CN114900249A - 一种基于多传感器的复杂环境电磁态势反演方法 - Google Patents
一种基于多传感器的复杂环境电磁态势反演方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114900249A CN114900249A CN202210471261.6A CN202210471261A CN114900249A CN 114900249 A CN114900249 A CN 114900249A CN 202210471261 A CN202210471261 A CN 202210471261A CN 114900249 A CN114900249 A CN 114900249A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- signal
- electromagnetic
- received
- complex environment
- detection signal
- 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.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 45
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 15
- 239000003245 coal Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000012800 visualization Methods 0.000 claims description 6
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 6
- 238000005070 sampling Methods 0.000 abstract description 5
- 230000021615 conjugation Effects 0.000 abstract description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007794 visualization technique Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B17/00—Monitoring; Testing
- H04B17/0082—Monitoring; Testing using service channels; using auxiliary channels
- H04B17/0085—Monitoring; Testing using service channels; using auxiliary channels using test signal generators
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于多传感器的复杂环境电磁态势反演方法，包括以下步骤：S1：将信号接收器分布在所需位置，使多个信号接收器分布之间构成电磁反演腔(TRC)；S2：将源探测信号发生器放置在所在据点，启动设备，使源探测信号发生器发出探测信号；S3：源探测信号发生器发出探测信号通过煤质空间传播至各个信号接收器，信号接收器将接收到了探测信号进行记录。该基于多传感器的复杂环境电磁态势反演方法，无需对接收波形进行全波采集，可直接对接收正弦波信号在频域内进行相位共轭，避免在传统的时间反演技术的应用实现中数字处理器件采样率的限制，可显著降低TR信号处理过程的物理实现难度和成本，具有实际的工程应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及电磁通信技术领域，具体为一种基于多传感器的复杂环境电 磁态势反演方法。
背景技术
电磁波是由方向相同且互相垂直的电场与磁场在空间中衍生发射的振荡 粒子波，是以波动的形式传播的电磁场，具有波粒二象性，其粒子形态称为 光子，电磁波与光子不是非黑即白的关系，而是根据实际研究的不同，其性 质所体现出的两个侧面。由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波 的形式移动，其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面。电磁波在真空中速 率固定，速度为光速。
反演(TR)是指对时域信号的一种逆序操作，该技术可以克服多径效应 这一传统通信中的不利因素，将多径效应充分利用，获得空间复用及自适应 聚焦的效果，即时空聚焦特性，TR技术独特的时空聚焦特性使其在通信、输 能以及高分辨率成像领域都具有广泛的应用前景。
现有的电磁态势可视化效果不好，需要对接收波形进行全波采集，从而 需要通过大量的算法才能获得目标场的准确赋形，并会受到实现中数字处理 器件采样率的限制。
所以需要针对上述问题进行改进，来满足市场需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于多传感器的复杂环境电磁态势反演方 法，以解决上述背景技术中提出的现有的电磁态势可视化效果不好，需要对 接收波形进行全波采集，从而需要通过大量的算法才能获得目标场的准确赋 形，并会受到实现中数字处理器件采样率的限制的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于多传感器的复杂 环境电磁态势反演方法，包括以下步骤：
S1：将信号接收器分布在所需位置，使多个信号接收器分布之间构成电 磁反演腔(TRC)；
S2：将源探测信号发生器放置在所在据点，启动源探测信号发生器，使 源探测信号发生器发出探测信号；
S3：源探测信号发生器发出探测信号通过煤质空间传播至各个信号接收 器，信号接收器将接收到了探测信号进行记录；
S4：信号接收器将接收到的探测信号进行逆序操作，使电磁信号重新进 行发射；
S5：源探测信号发生器可将信号接收器重新进行发射的电磁信号进行接 收，并根据接受到的信号强度及路径，进行信号的地域分布，从而将信号的 强度及路径情况进行绘制，实现电磁态势的可视化。
优选的，所述步骤S1中的信号接收器呈连续分布，且每两个信号接收器 之间的间距最大不得超过两个信号接收器的最大探测距离之和。
优选的，所述步骤S2中源探测信号发生器发出的电磁信号不得以短时脉 冲作为激励源，以连续的正弦波较佳。
优选的，所述步骤S3中煤质空间为具有电磁波传播特性的一种传播介质， 如空气、真空。
优选的，所述信号接收器设置有反演镜(TRM)，且TRM由有限个同时具 有收发功能的全向偶极子天线组成的阵列。
优选的，所述步骤S4中的逆序操作是通过TRM接收到由源探测信号发生 器发射的电磁波，然后将接收到的信号进行反演处理，再由TRM天线阵激励， 可在预设区域内得到目标场分布，能够实现目标场的准确赋形。
优选的，所述步骤S3及步骤S5中，无需对接收波形进行全波采集，可 直接对接收正弦波信号在频域内进行相位共轭。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
综上所述，在TR实现的过程中，由TRC包围空间内的r＝r0处设置点源， 激励冲击信号δ(r-r 0)，此时TRC所在的闭合曲面边界场为S，将激励冲击 信号发出后，S上的信号接收器会对信号进行接收，在TR电磁波回传过程中， 首先将在TRC上接收到的信号进行时间反演处理，在频域上即对信号作相位 共轭处理，然后将作为信号源，由信号接收器再次反向发射，此时，空间中 的场分布为时间反演场GTR(r,r 0)，根据格林定理可以获得频域标量时间反 演场的解为：
此时原源点处附近的场按照辛格 函数分布，场值随着空间由r0向外的延伸而迅速降低，也即在r0处实现了 空间上的场聚焦，源探测信号发生器再对反向发射的信号进行接收，并将接 受的信号路径、强弱进行实时的绘制赋形，从而可在复杂的地形环境中得到 目标场分布，根据信号的强弱及传输路径分布方向，以实现电磁态势的可视 化，通过激励目标场源，利用TRM接收到由目标源发射的电磁波，然后将接 收到的信号进行时间反演处理，从而不需要大量的优化算法，只需一次完整 的时间反演过程即可获得预期的目标场，该电磁态势反演点聚焦技术无需对 接收波形进行全波采集，可直接对接收正弦波信号在频域内进行相位共轭， 避免在传统的时间反演技术的应用实现中数字处理器件采样率的限制，可显 著降低TR信号处理过程的物理实现难度和成本，具有实际的工程应用前景。
附图说明
图1为本发明流程结构示意图；
图2为本发明反演腔场源结构示意图；
图3为本发明原理结构示意图。
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。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种基于多传感器的复杂环境 电磁态势反演方法，包括以下步骤：
S1：将信号接收器分布在所需位置，使多个信号接收器分布之间构成电 磁反演腔(TRC)；S2：将源探测信号发生器放置在所在据点，启动源探测信 号发生器，使源探测信号发生器发出探测信号；S3：源探测信号发生器发出 探测信号通过煤质空间传播至各个信号接收器，信号接收器将接收到了探测 信号进行记录；S4：信号接收器将接收到的探测信号进行逆序操作，使电磁 信号重新进行发射；S5：源探测信号发生器可将信号接收器重新进行发射的 电磁信号进行接收，并根据接受到的信号强度及路径，进行信号的地域分布， 从而将信号的强度及路径情况进行绘制，实现电磁态势的可视化。
步骤S1中的信号接收器呈连续分布，且每两个信号接收器之间的间距最 大不得超过两个信号接收器的最大探测距离之和，通过上述设置，使得信号 接收器可以相互进行信号的传输，从而使得信号的接受更加稳定及精确。
步骤S2中源探测信号发生器发出的电磁信号不得以短时脉冲作为激励 源，以连续的正弦波较佳，利用连续的正弦波代替短时脉冲进行能量传输， 在该情况下，系统是简谐稳态的，到达整流天线的接收波形为正弦波，使幅 值分布均匀。
步骤S3中煤质空间为具有电磁波传播特性的一种传播介质，如空气、真 空。
信号接收器设置有反演镜(TRM)，且TRM由有限个同时具有收发功能的 全向偶极子天线组成的阵列，步骤S4中的逆序操作是通过TRM接收到由源探 测信号发生器发射的电磁波，然后将接收到的信号进行反演处理，再由TRM 天线阵激励，可在预设区域内得到目标场分布，能够实现目标场的准确赋形。
步骤S3及步骤S5中，无需对接收波形进行全波采集，可直接对接收正 弦波信号在频域内进行相位共轭，可避免实现中数字处理器件采样率的限制， 可显著降低TR信号处理过程的物理实现难度和成本。
工作原理：如图1-3所示，在使用该基于多传感器的复杂环境电磁态势 反演方法时，首先，在TR实现的过程中，由TRC包围空间内的r＝r0处设置 点源，激励冲击信号δ(r-r0)，此时TRC所在的闭合曲面边界场为S，将激 励冲击信号发出后，S上的信号接收器会对信号进行接收，在TR电磁波回传 过程中，首先将在TRC上接收到的信号进行时间反演处理，在频域上即对信 号作相位共轭处理，然后将作为信号源，由信号接收器再次反向发射，此时，空间中的场分布为时间反演场GTR(r,r 0)，根据格林定理可以获得频域标量 时间反演场的解为：
此时原源点处附近的场按 照辛格函数分布，场值随着空间由r0向外的延伸而迅速降低，也即在r0处 实现了空间上的场聚焦，源探测信号发生器再对反向发射的信号进行接收， 并将接受的信号路径、强弱进行实时的绘制赋形，从而可在复杂的地形环境 中得到目标场分布，根据信号的强弱及传输路径分布方向，以实现电磁态势 的可视化，通过激励目标场源，利用TRM接收到由目标源发射的电磁波，然后将接收到的信号进行时间反演处理，从而不需要大量的优化算法，只需一 次完整的时间反演过程即可获得预期的目标场，这就是该基于多传感器的复 杂环境电磁态势反演方法的特点。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而 言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行 多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限 定。
Claims (7)
1.一种基于多传感器的复杂环境电磁态势反演方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将信号接收器分布在所需位置，使多个信号接收器分布之间构成电磁反演腔(TRC)；
S2：将源探测信号发生器放置在所在据点，启动源探测信号发生器，使源探测信号发生器发出探测信号；
S3：源探测信号发生器发出探测信号通过煤质空间传播至各个信号接收器，信号接收器将接收到了探测信号进行记录；
S4：信号接收器将接收到的探测信号进行逆序操作，使电磁信号重新进行发射；
S5：源探测信号发生器可将信号接收器重新进行发射的电磁信号进行接收，并根据接受到的信号强度及路径，进行信号的地域分布，从而将信号的强度及路径情况进行绘制，实现电磁态势的可视化。
2.根据权利要求1所述的一种基于多传感器的复杂环境电磁态势反演方法，其特征在于：所述步骤S1中的信号接收器呈连续分布，且每两个信号接收器之间的间距最大不得超过两个信号接收器的最大探测距离之和。
3.根据权利要求1所述的一种基于多传感器的复杂环境电磁态势反演方法，其特征在于：所述步骤S2中源探测信号发生器发出的电磁信号不得以短时脉冲作为激励源，以连续的正弦波较佳。
4.根据权利要求1所述的一种基于多传感器的复杂环境电磁态势反演方法，其特征在于：所述步骤S3中煤质空间为具有电磁波传播特性的一种传播介质，如空气、真空。
5.根据权利要求1所述的一种基于多传感器的复杂环境电磁态势反演方法，其特征在于：所述信号接收器设置有反演镜(TRM)，且TRM由有限个同时具有收发功能的全向偶极子天线组成的阵列。
6.根据权利要求1所述的一种基于多传感器的复杂环境电磁态势反演方法，其特征在于：所述步骤S4中的逆序操作是通过TRM接收到由源探测信号发生器发射的电磁波，然后将接收到的信号进行反演处理，再由TRM天线阵激励，可在预设区域内得到目标场分布，能够实现目标场的准确赋形。
7.根据权利要求1所述的一种基于多传感器的复杂环境电磁态势反演方法，其特征在于：所述步骤S3及步骤S5中，无需对接收波形进行全波采集，可直接对接收正弦波信号在频域内进行相位共轭。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210471261.6A CN114900249A (zh) | 2022-04-28 | 2022-04-28 | 一种基于多传感器的复杂环境电磁态势反演方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210471261.6A CN114900249A (zh) | 2022-04-28 | 2022-04-28 | 一种基于多传感器的复杂环境电磁态势反演方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114900249A true CN114900249A (zh) | 2022-08-12 |
Family
ID=82718877
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210471261.6A Pending CN114900249A (zh) | 2022-04-28 | 2022-04-28 | 一种基于多传感器的复杂环境电磁态势反演方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114900249A (zh) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101873692A (zh) * | 2010-06-23 | 2010-10-27 | 电子科技大学 | 基于时间反演的无线传感器网络节点定位方法 |
| CN104331317A (zh) * | 2014-08-29 | 2015-02-04 | 电子科技大学 | 基于时间反演电磁波传输的空间电磁场赋形产生方法 |
| CN106602746A (zh) * | 2016-11-09 | 2017-04-26 | 电子科技大学 | 一种基于聚焦波的微波窄带无线输能方法及装置 |
| US9883511B1 (en) * | 2012-12-05 | 2018-01-30 | Origin Wireless, Inc. | Waveform design for time-reversal systems |
| CN108667161A (zh) * | 2018-04-04 | 2018-10-16 | 电子科技大学 | 一种基于中继散射体的非视距无线功率传输系统及方法 |
| US20190020530A1 (en) * | 2012-12-05 | 2019-01-17 | Origin Wireless, Inc. | Methods, devices, servers, apparatus, and systems for wireless internet of things applications |
| CN110649945A (zh) * | 2019-08-23 | 2020-01-03 | 电子科技大学 | 一种基于时间反演的平面阵列近场多点聚焦系统及方法 |
| CN113691474A (zh) * | 2021-06-28 | 2021-11-23 | 科米纳(天津)通信科技有限公司 | 一种基于时间反演的电磁脉冲功率合成技术 |
-
2022
- 2022-04-28 CN CN202210471261.6A patent/CN114900249A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101873692A (zh) * | 2010-06-23 | 2010-10-27 | 电子科技大学 | 基于时间反演的无线传感器网络节点定位方法 |
| US9883511B1 (en) * | 2012-12-05 | 2018-01-30 | Origin Wireless, Inc. | Waveform design for time-reversal systems |
| US20190020530A1 (en) * | 2012-12-05 | 2019-01-17 | Origin Wireless, Inc. | Methods, devices, servers, apparatus, and systems for wireless internet of things applications |
| CN104331317A (zh) * | 2014-08-29 | 2015-02-04 | 电子科技大学 | 基于时间反演电磁波传输的空间电磁场赋形产生方法 |
| CN106602746A (zh) * | 2016-11-09 | 2017-04-26 | 电子科技大学 | 一种基于聚焦波的微波窄带无线输能方法及装置 |
| CN108667161A (zh) * | 2018-04-04 | 2018-10-16 | 电子科技大学 | 一种基于中继散射体的非视距无线功率传输系统及方法 |
| CN110649945A (zh) * | 2019-08-23 | 2020-01-03 | 电子科技大学 | 一种基于时间反演的平面阵列近场多点聚焦系统及方法 |
| CN113691474A (zh) * | 2021-06-28 | 2021-11-23 | 科米纳(天津)通信科技有限公司 | 一种基于时间反演的电磁脉冲功率合成技术 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 朱敏: "基于时间反演电磁理论的赋形电磁场产生研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 基础科学辑》, 15 March 2016 (2016-03-15) * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106526589B (zh) | 一种基于涡旋电磁波的雷达目标二维成像方法 | |
| CN108761452B (zh) | 距离补偿的多输入多输出阵列毫米波三维成像装置及方法 | |
| CN108566356B (zh) | 基于相位面中继的电磁波轨道角动量复用传输系统 | |
| CN106602746B (zh) | 一种基于聚焦波的微波窄带无线输能方法及装置 | |
| CN108683274B (zh) | 一种频分多址的多目标并行无线输能方法及装置 | |
| CN210224293U (zh) | 一种固定扇形波束cts阵列天线 | |
| CN110212955B (zh) | 一种基于射线的3d mimo信道建模的方法 | |
| CN106252899B (zh) | 一种阵列天线波束成形系统及其波束扫描方法 | |
| CN112444809B (zh) | 一种基于智能反射面的分布式计算成像方法 | |
| CN111812630A (zh) | 干扰剩余时外辐射源雷达目标检测与doa估计系统及方法 | |
| CN110149126A (zh) | 一种3d-mimo系统的波束赋形方法及波束赋形装置 | |
| CN115442904A (zh) | 一种基于抗杂波与智能反射表面辅助的通信感知一体化方法及装备 | |
| CN105699493A (zh) | 高铁无损检测系统和方法 | |
| CN104362437A (zh) | S频段单脉冲自跟踪天线系统 | |
| CN114900249A (zh) | 一种基于多传感器的复杂环境电磁态势反演方法 | |
| CN102724003A (zh) | 一种测试等离子体对空间通信信号特征影响的方法 | |
| WO2020114303A1 (zh) | 应用盲自适应波束成形算法的射频能量收集系统及方法 | |
| CN103236885A (zh) | 一种超宽带无频率色散的doa估计方法及其装置 | |
| CN115208081B (zh) | 一种基于时间反演等空间角大孔径阵的无线输能方法 | |
| CN103367875B (zh) | 半波阵子阵元及其组成的微带阵列天线 | |
| CN112285642A (zh) | 一种无重叠优化互质阵列的信号波达方向估计方法 | |
| Trigka | Advanced signal processing techniques for next generation mobile networks in the mmWave spectrum | |
| CN114895256B (zh) | 基于包络反演的分布式宽带自适应相干信号生成方法 | |
| Chen et al. | Focused Metasurface Based on Time Reversal in Complex Environments | |
| Aslam et al. | Direction of Arrival Estimation in the presence of Scatterer in noisy environment |
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 |