CN116449319A - 信号设计方法及装置 - Google Patents

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CN116449319A CN202210220812.1A CN202210220812A CN116449319A CN 116449319 A CN116449319 A CN 116449319A CN 202210220812 A CN202210220812 A CN 202210220812A CN 116449319 A CN116449319 A CN 116449319A
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CN
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段瑞洋
李雪茹
李玉珂
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Abstract

本申请提供一种信号设计方法及装置，使得用于对目标进行感知的信号具有较大的抗多普勒区间。该方法包括：求解优化问题得到积序列。其中，优化问题是基于约束条件和最大化目标函数得到的。约束条件用于限制第一信号和第二信号的互模糊函数的旁瓣在抗多普勒频移区间内小于或等于第一阈值。目标函数由变量的范数构成，积序列为变量在优化问题中的解。积序列用于确定第一信号和第二信号，第一信号和第二信号用于对目标对象进行感知。

Description

信号设计方法及装置
本申请要求于2022年01月26日提交国家知识产权局、申请号为202210010261.6、申请名称为“一种波形传输及接受方法”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本申请实施例涉及通信领域，尤其涉及信号设计方法及装置。
背景技术
格雷互补序对(golay complementary pair,GCP)是一类具有完美非周期自相关性质的序列，基于此，GCP通常被用作感知序列以对感知目标进行测距。
在测距时，感知设备可以根据GCP生成感知信号，并向目标发送该感知信号。该感知信号经感知目标的反射产生回波信号。本质上，回波信号与感知信号相同，只是延后了从感知设备到感知目标这段距离带来的传播时延。由于感知信号同样具有完美非周期自相关性质，因此，感知设备收到回波信号后，可以将回波信号与感知信号进行非周期自相关运算，根据非周期自相关运算结果确定感知目标的位置。
然而，基于GCP生成的感知信号的完美非周期自相关性质只有在0多普勒(Doppler)时才能保持。对运动的感知目标进行测距时，回波信号中存在由于感知目标的运动速度引起的多普勒频移，因此感知信号的完美非周期自相关性质被破坏，感知信号和回波信号的非周期自相关函数除了在0位移处出现最大相关峰外，在其他位移处还存在大量旁瓣。
由于旁瓣的存在，感知设备对感知目标的测距精度会下降。此外，当感知设备对多个运动的感知目标测距时，弱目标的最大相关峰可能被强目标的旁瓣淹没，造成目标丢失。因此，有必要对感知信号进行抗多普勒设计。
发明内容
本申请提供一种信号设计方法及装置，能够使得用于对目标进行感知的信号具有较大的抗多普勒区间。
第一方面，提供了一种信号设计方法，该方法包括：求解优化问题得到积序列，积序列用于确定第一信号和第二信号，第一信号和第二信号用于对目标对象进行感知。其中，优化问题是基于约束条件和最大化目标函数得到的。约束条件用于限制第一信号和第二信号的互模糊函数的旁瓣在抗多普勒频移区间内小于或等于第一阈值。目标函数由变量的范数构成，积序列为变量在优化问题中的解。
基于该方案，感知设备求解以最大化目标函数为目标，以抗多普勒频移区间和旁瓣抑制水平为约束条件的优化问题，得到积序列，使得根据积序列确定的第一信号和第二信号的CAF的旁瓣在较大的抗多普勒频移区间内保持较低的水平。也就是说，能够使得用于对目标进行感知的信号具有较大的抗多普勒区间，从而提高测距性能。
在一种可能的设计中，目标函数用于指示经第二信号互相关计算后，第一信号的回波信号与噪声信号的功率比。也就是说，目标函数可以指示接收端的信号噪声比SNR。
基于该可能的设计，由于优化问题以最大化接收端的SNR为目标，因此，根据本申请的设计，也能够使得接收端的SNR增益较高。也就是说，本申请的方案在具有较大的抗多普勒频移区间的同时，接收端的SNR增益也较高。
在一种可能的设计中，优化问题为：
其中，||z||1表示变量z的1范数，表示变量z的1范数的平方，||z||2表示变量z的2范数，/>表示变量z的2范数的平方，δ为第一阈值，Es为N×N维的矩阵，N为积序列的长度，矩阵Es由抗多普勒频移区间确定，||Esz||2指示互模糊函数的旁瓣的能量大小。
在一种可能的设计中，矩阵Es的第m行第n列的元素为：
其中，θD用于指示以弧度为单位的抗多普勒频移区间，以弧度为单位的抗多普勒频移区间由以赫兹为单位的抗多普勒频移区间确定，以赫兹为单位的抗多普勒频移区间由fD指示。
在一种可能的设计中，积序列的长度为16、互模糊函数的旁瓣阈值为10-3，抗多普勒频移区间的大小为π时，积序列为：
2.3374e-04-4.5702e-03j，
2.7275e-02+2.6275e-03j，
-1.2932e-02+8.2504e-02j，
-1.6627e-01-3.9741e-02j，
8.7385e-02-2.4902e-01j，
2.9747e-01+1.4686e-01j，
-1.9503e-01+3.0688e-01j，
-3.0555e-01-2.0732e-01j，
1.7558e-01-3.2128e-01j，
3.4648e-01+1.1512e-01j，
-5.3800e-02+3.4359e-01j，
-2.8593e-01-1.2917e-02j，
-3.6182e-03-1.8776e-01j，
9.1405e-02-5.0281e-03j，
2.1849e-03+2.9660e-02j，
-4.8841e-03+3.9983e-04j；
其中，e+0x或e-0x为科学计数法，e+01表示×101，e-01表示×10-1。
在一种可能的设计中，积序列用于确定第一信号和第二信号，包括：积序列用于确定第一序列和第二序列，积序列为第一序列和第二序列的哈达玛Hadamard积；第一序列和格雷互补对GCP用于确定第一信号，第一序列、第二序列、和GCP用于确定第二信号。
在一种可能的设计中，第二序列为第二序列集合中的一个序列，第一序列为第一序列集合中与第二序列对应的序列。第二序列集合中的一个序列和第一序列集合中的对应序列的Hadamard积为积序列。第二序列的所有元素之和的绝对值为多个数值中的最大值，该多个数值包括第二序列集合中的每个序列的所有元素之和的绝对值。
在一种可能的设计中，第一序列和第二序列的长度为16、第一阈值为10-3，抗多普勒频移区间的大小为π时，
第一序列为：1,1,-1,-1,1,1,-1,-1,1,1,-1,-1,1,1,-1,-1；
第二序列为：
2.3374e-04-4.5702e-03j，
2.7275e-02+2.6275e-03j，
1.2932e-02-8.2504e-02j，
1.6627e-01+3.9741e-02j，
8.7385e-02-2.4902e-01j，
2.9747e-01+1.4686e-01j，
1.9503e-01-3.0688e-01j，
3.0555e-01+2.0732e-01j，
1.7558e-01-3.2128e-01j，
3.4648e-01+1.1512e-01j，
5.3800e-02-3.4359e-01j，
2.8593e-01+1.2917e-02j，
-3.6182e-03-1.8776e-01j，
9.1405e-02-5.0281e-03j，
-2.1849e-03-2.9660e-02j，
4.8841e-03-3.9983e-04j；
其中，e+0x或e-0x为科学计数法，e+01表示×101，e-01表示×10-1。
在一种可能的设计中，第二序列的所有元素的实部的正负符号相同；或者，第二序列的所有元素的虚部的正负符号相同。
在一种可能的设计中，第二序列的所有元素的实部为正数，且第一序列和第二序列的长度为16、第一阈值为10-3，抗多普勒频移区间的大小为π时：
第一序列为：1,1,-1,-1,1,1,-1,-1,1,1,-1,-1,-1,1,1,-1；
第二序列为：
2.3374e-04-4.5702e-03j，
2.7275e-02+2.6275e-03j，
1.2932e-02-8.2504e-02j，
1.6627e-01+3.9741e-02j，
8.7385e-02-2.4902e-01j，
2.9747e-01+1.4686e-01j，
1.9503e-01-3.0688e-01j，
3.0555e-01+2.0732e-01j，
1.7558e-01-3.2128e-01j，
3.4648e-01+1.1512e-01j，
5.3800e-02-3.4359e-01j，
2.8593e-01+1.2917e-02j，
3.6182e-03+1.8776e-01j，
9.1405e-02-5.0281e-03j，
2.1849e-03+2.9660e-02j，
4.8841e-03-3.9983e-04j；
其中，e+0x或e-0x为科学计数法，e+01表示×101，e-01表示×10-1。
在一种可能的设计中，第二序列的所有元素的虚部为正数，且第一序列和第二序列的长度为16、第一阈值为10-3，抗多普勒频移区间的大小为π时：
第一序列为：-1,1,1,-1,-1,1,1,-1,-1,1,1,-1,-1,-1,1,1；
第二序列为：
-2.3374e-04+4.5702e-03j，
2.7275e-02+2.6275e-03j，
-1.2932e-02+8.2504e-02j，
1.6627e-01+3.9741e-02j，
-8.7385e-02+2.4902e-01j，
2.9747e-01+1.4686e-01j，
-1.9503e-01+3.0688e-01j，
3.0555e-01+2.0732e-01j，
-1.7558e-01+3.2128e-01j，
3.4648e-01+1.1512e-01j，
-5.3800e-02+3.4359e-01j，
2.8593e-01+1.2917e-02j，
3.6182e-03+1.8776e-01j，
-9.1405e-02+5.0281e-03j，
2.1849e-03+2.9660e-02j，
-4.8841e-03+3.9983e-04j；
其中，e+0x或e-0x为科学计数法，e+01表示×101，e-01表示×10-1。
在一种可能的设计中，第一信号包括N个周期内的子信号，N为第一序列的长度；第一序列和GCP用于确定第一信号，包括：第一序列的第n个元素确定GCP中的一个序列，GCP中的该一个序列用于生成第一信号的第n个周期内的子信号，其中，n＝0,1,...N-1。
在一种可能的设计中，GCP序列包括x序列和y序列，第一信号、第一序列、GCP满足如下公式：
其中，sP(t)为第一信号，P[n]为第一序列的第n个元素，x(t-nT)或y(t-nT)为第一信号的第n个周期内的子信号，x序列用于生成x(t-nT)，y序列用于生成y(t-nT)，T为第一信号的子信号的周期。
在一种可能的设计中，第一信号包括N个周期内的子信号，第二信号包括N个周期内的子信号，N为第一序列和第二序列的长度。
在一种可能的设计中，当抗多普勒频移区间为[0,θD]时，第二信号的第n个周期内的子信号为第二序列的第n个元素的共轭与第一信号的第n个周期内的子信号的乘积，n＝0,1,...N-1。
在一种可能的设计中，当抗多普勒频移区间为[0,θD]时，GCP序列包括x序列和y序列，第二信号、第一序列、第二序列、GCP满足如下公式：
其中，sQ(t)为第二信号，Q*[n]为第二序列的第n个元素Q[n]的共轭，P[n]为第一序列的第n个元素，x(t-nT)或y(t-nT)为第一信号第n个周期内的的子信号，x序列用于生成x(t-nT)，y序列用于生成y(t-nT)，T为第一信号的子信号的周期。
在一种可能的设计中，当抗多普勒频移区间为[-θD,0]时，第二信号的第n个周期内的子信号为第二序列的第n个元素与第一信号的第n个周期内的子信号的乘积，n＝0,1,...N-1。
在一种可能的设计中，当抗多普勒频移区间为[-θD,0]时，GCP序列包括x序列和y序列，第二信号、第一序列、第二序列、GCP满足如下公式：
其中，sQ(t)为第二信号，Q[n]为第二序列的第n个元素，P[n]为第一序列的第n个元素，x(t-nT)或y(t-nT)为第一信号的第n个周期内的子信号，x序列用于生成x(t-nT)，y序列用于生成y(t-nT)，T为第一信号的子信号的周期。
在一种可能的设计中，该方法还包括：发送第一信号，并接收第一信号的回波信号。根据回波信号和第二信号进行非周期互相关运算，并根据该非周期互相关运算的结果确定目标对象的距离。
在一种可能的设计中，第一信号为单载波信号或多载波信号。基于该可能的设计，第一信号为单载波信号或多载波信号能够适配多种通信场景，使得本申请的方案能够广泛应用。
需要说明的是，上述第一方面及其任意可能的设计中的方案，可以由感知设备执行，也可以由感知设备的部件，例如处理器、芯片、或芯片系统等执行，还可以由能实现全部或部分感知设备功能的逻辑模块或软件实现。或者，可以由任意电子设备执行，也可以由该电子设备的部件，例如处理器、芯片、或芯片系统等执行，还可以由能实现全部或部分电子设备功能的逻辑模块或软件实现。本申请对此不作具体限定。
第二方面，提供了一种通信装置用于实现上述各种方法。该通信装置可以为感知设备，或者感知设备中包含的装置，比如芯片。所述通信装置包括实现上述方法相应的模块、单元、或手段(means)，该模块、单元、或means可以通过硬件实现，软件实现，或者通过硬件执行相应的软件实现。该硬件或软件包括一个或多个与上述功能相对应的模块或单元。
在一些可能的设计中，该通信装置可以包括处理模块。进一步的，该通信装置还可以包括收发模块。该收发模块，也可以称为收发单元，用以实现上述任一方面及其任意可能的实现方式中的发送和/或接收功能。该收发模块可以由收发电路，收发机，收发器或者通信接口构成。该处理模块，可以用于实现上述任一方面及其任意可能的实现方式中的处理功能。
在一些可能的设计中，收发模块包括发送模块和接收模块，分别用于实现上述任一方面及其任意可能的实现方式中的发送和接收功能。
第三方面，提供了一种通信装置，包括：处理器和存储器；该存储器用于存储计算机指令，当该处理器执行该指令时，以使该通信装置执行上述任一方面所述的方法。该通信装置可以为感知设备，或者上述感知设备中包含的装置，比如芯片。
第四方面，提供一种通信装置，包括：处理器和通信接口；该通信接口，用于与该通信装置之外的模块通信；所述处理器用于执行计算机程序或指令，以使该通信装置执行上述任一方面所述的方法。该通信装置可以为感知设备，或者上述感知设备中包含的装置，比如芯片。
第五方面，提供了一种通信装置，包括：接口电路和处理器，该接口电路为代码/数据读写接口电路，该接口电路用于接收计算机执行指令(计算机执行指令存储在存储器中，可能直接从存储器读取，或可能经过其他器件)并传输至该处理器；处理器用于执行计算机执行指令以使该通信装置执行上述任一方面所述的方法。该通信装置可以为感知设备，或者上述感知设备中包含的装置，比如芯片。
第六方面，提供了一种通信装置，包括：至少一个处理器；所述处理器用于执行计算机程序或指令，以使该通信装置执行上述任一方面所述的方法。该通信装置可以为感知设备，或者上述感知设备中包含的装置，比如芯片。
在一些可能的设计中，该通信装置包括存储器，该存储器，用于保存必要的程序指令和数据。该存储器可以与处理器耦合，或者，也可以独立于该处理器。
在一些可能的设计中，该通信装置可以是芯片或芯片系统。该装置是芯片系统时，可以由芯片构成，也可以包含芯片和其他分立器件。
第七方面，提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有指令，当其在通信装置上运行时，使得通信装置可以执行上述任一方面所述的方法。
第八方面，提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在通信装置上运行时，使得该通信装置可以执行上述任一方面所述的方法。
可以理解的是，第二方面至第八方面中任一方面提供的通信装置是芯片时，上述的发送动作/功能可以理解为输出信息，上述的接收动作/功能可以理解为输入信息。
其中，第二方面至第八方面中任一种设计方式所带来的技术效果可参见上述第一方面中不同设计方式所带来的技术效果，在此不再赘述。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种基于GCP的脉冲串信号的自模糊函数的仿真示意图；
图2为本申请实施例提供的一种雷达感知场景的示意图；
图3为本申请实施例提供的一种雷达感知场景下弱目标丢失的仿真示意图；
图4为本申请实施例提供的一种通信场景的示意图；
图5a为本申请实施例提供的一种智能家居场景下的感知示意图；
图5b为本申请实施例提供的一种车联网场景下的感知示意图；
图6a为本申请实施例提供的一种通信装置的结构示意图；
图6b为本申请实施例提供的另一种通信装置的结构示意图；
图6c为本申请实施例提供的又一种通信装置的结构示意图；
图7为本申请实施例提供的一种信号设计方法的流程示意图；
图8为本申请实施例提供的一种感知方法的流程示意图；
图9为本申请实施例提供的一种单载波的波形示意图；
图10a为本申请实施例提供的PTM方案对应的CAF的仿真示意图；
图10b为本申请实施例提供的BD方案对应的CAF的仿真示意图；
图10c为本申请实施例提供的NS方案对应的互模糊函数CAF的仿真示意图；
图10d为本申请实施例提供的序列长度为16，θD＝π/3时的CAF仿真示意图；
图10e为本申请实施例提供的序列长度为16，θD＝2π/3时的CAF仿真示意图；
图10f为本申请实施例提供的序列长度为16，θD＝π时的CAF仿真示意图；
图11为本申请实施例提供的一种多载波波形的生成过程示意图；
图12为本申请实施例提供的一种资源分配的示意图；
图13a为本申请实施例提供的序列长度为32时，PTM方案对应的CAF的仿真示意图；
图13b为本申请实施例提供的序列长度为32时，BD方案对应的CAF的仿真示意图；
图13c为本申请实施例提供的序列长度为32时，NS方案对应的CAF的仿真示意图；
图13d为本申请实施例提供的序列长度为32，θD＝π/3时的CAF仿真示意图；
图13e为本申请实施例提供的序列长度为32，θD＝2π/3时的CAF仿真示意图；
图13f为本申请实施例提供的序列长度为32，θD＝π时的CAF仿真示意图；
图14为本申请实施例提供的一种通信装置的结构示意图。
具体实施方式
在本申请的描述中，除非另有说明，“/”表示前后关联的对象是一种“或”的关系，例如，A/B可以表示A或B；本申请中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。
在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或多于两个。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b，或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，a-b，a-c，b-c，或a-b-c，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
另外，为了便于清楚描述本申请实施例的技术方案，在本申请的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、“第二”等字样也并不限定一定不同。
在本申请实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念，便于理解。
可以理解，说明书通篇中提到的“实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各个实施例未必指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。可以理解，在本申请的各种实施例中，各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
可以理解，本申请实施例中的一些可选的特征，在某些场景下，可以不依赖于其他特征，比如其当前所基于的方案，而独立实施，解决相应的技术问题，达到相应的效果，也可以在某些场景下，依据需求与其他特征进行结合。相应的，本申请实施例中给出的装置也可以相应的实现这些特征或功能，在此不予赘述。
本申请中，除特殊说明外，各个实施例之间相同或相似的部分可以互相参考。在本申请中各个实施例中，如果没有特殊说明以及逻辑冲突，不同的实施例之间的术语和/或描述具有一致性、且可以相互引用，不同的实施例中的技术特征根据其内在的逻辑关系可以组合形成新的实施例。以下所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。
为了方便理解本申请实施例的技术方案，首先给出本申请相关技术的简要介绍如下。
1)、1范数、2范数：
序列的1范数为序列元素的绝对值之和。序列的2范数为序列元素的平方和再开方。
例如，对于长度为L的序列a，1范数可以表示为：2范数可以表示为：
2)、相关运算：相关运算是指将两个序列的对应元素相乘再相加。例如，序列a＝[a1,a2,a3]和序列b＝[b1,b2,b3]，二者的相关运算为：a1×b1+a2×b2+a3×b3。
3)、自相关：如果两个序列相同，那么它们之间的相关运算称为自相关。
4)、互相关：如果两个序列不同，那么它们之间的相关运算称为互相关。
5)、非周期自相关：在计算序列自相关时，通过序列间相对位移计算两个序列重合元素的相关值。如果序列长度为L，那么序列间相对位移量可能有-L+1,-L+2,…,-1,0,1,…,L-2,L-1共2L-1种情况，因此非周期自相关运算共有2L-1种结果。
示例性的，对于序列[1,2,3]而言，当序列间相对位移量为-2时，对应如下情况：
1，2，3
1，2，3
此时非周期自相关结果为1×3＝3。
当序列间相对位移量为-1时，对应如下情况：
1，2，3
1，2，3
此时非周期自相关结果为1×2+2×3＝8。以此类推，当序列间相对位移量分别为-2,-1,0,1,2时，序列的非周期自相关结果依次为3,8,14,8,3。
6)、非周期互相关：在计算序列互相关时，通过序列间相对位移计算两个序列重合元素的相关值。
7)、完美非周期自相关：如果序列的非周期自相关结果除了0位移外，其它位移处处为0，则该序列具有完美非周期自相关性质。如果除了0位移外，其他位移处不为0，但是相比于0位移处的峰值，其它位移处的值非常小，则该序列具有较好的非周期自相关性质。
8)完美非周期互相关：如果两个序列的非周期互相关结果在所有位移处均为0，则两个序列具有完美非周期互相关性质，或者称两个序列相互正交。如果两个序列的非周期互相关结果在所有位移处均保持较小的值，则称两个序列具有较好的非周期互相关性质。
9)格雷互补对(golay complementary pair，GCP)：
GCP又可以称为格雷互补序列或GCP序列，是一类完美非周期自相关序列。其定义为：码长为L的一对序列x和y，如果它们的非周期自相关函数(aperiodic autocorrelation function，AACF)之和除了0位移外，其他位移处处为0，那么这两个序列为一对GCP。其中，对于序列x＝[x[0],x[1],...,x[N-1]]而言，其AACF定义为：
其中，k表示位移，k等于0时表示0位移。序列y的AACF(表示为Cy[k])与序列x的AACF类似，可参考Cx[k]的描述，在此不再赘述。
示例性的，对于序列x＝[1,1,1,-1]和y＝[1,1,-1,1]，由于序列x的AACF为Cx[k]＝[-1,0,1,4,1,0,-1],k＝-3,-2,...,3，序列y的AACF为Cy[k]＝[1,0,-1,4,-1,0,1],k＝-3,-2,..,3，由于Cx[k]+Cy[k]＝[0,0,0,8,0,0,0]，因此序列x和y是一对GCP。
由于GCP具有完美非周期自相关性，因此常被用作感知序列。感知设备(例如雷达)可以基于GCP生成脉冲串信号(作为感知信号)，该信号的一般形式为s(t)＝x(t)+y(t-T)。其中，x(t)和y(t-T)分别表示基于GCP的x序列和y序列生成的脉冲串信号，T表示s(t)的脉冲重复间隔(pulse repetition interval，PRI)。x(t)和y(t)的一般形式可以表示为：
其中，g(t)表示脉冲信号，TC表示脉冲信号的持续时间。可以理解的是，s(t)也具有完美非周期自相关性质，因此，可以用于对感知目标进行测距。
在测距时，感知设备向感知目标发送信号s(t)，该信号经感知目标的发射产生回波信号s(t-τ)。本质上，回波信号与感知信号相同，只是相对于感知信号延后了从感知设备到感知目标这段距离带来的传播时延τ。因此，若对回波信号与感知信号进行非周期自相关运算，将在传输时延τ对应的时间节点处获得最大相关峰，从而感知设备可以通过搜索最大相关峰对应的时延确定回波时延，进而确定感知目标的位置。
然而，基于GCP生成的感知信号的完美非周期自相关性质只有在0多普勒(Doppler)时才能保持。对运动的感知目标进行测距时，感知信号的完美非周期自相关性质被破坏。此时，感知信号和回波信号的非周期自相关函数除了在0位移处出现最大相关峰外，在其他位移处还存在大量旁瓣。
作为一种实现，可以采用自模糊函数(auto ambiguity function，AAF)研究感知信号的非周期自相关函数受多普勒的影响情况。对于信号s(t)而言，其AAF定义为：
其中，τ表示时延，f表示多普勒频移，s*(t)表示信号s(t)的共轭。由上可知，自模糊函数其实就是考虑了不同多普勒频移的非周期自相关函数。
示例性的，使用长度为64的GCP和矩形窗脉冲生成脉冲串信号进行感知时，在不同多普勒频移下，s(t)的AAF结果如图1所示。参见图1，x轴坐标表示多普勒频移，y轴坐标表示时延，z轴坐标表示AAF结果。根据图1可得，尽管在0时延处，s(t)的AAF仍能取得最大值，但是由于多普勒频移的存在，在其他时延处出现了大量的旁瓣，且随着多普勒频移的增加，旁瓣也在增大。
由于旁瓣的存在，可能导致两方面问题：其一，对高速运动的感知目标进行测距时，测距精度下降。其二，对多个运动的感知目标进行测距时，由于不同感知目标距离感知设备的距离不同、不同感知目标的雷达截面(radar cross section，RCS)面积不同，因此，不同感知目标的回波信号存在很大的能量差异。此时，弱目标的最大相关峰可能被强目标的旁瓣淹没，造成目标丢失(这种现象在雷达中被称为“远近效应”)。
示例性的，如图2所示，假设雷达同时对两个运动的感知目标进行测距。其中，目标1的RCS面积较大且距离雷达较近，可以称为强目标。目标2的RCS面积较小且距离雷达较远，可以称为弱目标。由于强目标反射的回波信号的能量远大于弱目标反射的回波信号的能量，因此感知信号与回波信号的非周期自相关函数会呈现如图3所示的情况。此时，弱目标的最大相关峰完全被强目标的旁瓣淹没，导致弱目标丢失。
为了解决上述问题，需要对感知信号进行抗Doppler设计，保证在足够大的Doppler区间内，感知信号的AAF旁瓣仍能保持在非常低的水平。
目前，主要通过发射信号和本地信号的联合设计实现抗Doppler设计。在该联合设计方式中，感知设备的发送端在N个PRI中的每个PRI内发送由GCP的序列x和y生成的脉冲串信号x(t)或y(t)。
具体的，某个PRI内发送x(t)还是y(t)，由序列P＝[P[0],P[1],...,P[N-1]]控制。其中，序列P的每个元素取值为1或-1，此时发射信号的一般形式为：
也就是说，在第n个PRI内，若P[n]＝1，则发送x(t)，若P[n]＝-1，则发送y(t)。
在感知设备的接收端，不再使用sP(t)和回波信号进行非周期自相关运算，而是使用根据序列Q＝[Q[0],Q[1],...,Q[N-1]]生成的本地信号sQ(t)与回波信号进行非周期互相关运算。
其中，当抗多普勒区间为正区间时，本地信号的一般形式为：
也就是说，在第n个PRI内，本地信号在发射信号的基础上乘以Q[n]的共轭得到。
进一步的，可以采用互模糊函数(cross ambiguity function，CAF)研究本地信号和回波信号的非周期互相关函数受多普勒频移的影响情况。互模糊函数其实就是考虑了不同多普勒频移的非周期互相关函数，具体形式类似于AAF的表示形式，区别在于进行CAF运算的两个信号为不同的信号，可参考AAF的相关描述，在此不再赘述。
在计算sP(t)和sQ(t)的CAF时，由于脉冲信号不影响sP(t)和sQ(t)的CAF，因此，可以将其忽略并计算sP(t)和sQ(t)的CAF。此时，经过简化后的sP(t)和sQ(t)的CAF可以表示为如下形式：
其中，上述表达式中的第一项表示0时延处的最大相关峰，第二项表示其他时延处的旁瓣。基于此，可以通过设计P序列和Q序列使得旁瓣(即上述表达式中的第二项)降到非常低的水平。
在使用P序列和Q序列对发射信号和本地信号进行设计时，Q序列还会对感知设备的接收端信号噪声比(signal to noise ratio，SNR)产生影响。例如，在非理想信道条件下，感知设备收到的接收信号可能包括回波信号和噪声信号，或者说回波信号伴随有噪声信号。此时，回波信号为有用信号。需要说明的是，本申请中，SNR也可以称为SNR增益，二者可以相互替换。
该场景下，噪声信号的功率一定时，采用sQ(t)对接收信号进行处理(例如进行CAF运算)后，噪声功率完全由Q序列决定，有用信号的功率由sP(t)和sQ(t)的CAF在k＝0,f＝0处的值决定。示例性的，假设处理前噪声信号的功率为N0，则经sQ(t)接收处理后，噪声信号的功率为其中L表示GCP序列的长度，/>表示Q序列的2范数||Q||2的平方。相应地，经sQ(t)接收处理后，有用信号的功率为/>其中/>表示处理前有用信号的功率，由感知设备的发射功率、感知目标的RCS面积决定，/>表示Q序列的1范数||Q||1的平方。综上，经sQ(t)处理后，接收端的SNR增益为/>在/>给定时，SNR增益仅由/>决定。现有研究中，主要存在以下三种P序列和Q序列的设计方案：
1)、普罗海特-苏-摩尔斯(prouhet-thue-morse，PTM)方案。
在PTM方案中，P序列是长度为N的PTM序列，Q序列是长度为N的全1序列。需要说明的是，长度为N的PTM序列是唯一确定的。
2)、二项式(binomial design，BD)方案。
在BD方案中，P序列是长度为N的交替±1序列，Q序列是长度为N的二项式序列，即
3)、零空间(null space，NS)方案。
在NS方案中，要求序列[P[0]Q[0],P[1]Q[1],...,P[N-1]Q[N-1]]是矩阵E的零空间基向量。其中：
在确定矩阵E的零空间基向量[z[0],z[1],...,z[N-1]]后，若z[n]的实部大于0，则P[n]＝1，否则P[n]＝-1。相应的，若P[n]＝1，则Q[n]＝z[n]，若P[n]＝-1，则Q[n]＝-z[n]。
示例性的，如下表1和表2所示，分别示出了N等于16和32时，PTM方案、BD方案、和NS方案对应的P序列和Q序列。
表1
其中，在本申请实施例中，e+0x或e-0x为科学计数法，例如，e+01表示×101，e-01表示×10-1，e+02表示×102。在此统一说明，下述实施例不再赘述。
表2
然而，采用PTM方案对应的P序列和Q序列设计发射信号和本地信号时，抗多普勒区间太小，无法满足对高速运动目标的测距需求。采用BD方案和NS方案对应的P序列和Q序列设计发射信号和本地信号时，接收端的SNR增益较低。
基于此，本申请提供一种信号设计方法，通过对P序列和Q序列设计，使得发射信号和本地信号具有较大的抗多普勒区间。进一步的，使得接收端的SNR增益较高。
本申请实施例的技术方案可用于各种通信系统，该通信系统可以为第三代合作伙伴计划(3rd generation partnership project，3GPP)通信系统，例如，5G或者6G移动通信系统、车联网(vehicle to everything，V2X)系统，或者设备到设备(device-to-device，D2D)通信系统、机器到机器(machine to machine，M2M)通信系统、物联网(internet ofthings，IoT)，以及其他下一代通信系统。该通信系统也可以为非3GPP通信系统，例如Wi-Fi等无线局域网(wireless local area network，WLAN)系统，不予限制。
本申请实施例的技术方案可以应用于各种通信场景，例如可以应用于以下通信场景中的一种或多种：智能家居、D2D、V2X、和IoT等通信场景。
其中，上述适用本申请的通信系统和通信场景仅是举例说明，适用本申请的通信系统和通信场景不限于此，在此统一说明，以下不再赘述。
参见图4，为本申请实施例提供的一种通信场景。该场景中，由感知设备发送感知信号，感知信号经过至少一个静止或运动的目标对象(也可以称为感知目标)的反射后，感知设备可以收到该感知信号的回波信号，从而，感知设备可以对目标对象进行感知。图1的场景仅为示例，实际并不限于一个感知设备和一个或多个目标对象交互，例如，多个感知设备可以与同一个目标对象交互。
可选的，本申请中的感知设备可以是具有雷达功能的终端设备或网络设备。终端设备可以是具有无线收发功能的设备。网络设备是一种将终端设备接入到无线网络的设备。
网络设备可以是第五代(5th generation，5G)系统或者第六代(6th generation，6G)系统中的下一代节点B(next generation node B，gNodeB或gNB)；或者可以是传输接收点(transmission reception point，TRP)；或者可以是未来演进的公共陆地移动网络(public land mobile network，PLMN)中的基站，本申请实施例对此不作具体限定。
终端设备也可以称为用户设备(user equipment，UE)、终端、接入终端、用户单元、用户站、移动站(mobile station，MS)、远方站、远程终端、移动终端(mobile terminal，MT)、用户终端、无线通信设备、用户代理或用户装置等。终端设备例如可以是IoT、V2X、D2D、M2M、5G网络、6G网络、或者未来演进的PLMN中的无线终端。终端设备可以部署在陆地上，包括室内或室外、手持或车载；也可以部署在水面上(如轮船等)；还可以部署在空中(例如飞机、气球和卫星上等)。
示例性的，终端设备可以是无人机、IoT设备(例如，传感器，电表，水表等)、V2X设备、无线局域网(wireless local area networks，WLAN)中的站点(station，ST)、蜂窝电话、无绳电话、会话启动协议(session initiation protocol，SIP)电话、无线本地环路(wireless local loop，WLL)站、个人数字处理(personal digital assistant，PDA)设备、具有无线通信功能的手持设备、计算设备或连接到无线调制解调器的其它处理设备、车载设备、可穿戴设备(也可以称为穿戴式智能设备)、平板电脑或带无线收发功能的电脑、虚拟现实(virtual reality，VR)终端、工业控制(industrial control)中的终端、无人驾驶(self-driving)中的终端、远程医疗(remote medical)中的终端、智能电网(smart grid)中的终端、运输安全(transportation safety)中的终端、智慧城市(smart city)中的终端、智能家居中的终端、车载终端、具有车对车(vehicle-to-vehicle，V2V)通信能力的车辆、智能网联车、具有无人机对无人机(UAV to UAV，U2U)通信能力的无人机等等。
示例性的，在智能家居场景中，如图5a所示，感知设备可以是家中的各种智能电器，例如智能电视、智能音响等。当需要对人进行轨迹追踪时，家中的各个终端可以发送感知信号对人进行感知，以增强轨迹追踪的准确性。或者，在V2X场景中，如图5b所示，感知设备可以是车载终端，车载终端可以发送感知信号，接收经过目标对象反射的该感知信号的回波信号来感知周围的路况等。
本申请涉及的感知设备的相关功能可以由一个设备实现，也可以由多个设备共同实现，还可以是由一个设备内的一个或多个功能模块实现，或者可以为一个或多个芯片，也可以为片上系统(system on chip，SOC)或芯片系统，芯片系统可以由芯片构成，也可以包括芯片和其他分立器件，本申请实施例对此不作具体限定。
可以理解的是，上述功能既可以是硬件设备中的网络元件，也可以是在专用硬件上运行的软件功能，或者是硬件与软件的结合，或者是平台(例如，云平台)上实例化的虚拟化功能。
例如，本申请涉及的感知设备的相关功能可以通过图6a中的通信装置600来实现。图6a所示为本申请实施例提供的通信装置600的结构示意图。该通信装置600包括一个或多个处理器601，以及至少一个通信接口(图6a中仅是示例性的以包括通信接口604，以及一个处理器601为例进行说明)，可选的，还可以包括通信线路602和存储器603。
处理器601可以是一个通用中央处理器(central processing unit，CPU)，微处理器，特定应用集成电路(application-specific integrated circuit，ASIC)，或一个或多个用于控制本申请方案程序执行的集成电路。
在具体实现中，作为一种实施例，处理器601可以包括一个或多个CPU，例如图6a中的CPU0和CPU1。
在具体实现中，作为一种实施例，通信装置600可以包括多个处理器。这些处理器中的每一个可以是一个单核(single-core)处理器，也可以是一个多核(multi-core)处理器。这里的处理器可以包括但不限于以下至少一种：中央处理单元(central processingunit，CPU)、微处理器、数字信号处理器(DSP)、微控制器(microcontroller unit，MCU)、或人工智能处理器等各类运行软件的计算设备，每种计算设备可包括一个或多个用于执行软件指令以进行运算或处理的核。
通信线路602可以用于通信装置600包括的不同组件之间的通信。
通信接口604，可以用于与其他设备或通信网络通信，如以太网，无线接入网(wireless access networks，RAN)，无线局域网(wireless local area networks，WLAN)等。所述通信接口604可以是收发器、收发机一类的装置，或者可以是输入输出接口。或者，所述通信接口604也可以是位于处理器601内的收发电路，用以实现处理器的信号输入和信号输出。
存储器603可以是具有存储功能的装置。例如可以是只读存储器(read-onlymemory，ROM)或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，随机存取存储器(random access memory，RAM)或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是电可擦可编程只读存储器(electrically erasable programmable read-only memory，EEPROM)、只读光盘(compact disc read-only memory，CD-ROM)或其他光盘存储、光碟存储(包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。存储器可以是独立存在，通过通信线路602与处理器相连接。存储器也可以和处理器集成在一起。
其中，存储器603用于存储执行本申请方案的计算机执行指令，并由处理器601来控制执行。处理器601用于执行存储器603中存储的计算机执行指令，从而实现本申请实施例中提供的方法。
或者，可选的，本申请实施例中，也可以是处理器601执行本申请下述实施例提供的方法中的处理相关的功能，通信接口604负责与其他设备或通信网络通信，本申请实施例对此不作具体限定。
可选的，本申请实施例中的计算机执行指令也可以称之为应用程序代码，本申请实施例对此不作具体限定。
在具体实现中，作为一种实施例，通信装置600还可以包括输出设备605和输入设备606。输出设备605和处理器601通信，可以以多种方式来显示信息。例如，输出设备605可以是液晶显示器(liquid crystal display，LCD)，发光二极管(light emitting diode，LED)显示设备，阴极射线管(cathode ray tube，CRT)显示设备，或投影仪(projector)等。输入设备606和处理器601通信，可以以多种方式接收用户的输入。例如，输入设备606可以是鼠标、键盘、触摸屏设备或传感设备等。
以通信接口604为收发器为例，如图6b所示，为本申请实施例提供的另一种通信装置600的结构示意图，该通信装置600包括处理器601和收发器604。该通信装置600可以为感知设备，或其中的芯片。图6b仅示出了通信装置600的主要部件。除处理器601和收发器604之外，所述通信装置还可以进一步包括存储器603、以及输入输出装置(图未示意)。
其中，处理器601主要用于对通信协议以及通信数据进行处理，以及对整个通信装置进行控制，执行软件程序，处理软件程序的数据。存储器603主要用于存储软件程序和数据。收发器604可以包括射频电路和天线，射频电路主要用于基带信号与射频信号的转换以及对射频信号的处理。天线主要用于收发电磁波形式的射频信号。
其中，处理器601、收发器604、以及存储器603可以通过通信总线连接。
当通信装置开机后，处理器601可以读取存储器603中的软件程序，解释并执行软件程序的指令，处理软件程序的数据。当需要通过无线发送数据时，处理器601对待发送的数据进行基带处理后，输出基带信号至射频电路，射频电路将基带信号进行射频处理后将射频信号通过天线以电磁波的形式向外发送。当有数据发送到通信装置时，射频电路通过天线接收到射频信号，将射频信号转换为基带信号，并将基带信号输出至处理器601，处理器601将基带信号转换为数据并对该数据进行处理。
在另一种实现中，所述的射频电路和天线可以独立于进行基带处理的处理器而设置，例如在分布式场景中，射频电路和天线可以与独立于通信装置，呈拉远式的布置。
示例性的，如图6c所示，图6b中的处理器601可以包括数字信号处理器、信号发生器、和模数转换器。用于信号发送的射频电路可以包括上变频器和功率放大器，用于信号接收的射频电路可以包括下变频器和功率放大器。天线可以包括发射天线和接收天线。
作为一种可能的实现，信号发生器可以用于产生信号。上变频器和下变频器分别用于将信号调制到高频载波上，以及从高频载波上解调出信号。功率放大器用于将信号的功率放大。模数转换器用于转换数字信号和模拟信号。数字信号处理器用于产生感知序列并进行非周期自相关和/或非周期互相关运算。
需要说明的是，图6a或图6b或图6c中示出的组成结构并不构成对该通信装置的限定，除图6a或图6b或图6c所示部件之外，该通信装置可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。图示的部件可以以硬件，软件或软件和硬件的组合实现。
下面将结合附图，对本申请提供的方法进行展开说明。本申请实施例中，执行主体可以执行本申请实施例中的部分或全部步骤，这些步骤或操作仅是示例，本申请实施例还可以执行其它操作或者各种操作的变形。此外，各个步骤可以按照本申请实施例呈现的不同的顺序来执行，并且有可能并非要执行本申请实施例中的全部操作。
如图7所示，为本申请提供的一种信号设计方法，该方法可以由感知设备执行，也可以由任意电子设备执行，本申请对此不做具体限定。参见图7，以该方法由感知设备执行为例，该方法包括如下步骤：
S701、求解优化问题得到积序列。
其中，该优化问题是基于约束条件和最大化目标函数得到的。目标函数由变量的范数构成，积序列为变量在该优化问题中的解。积序列用于确定第一信号和第二信号，第一信号和第二信号用于对标对象进行感知。
示例性的，第一信号可以为感知信号，第二信号可以为本地信号。本地信号用于和感知信号的回波信号进行非周期互相关运算，以对目标对象进行感知。其中，约束条件用于限制第一信号和第二信号的互模糊函数的旁瓣在抗多普勒频移区间内小于或等于第一阈值。
可选的，目标函数用于指示经第二信号互相关计算后，第一信号的回波信号与噪声信号的功率比。也就是说，目标函数可以指示接收端的信号噪声比SNR。
作为一种可能的实现，该优化问题可以表示为：
其中，||z||1表示变量z的1范数，表示变量z的1范数的平方。||z||2表示变量z的2范数，/>表示变量z的2范数的平方。δ为第一阈值。Es为N×N维的矩阵，N为积序列的长度。
其中，矩阵Es可以由抗多普勒频移区间确定。||Esz||2指示第一信号和第二信号的互模糊函数的旁瓣的能量大小。
示例性的，矩阵Es的第m行第n列的元素可以为：
其中，θD用于指示以弧度为单位的抗多普勒频移区间。例如，以弧度为单位的抗多普勒区间为[-θD,θD]。n＝0,1,...N-1。m＝0,1,...K，其中，K为小于或等于N-1的正整数。
示例性的，以弧度为单位的抗多普勒频移区间可以由以赫兹为单位的抗多普勒频移区间确定，以赫兹为单位的抗多普勒频移区间可以由fD指示。例如，以赫兹为单位的抗多普勒区间为[-fD,fD]。θD和fD可以满足：θD＝2πfDT，则以弧度为单位的抗多普勒频移区间可以为[-2πfDT,2πfDT]。其中，T为第一信号包括的子信号的周期。例如，第一信号为脉冲串信号时，T可以为该脉冲串信号的PRI。关于第一信号包括的子信号，将在后续实施例中说明，在此不予赘述。
可以理解的，矩阵Es的第m行第n列的元素还可以有其他形式，本申请对此不作具体限定的。
可选的，实际应用中，可以根据实际需要灵活调整第一阈值和抗多普勒区间，从而提高本申请方案的适用性。
可选的，积序列用于确定第一信号和第二信号，可以包括：积序列用于确定第一序列和第二序列。其中，积序列为第一序列和第二序列的哈达玛Hadamard积。进一步的，第一序列和格雷互补对GCP用于确定第一信号，第一序列、第二序列、和GCP用于确定第二信号。
可选的，在上述步骤S701由感知设备执行时，感知设备可以继续执行下述步骤S702和S703以确定第一信号和第二信号。在上述步骤S701由其他电子设备执行时，该电子设备在得到积序列后，可以向感知设备发送该积序列。感知设备接收来自电子设备的积序列后，可以继续执行下述步骤S702和S703；或者，电子设备在得到积序列后，可以向进一步确定第一序列和第二序列，并向感知设备发送第一序列和第二序列。感知设备接收来自电子设备的第一序列和第二序列后，可以继续执行下述步骤S703。
S702、根据积序列确定第一序列和第二序列。
示例性的，第一序列可以为P序列，第二序列可以为Q序列，因此，积序列、第一序列、和第二序列的关系可以表示为：z[n]＝P[n]Q[n]。
可以理解的，由于积序列为第一序列和第二序列的Hadamard积，因此，积序列、第一序列、和第二序列的长度相同。本申请实施例中用N表示该长度。
S703、根据第一序列和GCP确定第一信号，以及根据第一序列、第二序列、和该GCP序列确定第二信号。
可选的，第一信号可以包括N个周期内的子信号，或者说，第一信号包括N个子信号，该N个子信号为周期信号。示例性的，第一信号为脉冲串信号时，第一信号的子信号可以为脉冲信号。
可选的，第一信号包括N个周期内的子信号的情况下，感知设备根据第一序列和GCP序列确定第一信号，可以包括：感知设备根据第一序列的第n个元素确定GCP中用于生成第一信号的第n个周期内的子信号的一个序列，其中，n＝0,1,...N-1。本申请下述实施例中，以GCP包括x序列和y序列为例进行说明。
也就是说，第一信号的第n个周期内的子信号由GCP中的一个序列生成，该序列具体为GCP中的x序列还是y序列，由第一序列的第n个元素确定。
示例性的，第一序列的第n个元素等于1时，第一信号的第n个周期内的子信号可以由GCP中的x序列生成；第一序列的第n个元素等于-1时，第一信号的第n个周期内的子信号可以由GCP中的y序列生成。从而，第一信号、第一序列、以及GCP可以满足如下公式：
其中，sP(t)为第一信号。P[n]为第一序列的第n个元素。x(t-nT)或y(t-nT)为第一信号的第n个周期内的子信号。x序列用于生成x(t-nT)，y序列用于生成y(t-nT)。T为第一信号的子信号的周期，例如，在第一信号为脉冲串信号、子信号为脉冲信号时，T可以为PRI。
可选的，第二信号可以包括N个周期内的子信号，或者说，第二信号包括N个子信号，该N个子信号为周期信号。第二信号包括的子信号的周期和第一信号包括的子信号的周期可以相同。
示例性的，当抗多普勒频移区间为正区间时，例如[0,θD]，第二信号的第n个周期内的子信号可以为第二序列的第n个元素的共轭与第一信号的第n个周期内的子信号的乘积。当抗多普勒区间为负区间时，例如[-θD,0]，第二信号的第n个周期内的子信号可以为第二序列的第n个元素与第一信号的第n个周期内的子信号的乘积，n＝0,1,...N-1。
例如，当抗多普勒频移区间为正区间时，第二信号、第一序列、第二序列、以及GCP可以满足如下公式：
当抗多普勒频移区间为负区间时，第二信号、第一序列、第二序列、以及GCP可以满足如下公式：
其中，sQ(t)为第二信号。Q[n]为第二序列的第n个元素。Q*[n]为第二序列的第n个元素Q[n]的共轭。P[n]为第一序列的第n个元素。x(t-nT)或y(t-nT)为第一信号的子信号。x序列用于生成x(t-nT)，y序列用于生成y(t-nT)。T为第一信号的子信号的周期。
其中，可以表示抗多普勒频移区间为正区间时第二信号的第n个周期内的子信号。/>可以表示抗多普勒频移区间为负区间时第二信号的第n个周期内的子信号。
基于本申请的方案，感知设备构建以最大化接收端的SNR为目标，以抗多普勒频移区间和旁瓣抑制水平为约束条件构建优化问题，并求解该优化问题得到积序列，进而根据积序列确定第一序列和第二序列，使得根据第一序列和第二序列生成的发射信号和本地信号的CAF旁瓣的能量在较大的抗多普勒频移区间内保持较低的水平。此外，由于优化问题以最大化接收端的SNR为目标，因此，根据本申请的设计，也能够使得接收端的SNR增益较高。也就是说，本申请的方案在具有较大的抗多普勒频移区间的同时，接收端的SNR增益也较高。
下面，对不同的第一阈值、抗多普勒频移区间、以及序列长度下，上述优化问题的解(即积序列)进行说明。如表3所示，示出了序列长度N等于8、12、16、20、24、28、32时，第一阈值和抗多普勒区间的三种组合下的积序列。
表3
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可以理解的，若两个序列的Hadamard积等于表3所示的任一积序列，那么这两个序列均落入本申请的保护范围。
进一步的，在积序列如表3所示的情况下，本申请可以对第一序列和第二序列进行进一步限制。
作为一种可能的实现，第二序列可以为第二序列集合中的一个序列，第一序列为第一序列集合中与第二序列对应的序列。示例性的，第二序列集合和第一序列集合可以包括满足表3所示的所有积序列的所有序列组合。第二序列集合和第一序列集合中的序列一一对应，且第二序列集合中的一个序列和第一序列集合中的对应序列的Hadamard积为积序列。
其中，第二序列的所有元素之和的绝对值为多个数值中的最大值，该多个数值包括第二序列集合中的每个序列的所有元素之和的绝对值。
示例性的，假设第一序列集合包括序列A、序列B、以及序列C，第二序列集合包括序列D、序列E、以及序列F。若序列D的所有元素之和的绝对值为数值1，序列E的所有元素之和的绝对值/>为数值2，序列F的所有元素之和的绝对值/>为数值3，且数值2为数值1、数值2、数值3中的最大值，那么第二序列为序列E。
相应的，若第一序列集合中的序列和第二序列集合中的序列按照先后顺序一一对应，那么在第二序列为序列E时，第一序列为序列A。
示例性的，在该可能的实现方式中，第一序列和第二序列的取值可以如表4和表5所示。其中，P序列表示第一序列，Q序列表示第二序列。
表4
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表5
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作为另一种可能的实现，第二序列的所有元素的实部的正负符号相同。或者，第二序列的所有元素的虚部的正负符号相同。
示例性的，在该可能的实现方式中，第二序列的所有元素的实部可以为正数。此时，第一序列和第二序列的取值可以如表6和表7所示。
表6
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表7
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示例性的，在该可能的实现方式中，第二序列的所有元素的虚部可以为正数。此时，第一序列和第二序列的取值可以如表8和表9所示。
表8
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表9
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需要说明的是，以上表4至表9所示的第一序列和第二序列仅是本申请对第一序列和第二序列的示例性说明，并不限定本申请的第一序列和第二序列一定如表4至表9所示。此外，虽然本申请提供了多种第一序列和第二序列的组合，但并不限定具体技术方案要支持本申请定义的全部第一序列和第二序列的组合，支持本申请定义的至少一种长度的至少一种第一序列和第二序列的组合即可。
下面以基于图7所示方法得到的第一信号和第二信号为例，对本申请提供的一种感知方法进行说明。如图8所示，该方法包括：
S801、感知设备发送第一信号。
可选的，第一信号可以为单载波信号或多载波信号。或者说，第一信号可以为单载波波形或多载波波形。示例性的，单载波波形可以为单载波脉冲波形，例如矩形窗脉冲、高斯脉冲、根升余弦脉冲等，本申请对脉冲形式不作具体限定。多载波波形可以为循环前缀正交频分复用(cyclic prefixed orthogonal frequency division multiplexing，CP-OFDM)波形或基于傅里叶变换扩展的正交频分复用(discrete fourier transform spreadorthogonal frequency division multiplexing，DFT-s-OFDM)波形。当然，还可以为其他形式的单载波波形或多载波，本申请对此不做具体限定。
可选的，在第一信号为单载波信号时，第二信号相应的为单载波信号。在第二信号为多载波信号时，第二信号相应的为多载波信号。
S802、感知设备接收第一信号的回波信号。
可选的，存在多个目标对象时，第一信号可以经过多个目标对象的反射形成多个回波信号。此时，感知设备可以接收多个目标对象反射形成的多个回波信号叠加形成的一个总的回波信号(记为第一回波信号)。
S803、感知设备根据回波信号和第二信号进行非周期互相关运算，并根据非周期互相关运算的结果确定目标对象的距离。
可选的，感知设备可以对回波信号和第二信号进行采样，并对两个采样结果进行非周期互相关运算。第一信号经过多个目标对象反射时，该回波信号为第一回波信号。
可选的，在第一信号经过一个目标对象反射时，感知设备可以根据非周期互相关运算结果的最大相关峰对应的位移确定感知设备和目标对象之间的信号传播时延。之后，根据该信号传播时延确定目标对象与感知设备之间的距离。假设最大相关峰对应的位移为l，那么时延为lTC，目标对象与感知设备之间的距离为clTC/2。其中，c为光速。第一信号为单载波波形时，TC表示窄脉冲时长；第一信号为多载波波形时，TC表示多载波信号在时域采样后采样点对应的时长。
可选的，第一信号经过多个目标对象反射时，回波信号和第二信号的非周期互相关运算结果存在多个峰值，分别对应多个目标对象。感知设备可以根据该多个峰值确定各个峰值对应的目标对象的位置，可参考根据最大相关峰确定距离的相关说明，在此不再赘述。
可选的，在非理想信道条件下，回波信号可能伴随有噪声信号。也就是说，感知设备在步骤S802接收到的信号可能包括噪声信号和第一信号的回波信号，此时，感知设备可以将步骤S802中接收到的信号作为一个整体执行上述步骤S803。
下面以第一序列和第二序列的长度N等于16，第一信号为单载波信号为例，对第一信号和第二信号的生成方式，以及第一信号和第二信号的CAF结果进行说明。
示例性的，如图9所示，感知设备可以基于GCP以相位调制的方式发送不同相位的窄脉冲信号g(t)，其中，每个窄脉冲信号对应GCP中的一个序列(x序列或y序列，由第一序列决定)包括的一个元素。例如，序列中的元素为1时，感知设备发送正向窄脉冲，序列中的元素为-1时，感知设备发送逆向窄脉冲。
假设第一信号使用的单载波信号的载波频率f0＝60吉赫兹(GHz)，带宽B＝400兆赫兹(MHz)，那么窄脉冲信号g(t)的宽度(或者时长)为TC＝1/B＝2.5纳秒(ns)。从而，对于长度为L的GCP，其中的一个序列(x序列或y序列)由L个窄脉冲构成的宽脉冲表示，宽脉冲的时长为LTC。若L等于64，那么根据GCP包括的x序列和y序列生成的宽脉冲信号x(t)和y(t)的宽度为64×2.5＝160ns。
进一步的，感知设备可以重复使用GCP包括的x序列和y序列生成宽脉冲，由此构成单载波脉冲波形的第一信号。其中，宽脉冲的重复次数为第一序列的长度N(图9仅是示例性的示出3个宽脉冲，其余未示出)。每个宽脉冲的PRI在图8中表示为T。该场景下，以T＝5微秒(μs)为例进行说明。
示例性的，假设第一序列为表4所示的N等于16，θD等于π/3时的P序列，即[1,-1,1,-1,1,-1,1,-1,1,-1,1,-1,-1,1,-1,-1]，那么第一信号共包括16个宽脉冲(或者周期信号)，PRI(或者每个周期的时长)为T＝5μs。在每个宽脉冲(或者周期)内基于第一序列依次传输[x(t)，y(t)，x(t)，y(t)，x(t)，y(t)，x(t)，y(t)，x(t)，y(t)，x(t)，y(t)，y(t)，x(t)，y(t)，y(t)]。x(t)或y(t)由64个宽度为2.5ns的窄脉冲信号g(t)生成。
可选的，第二信号的结构与第一信号类似，区别在于：当抗多普勒频移区间为[0,θD]时，第二信号的第n个宽脉冲可以在第一信号的第n个宽脉冲的基础上乘以第二序列的第n个元素的共轭Q*[n]得到。当抗多普勒区间为[-θD,0]时，第二信号的第n个宽脉冲可以在第一信号的第n个宽脉冲的基础上乘以第二序列的第n个元素Q[n]得到。可参考第一信号的相关说明，在此不再赘述。
可以理解的，根据表1所示的PTM方案、BD方案、和NS方案提供的P序列和Q序列、以及表4和表5中N等于16时的P序列和Q序列，可以生成不同的第一信号和第二信号。
可选的，在根据各种P序列和Q序列的组合生成第一信号和第二信号后，可以分别计算第一信号和第二信号的CAF，以及各种组合对应的接收端的SNR增益。其中，CAF和SNR的计算公式可参考前述相关说明，在此不再赘述。
如图10a至图10c所示，分别为采用表1所示的PTM方案、BD方案、NS方案提供的P序列和Q序列生成的第一信号和第二信号的CAF结果。如图10d至图10f所示，为采用表4和表5所示的N等于16，θD分别为π/3,2π/3,π时的P序列和Q序列生成的第一信号和第二信号的CAF结果。
参见图10a至图10f，其中，x轴坐标是以Hz为单位的多普勒频移，y轴坐标是以秒(s)为单位的时延，z轴坐标是以dB为单位的CAF结果。黑色区域表示CAF的旁瓣能量小于或等于-60dB的频率区间。
由图10a可得，PTM方案对应的抗多普勒频移区间较小，大约为[-5,5]千赫兹(KHz)。由图10b和图10c可得，BD方案和NS方案对应的抗多普勒频移区间较大。BD方案对应的抗多普勒频移区间大约为[-46,46]KHz，NS方案对应的抗多普勒频移区间大约为[-74,74]KHz。此外，由图10d至图10f可得，在不同的抗多普勒频移区间的约束下，本发明方案也可以保持较大的抗多普勒频移区间。在最大的抗多普勒频移区间约束下(即θD＝2πfDT＝π时)，本发明方案的抗多普勒频移区间最大。
根据上述结果，PTM方案、BD方案、NS方案和本发明方案对应的抗多普勒频移区间可以如表10所示。此外，表10还示出了各种方案下的接收端SNR增益。
表10
由表10可得，本申请的方案相比于PTM方案具有更大的抗多普勒频移区间。相比于BD方案和NS方案具有更大的抗多普勒频移区间，以及更大的接收端SNR增益。
以上以第一信号为单载波信号为例进行了说明。下面以第一序列和第二序列的长度N等于32，第一信号为多载波信号，多载波信号为DFT-s-OFDM信号为例，对第一信号和第二信号的生成方式，以及第一信号和第二信号的CAF结果进行说明。
示例性的，如图11所示，感知设备对待传输的x序列或y序列进行离散傅里叶变换(discrete fourier transform，DFT)，之后按照资源元素(resource element，RE)映射规则进行子载波映射，再对子载波映射后的RE进行快速逆傅里叶变换(inverse fastfourier transform，IFFT)，最后插入固定长度的循环前缀(cyclic prefixed，CP)，得到第一信号的一个子信号。
可选的，在进行子载波映射时，假设GCP的长度L为512，载波频率为f0＝28GHz，带宽B＝144MHz，子载波间隔为240KHz，那么可以占用的子载波个数为144MHz/240KHz＝600个，从而可以使用600个子载波传输x序列或y序列。例如在编号为0～511的512个子载波上传输x序列或y序列，在剩余的编号为512～599的88个子载波上传输全0序列。当然，本申请对GCP的长度、载波频率、以及子载波间隔不作具体限定，实际实现时还可以有其他取值。
可选的，在通信感知一体化(Joint communication and sensing，JCS)系统中，通信系统可能同样会使用DFT-s-OFDM波形，因此，为了降低感知系统和通信系统之间的干扰，通常以时分或频分的方式进行资源复用。本申请中，可以采用时分方式进行资源复用，即在同一时域位置，只发送感知系统中的感知信号或通信系统中的通信信号，且该时域位置发送的信号占用频域上配置的全部带宽。基于该方式，第一信号可以占用配置的全部带宽，即相比于频分复用，可以提升第一信号占用的带宽，从而提高感知系统的测距分辨率。
示例性的，如图12所示，假设一个时隙包括14个DFT-s-OFDM符号(即时域资源)，时隙中的第一个DFT-s-OFDM符号可以用于感知系统，那么可以使用时隙中的第一个DFT-s-OFDM符号传输一个x序列或y序列。时隙中除第一个DFT-s-OFDM符号外的其余13个符号可以用于传输通信数据，或不传输数据，本申请对此不作具体限定。
基于图12所示的示例，在第一序列的长度N等于32时，感知设备占用32个时隙中每个时隙的第一个DFT-s-OFDM符号传输x序列或y序列，某个时隙内的第一个DFT-s-OFDM符号最终传输的是x序列或y序列，由第一序列决定。此时，一个时隙的时长即为第一信号的子信号的重复间隔，或者说为第一信号的PRI。例如，按照现行5G新无线(new radio，NR)标准，一个时隙的时长为0.0625ms，从而第一信号的子信号的重复间隔为0.0625ms。
可选的，在采用时分方式进行资源复用时，具体的复用方式或者说资源分配方式可以由传输层或网络层协议实现。例如，可以将连续的多个DFT-s-OFDM符号用于感知系统，其他符号用于通信系统；或者，一个时隙中分配给感知系统的多个DFT-s-OFDM符号可以不连续。本申请对复用方式不作具体限定。
可选的，第二信号的结构与第一信号类似，区别在于：当抗多普勒区间为[0,θD]时，第二信号的第n个子信号可以在第一信号的第n个子信号的基础上乘以第二序列的第n个元素的共轭Q*[n]得到。当抗多普勒区间为[-θD,0]时，第二信号的第n个子信号可以在第一信号的第n个子信号的基础上乘以第二序列的第n个元素Q[n]得到。可参考第一信号的相关说明，在此不再赘述。
可以理解的，根据表1所示的PTM方案、BD方案、和NS方案提供的P序列和Q序列、以及表4和表5中N等于32时的P序列和Q序列，可以生成不同的第一信号和第二信号。
可选的，在根据各种P序列和Q序列的组合生成第一信号和第二信号后，可以分别计算第一信号和第二信号的CAF，以及各种组合对应的接收端的SNR增益。
如图13a至图13c所示，分别为采用表1所示的PTM方案、BD方案、NS方案提供的P序列和Q序列生成的第一信号和第二信号的CAF结果。如图13d至图13f所示，为采用表4和表5所示的N等于32，θD分别为π/3,2π/3,π时的P序列和Q序列生成的第一信号和第二信号的CAF结果。
参见图13a至图13f，其中，x轴坐标是以Hz为单位的多普勒频移，y轴坐标是以秒(s)为单位的时延，z轴坐标是以dB为单位的CAF结果。黑色区域表示CAF的旁瓣能量小于或等于-60dB的频率区间。
由图13a可得，PTM方案对应的抗多普勒频移区间较小，大约为[-1,1]KHz。由图13b和图13c可得，BD方案和NS方案对应的抗多普勒频移区间较大。BD方案对应的抗多普勒频移区间大约为[-5.5,5.5]KHz，NS方案对应的抗多普勒频移区间大约为[-6.5,6.5]KHz。此外，由图13d至图13f可得，在不同的抗多普勒频移区间的约束下，本发明方案也可以保持较大的抗多普勒频移区间。在最大的抗多普勒频移区间约束下(即θD＝2πfDT＝π时)，本发明方案的抗多普勒频移区间最大。
根据上述结果，PTM方案、BD方案、NS方案和本发明方案对应的抗多普勒频移区间可以如表11所示。此外，表11还示出了各种方案下的接收端SNR增益。
表11
由表11可得，本申请的方案相比于PTM方案具有更大的抗多普勒频移区间。相比于BD方案和NS方案具有更大的接收端SNR增益，在某些情况下，例如2πfdT＝π时，也具有更大的抗多普勒频移区间。
综上，基于本申请的方案，在实现较大的抗多普勒频移区间的同时，能够使得接收端具有较高的SNR增益。
可以理解的是，以上各个实施例中，由感知设备实现的方法和/或步骤，也可以由可用于该感知设备的部件(例如处理器、芯片、芯片系统、电路、逻辑模块、或软件例如芯片或者电路)实现。
上述主要从设备的角度对本申请提供的方案进行了介绍。相应的，本申请还提供了通信装置，该通信装置用于实现上述各种方法。该通信装置可以为上述方法实施例中的感知设备，或者包含上述感知设备的装置，或者为可用于感知设备的部件。
可以理解的是，该通信装置为了实现上述功能，其包含了执行各个功能相应的硬件结构和/或软件模块。本领域技术人员应该很容易意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，本申请能够以硬件或硬件和计算机软件的结合形式来实现。某个功能究竟以硬件还是计算机软件驱动硬件的方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
本申请实施例可以根据上述方法实施例对通信装置进行功能模块的划分，例如，可以对应各个功能划分各个功能模块，也可以将两个或两个以上的功能集成在一个处理模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。需要说明的是，本申请实施例中对模块的划分是示意性的，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。
图14示出了一种通信装置140的结构示意图。该通信装置140包括处理模块1401和收发模块1402。
在一些实施例中，该通信装置140还可以包括存储模块(图14中未示出)，用于存储程序指令和数据。
在一些实施例中，收发模块1402，也可以称为收发单元用以实现发送和/或接收功能。该收发模块1402可以由收发电路，收发机，收发器或者通信接口构成。
在一些实施例中，收发模块1402，可以包括接收模块和发送模块，分别用于执行上述方法实施例中由感知设备执行的接收和发送类的步骤，和/或用于支持本文所描述的技术的其它过程；处理模块1401，可以用于执行上述方法实施例中由感知设备执行的处理类(例如确定、获取、生成等)的步骤，和/或用于支持本文所描述的技术的其它过程。
其中，处理模块1401，用于求解优化问题得到积序列，优化问题是基于约束条件和最大化目标函数得到的，目标函数由变量的范数构成，积序列为变量在优化问题中的解。积序列用于确定第一信号和第二信号，第一信号和第二信息用于对目标对象进行感知。约束条件用于限制第一信号和第二信号的互模糊函数的旁瓣在抗多普勒频移区间内小于或等于第一阈值，
可选的，处理模块1401，还用于根据积序列确定第一序列和第二序列，积序列为第一序列和第二序列的哈达玛Hadamard积；处理模块1401，还用于根据第一序列和格雷互补对GCP确定第一信号，以及根据第一序列、第二序列、和GCP确定第二信号。
可选的，收发模块1402，用于发送第一信号；收发模块1402，还用于接收第一信号的回波信号；处理模块1401，还用于根据回波信号和第二信号进行非周期互相关运算；处理模块1401，还用于根据非周期互相关运算的结果确定目标对象的距离。
其中，上述方法实施例涉及的各步骤的所有相关内容均可以援引到对应功能模块的功能描述，在此不再赘述。
在本申请中，该通信装置140以采用集成的方式划分各个功能模块的形式来呈现。这里的“模块”可以指特定专用集成电路(application-specific integrated circuit，ASIC)，电路，执行一个或多个软件或固件程序的处理器和存储器，集成逻辑电路，和/或其他可以提供上述功能的器件。
作为一种可能的产品形态，本领域的技术人员可以想到该通信装置140可以采用图6a所示的通信装置600的形式。
作为一种示例，图14中的处理模块1401的功能/实现过程可以通过图6a所示的通信装置600中的处理器601调用存储器603中存储的计算机执行指令来实现，图14中的收发模块1402的功能/实现过程可以通过图6a所示的通信装置600中的通信接口604来实现。
作为另一种可能的产品形态，本申请实施例所述的通信装置，还可以使用下述来实现：一个或多个现场可编程门阵列(field programmable gate array，FPGA)、可编程逻辑器件(programmable logic device，PLD)、控制器、状态机、门逻辑、分立硬件部件、任何其它适合的电路、或者能够执行本申请通篇所描述的各种功能的电路的任意组合。
在一些实施例中，当图14中的通信装置140是芯片或芯片系统时，收发模块1402的功能/实现过程可以通过芯片或芯片系统的输入输出接口(或通信接口)实现，处理模块1401的功能/实现过程可以通过芯片或芯片系统的处理器(或者处理电路)实现。
由于本实施例提供的通信装置140可执行上述方法，因此其所能获得的技术效果可参考上述方法实施例，在此不再赘述。
在一些实施例中，本申请实施例还提供一种通信装置，该通信装置包括处理器，用于实现上述任一方法实施例中的方法。
作为一种可能的实现方式，该通信装置还包括存储器。该存储器，用于保存必要的程序指令和数据，处理器可以调用存储器中存储的程序代码以指令该通信装置执行上述任一方法实施例中的方法。当然，存储器也可以不在该通信装置中。
作为另一种可能的实现方式，该通信装置还包括接口电路，该接口电路为代码/数据读写接口电路，该接口电路用于接收计算机执行指令(计算机执行指令存储在存储器中，可能直接从存储器读取，或可能经过其他器件)并传输至该处理器。
作为又一种可能的实现方式，该通信装置还包括通信接口，该通信接口用于与该通信装置之外的模块通信。
可以理解的是，该通信装置可以是芯片或芯片系统，该通信装置是芯片系统时，可以由芯片构成，也可以包含芯片和其他分立器件，本申请实施例对此不作具体限定。
本申请还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序或指令，该计算机程序或指令被计算机执行时实现上述任一方法实施例的功能。
本申请还提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品被计算机执行时实现上述任一方法实施例的功能。
本领域普通技术人员可以理解，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
可以理解，本申请中描述的系统、装置和方法也可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件程序实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式来实现。该计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或者数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(digital subscriber line，DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可以用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)，光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘(solid state disk，SSD))等。本申请实施例中,计算机可以包括前面所述的装置。
尽管在此结合各实施例对本申请进行了描述，然而，在实施所要求保护的本申请过程中，本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
尽管结合具体特征及其实施例对本申请进行了描述，显而易见的，在不脱离本申请的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本申请的示例性说明，且视为已覆盖本申请范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (24)

1.一种信号设计方法，其特征在于，所述方法包括：
求解优化问题得到积序列，所述优化问题是基于约束条件和最大化目标函数得到的，所述约束条件用于限制第一信号和第二信号的互模糊函数的旁瓣在抗多普勒频移区间内小于或等于第一阈值，所述目标函数由变量的范数构成，所述积序列为所述变量在所述优化问题中的解；所述积序列用于确定第一信号和第二信号，所述第一信号和所述第二信号用于对目标对象进行感知。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标函数用于指示经所述第二信号互相关计算后，所述第一信号的回波信号与噪声信号的功率比。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述优化问题为：
其中，||z||1表示所述变量z的1范数，表示所述变量z的1范数的平方，||z||2表示所述变量z的2范数，/>表示所述变量z的2范数的平方，δ为所述第一阈值，Es为N×N维的矩阵，N为所述积序列的长度，所述矩阵Es由所述抗多普勒频移区间确定，||Esz||2指示所述互模糊函数的旁瓣的能量大小。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述矩阵Es的第m行第n列的元素为：
其中，θD用于指示以弧度为单位的所述抗多普勒频移区间，所述以弧度为单位的所述抗多普勒频移区间由以赫兹为单位的抗多普勒频移区间确定，所述以赫兹为单位的抗多普勒频移区间由fD指示。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述积序列的长度为16、所述互模糊函数的旁瓣阈值为10-3，所述抗多普勒频移区间的大小为π时，所述积序列为：
2.3374e-04-4.5702e-03j，
2.7275e-02+2.6275e-03j，
-1.2932e-02+8.2504e-02j，
-1.6627e-01-3.9741e-02j，
8.7385e-02-2.4902e-01j，
2.9747e-01+1.4686e-01j，
-1.9503e-01+3.0688e-01j，
-3.0555e-01-2.0732e-01j，
1.7558e-01-3.2128e-01j，
3.4648e-01+1.1512e-01j，
-5.3800e-02+3.4359e-01j，
-2.8593e-01-1.2917e-02j，
-3.6182e-03-1.8776e-01j，
9.1405e-02-5.0281e-03j，
2.1849e-03+2.9660e-02j，
-4.8841e-03+3.9983e-04j；
其中，e+0x或e-0x为科学计数法，e+01表示×101，e-01表示×10-1。
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述积序列用于确定第一信号和第二信号，包括：
所述积序列用于确定第一序列和第二序列，所述积序列为所述第一序列和所述第二序列的哈达玛Hadamard积；
所述第一序列和格雷互补对GCP用于确定所述第一信号，所述第一序列、所述第二序列、和所述GCP用于确定所述第二信号。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第二序列为第二序列集合中的一个序列，所述第一序列为第一序列集合中与所述第二序列对应的序列，所述第二序列集合中的一个序列和所述第一序列集合中的对应序列的Hadamard积为所述积序列；所述第二序列的所有元素之和的绝对值为多个数值中的最大值，所述多个数值包括所述第二序列集合中的每个序列的所有元素之和的绝对值。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一序列和所述第二序列的长度为16、所述第一阈值为10-3，所述抗多普勒频移区间的大小为π时，
所述第一序列为：1,1,-1,-1,1,1,-1,-1,1,1,-1,-1,1,1,-1,-1；
所述第二序列为：
2.3374e-04-4.5702e-03j，
2.7275e-02+2.6275e-03j，
1.2932e-02-8.2504e-02j，
1.6627e-01+3.9741e-02j，
8.7385e-02-2.4902e-01j，
2.9747e-01+1.4686e-01j，
1.9503e-01-3.0688e-01j，
3.0555e-01+2.0732e-01j，
1.7558e-01-3.2128e-01j，
3.4648e-01+1.1512e-01j，
5.3800e-02-3.4359e-01j，
2.8593e-01+1.2917e-02j，
-3.6182e-03-1.8776e-01j，
9.1405e-02-5.0281e-03j，
-2.1849e-03-2.9660e-02j，
4.8841e-03-3.9983e-04j；
其中，e+0x或e-0x为科学计数法，e+01表示×101，e-01表示×10-1。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第二序列的所有元素的实部的正负符号相同；或者，所述第二序列的所有元素的虚部的正负符号相同。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第二序列的所有元素的实部为正数，且所述第一序列和所述第二序列的长度为16、所述第一阈值为10-3，所述抗多普勒频移区间的大小为π时：
所述第一序列为：1,1,-1,-1,1,1,-1,-1,1,1,-1,-1,-1,1,1,-1；
所述第二序列为：
2.3374e-04-4.5702e-03j，
2.7275e-02+2.6275e-03j，
1.2932e-02-8.2504e-02j，
1.6627e-01+3.9741e-02j，
8.7385e-02-2.4902e-01j，
2.9747e-01+1.4686e-01j，
1.9503e-01-3.0688e-01j，
3.0555e-01+2.0732e-01j，
1.7558e-01-3.2128e-01j，
3.4648e-01+1.1512e-01j，
5.3800e-02-3.4359e-01j，
2.8593e-01+1.2917e-02j，
3.6182e-03+1.8776e-01j，
9.1405e-02-5.0281e-03j，
2.1849e-03+2.9660e-02j，
4.8841e-03-3.9983e-04j；
其中，e+0x或e-0x为科学计数法，e+01表示×101，e-01表示×10-1。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第二序列的所有元素的虚部为正数，且所述第一序列和所述第二序列的长度为16、所述第一阈值为10-3，所述抗多普勒频移区间的大小为π时：
所述第一序列为：-1,1,1,-1,-1,1,1,-1,-1,1,1,-1,-1,-1,1,1；
所述第二序列为：
-2.3374e-04+4.5702e-03j，
2.7275e-02+2.6275e-03j，
-1.2932e-02+8.2504e-02j，
1.6627e-01+3.9741e-02j，
-8.7385e-02+2.4902e-01j，
2.9747e-01+1.4686e-01j，
-1.9503e-01+3.0688e-01j，
3.0555e-01+2.0732e-01j，
-1.7558e-01+3.2128e-01j，
3.4648e-01+1.1512e-01j，
-5.3800e-02+3.4359e-01j，
2.8593e-01+1.2917e-02j，
3.6182e-03+1.8776e-01j，
-9.1405e-02+5.0281e-03j，
2.1849e-03+2.9660e-02j，
-4.8841e-03+3.9983e-04j；
其中，e+0x或e-0x为科学计数法，e+01表示×101，e-01表示×10-1。
12.根据权利要求6-11任一项所述的方法，其特征在于，所述第一信号包括N个周期内的子信号，N为所述第一序列的长度；所述第一序列和所述GCP用于确定所述第一信号，包括：
所述第一序列的第n个元素用于确定所述GCP中的一个序列，所述GCP中的一个序列用于生成所述第一信号的第n个周期内的子信号，其中，n＝0，1，...N-1。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述GCP序列包括x序列和y序列，所述第一信号、所述第一序列、所述GCP满足如下公式：
其中，sP(t)为所述第一信号，P[n]为所述第一序列的第n个元素，x(t-nT)或y(t-nT)为所述第一信号的第n个周期内的子信号，所述x序列用于生成x(t-nT)，所述y序列用于生成y(t-nT)，T为所述第一信号的子信号的周期。
14.根据权利要求6-13任一项所述的方法，其特征在于，所述第一信号包括N个周期的子信号，所述第二信号包括N个周期的子信号，N为所述第一序列和所述第二序列的长度。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，当所述抗多普勒频移区间为[0，θD]时，所述第二信号的第n个周期内的子信号为所述第二序列的第n个元素的共轭与所述第一信号的第n个周期内的子信号的乘积，n＝0，1，...N-1。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述GCP序列包括x序列和y序列，所述第二信号、所述第一序列、所述第二序列、所述GCP满足如下公式：
其中，sQ(t)为所述第二信号，Q*[n]为所述第二序列的第n个元素Q[n]的共轭，P[n]为所述第一序列的第n个元素，x(t-nT)或y(t-nT)为所述第一信号的第n个周期内的子信号，所述x序列用于生成x(t-nT)，所述y序列用于生成y(t-nT)，T为所述第一信号的子信号的周期。
17.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，当所述抗多普勒频移区间为[-θD，0]时，所述第二信号的第n个周期内的子信号为所述第二序列的第n个元素与所述第一信号的第n个周期内的子信号的乘积，n＝0，1，...N-1。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述GCP序列包括x序列和y序列，所述第二信号、所述第一序列、所述第二序列、所述GCP满足如下公式：
其中，sQ(t)为所述第二信号，Q[n]为所述第二序列的第n个元素，P[n]为所述第一序列的第n个元素，x(t-nT)或y(t-nT)为所述第一信号的第n个周期内的子信号，所述x序列用于生成x(t-nT)，所述y序列用于生成y(t-nT)，T为所述第一信号的子信号的周期。
19.根据权利要求1-18任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
发送所述第一信号；
接收所述第一信号的回波信号；
根据所述回波信号和所述第二信号进行非周期互相关运算；
根据所述非周期互相关运算的结果确定所述目标对象的距离。
20.根据权利要求1-19任一项所述的方法，其特征在于，所述第一信号为单载波信号或多载波信号。
21.一种通信装置，其特征在于，所述通信装置包括用于执行如权利要求1至20中任一项所述方法的模块。
22.一种通信装置，其特征在于，所述通信装置包括：处理器；
所述处理器，用于执行计算机程序或指令，以实现如权利要求1至20中任一项所述的方法。
23.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序或指令，当所述计算机程序或指令被通信装置执行时，实现如权利要求1至20中任一项所述的方法。
24.一种计算机程序产品，其特征在于，当所述计算机程序产品在通信装置上运行时，如权利要求1至20中任一项所述的方法被执行。
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