储器（Programmable Read-only Memory，PROM）、可擦除可编程只读存储器（ErasableProgrammable Read Only Memory，EPROM）、一次可编程只读存储器（One-timeProgrammable Read-Only Memory，OTPROM）、电子抹除式可复写只读存储器（Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM）、只读光盘（CompactDisc Read-Only Memory，CD-ROM）或其他光盘存储器、磁盘存储器、磁带存储器、或者能够用于携带或存储数据的计算机可读的任何其他介质。
最后应说明的是：本发明实施例公开的一种基于球面波的室内散射体定位方法及系统所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各项实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本发明各项实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种基于球面波的室内散射体定位方法，其特征在于，所述方法应用于室内多天线传播信道系统，其中，所述多天线传播信道系统包括多个天线发射端和多个天线接收端，所述方法包括：
构建天线发射端信号模型和天线接收端信号模型；
利用信道参数估计算法估计通过所述天线发射端信号模型和所述天线接收端信号模型的每一条多径信号的信道参数；
基于球面波模型和所述信道参数计算所有多径信号到达天线接收端前一次经过的所有散射体的路径距离信息；
根据所述路径距离信息和预置的判断条件确定当前多径信号经过一次散射或两次散射；
若当前多径信号经过二次散射，则根据构造的椭圆模型确定经过两次散射的多径传播路径及对应的散射体。
2.根据权利要求1所述的基于球面波的室内散射体定位方法，其特征在于，所述信道参数包括时延参数、出发角、到达角，根据所述路径距离信息和预置的判断条件确定当前多径信号经过一次散射或两次散射，包括：
根据时延参数与光速的乘积、与所述路径距离信息相减得到差值，判断所述差值是否小于预设的误差阈值；
根据所述出发角与到达角确定的出发角方向判断与多径信号经过天线发射端的路径方向是否一致；
当所述差值小于预设的误差阈值，并且所述出发角方向与多径信号经过天线发射端的路径方向一致，则确定当前多径信号经过一次散射，其中，若所述差值不小于预设的误差阈值，或所述出发角方向与多径信号经过天线发射端的路径方向不一致，则确定当前多径信号经过二次散射。
3.根据权利要求2所述的基于球面波的室内散射体定位方法，其特征在于，若当前多径信号经过二次散射，则根据构造的椭圆模型确定经过两次散射的多径传播路径及对应的散射体，包括：
根据当前多径信号发出的第二个散射点和所述出发角方向确定第一个二次散射点所处位置的椭圆轨迹；
根据所述出发角方向与椭圆方程的交点确定第一个散射点的位置；
通过所述第一个散射点的位置确定经过两次散射的多径传播路径及对应的散射体。
4.一种基于球面波的室内散射体定位系统，其特征在于，所述系统包括：
天线发射端，包括天线发射端信号模型；
天线接收端，包括天线接收端信号模型；
估计模块，用于利用信道参数估计算法估计通过所述天线发射端信号模型和所述天线接收端信号模型的每一条多径信号的信道参数；
判断模块，用于根据所述路径距离信息和预置的判断条件确定当前多径信号经过一次散射或两次散射；
定位模块，用于在当前多径信号经过二次散射，则根据构造的椭圆模型确定经过两次散射的多径传播路径及对应的散射体。
5.根据权利要求4所述的基于球面波的室内散射体定位系统，其特征在于，所述估计模块包括：
分离单元，用于根据信道估计算法分离出实测信道中的每一条多径；
计算单元，用于使用高精度信道参数估计方法获取通过所述天线发射端信号模型和天线接收端信号模型的每一条多径的信道参数，基于球面波模型对通过所述天线发射端信号模型和天线接收端信号模型的每一条多径的信道参数进行估计，获取所有多径信号到达天线接收端前一次经过的所有散射体的路径距离信息。
6.根据权利要求5所述的基于球面波的室内散射体定位系统，其特征在于，所述信道参数包括时延参数和出发角方向，所述判断模块实现为：
用于根据时延参数与光速的乘积、与所述路径距离信息相减得到差值，判断所述差值是否小于预设的误差阈值；根据所述出发角与到达角确定的出发角方向判断与多径信号经过天线发射端的路径方向是否一致；当所述差值小于预设的误差阈值，并且所述出发角方向与多径信号经过天线发射端的路径方向一致，则确定当前多径信号经过一次散射，其中，若所述差值不小于预设的误差阈值，或所述出发角方向与多径信号经过天线发射端的路径方向不一致，则确定当前多径信号经过二次散射。
7.根据权利要求6所述的基于球面波的室内散射体定位系统，其特征在于，所述定位模块包括：
椭圆模块构建单元，用于根据当前多径信号发出的第二个散射点和出发角方向确定第一个二次散射点所处位置的椭圆轨迹；
散射体定位单元，用于根据出发角方向与椭圆方程的交点确定第一个散射点的位置，通过所述第一个散射点的位置确定经过两次散射的多径传播路径及对应的散射体。
8.基于球面波的室内散射体定位装置，其特征在于，所述装置包括：
存储有可执行程序代码的存储器；
与所述存储器耦合的处理器；
所述处理器调用所述存储器中存储的所述可执行程序代码，执行如权利要求1-3任一项所述的基于球面波的室内散射体定位方法。
9.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令被调用时，用于执行如权利要求1-3任一项所述的基于球面波的室内散射体定位方法。
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