CN118226377B - 一种多用户协同的通信感知一体化系统中的目标定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多用户协同的通信感知一体化系统中的目标定位方法，所述多用户协同的通信感知一体化系统包括一个配备根天线的通感一体化发射机、一个待感知目标和个配备根天线的用户；所述方法包括：S1.构建通感一体化反射机、待观测目标和用户所在的坐标系，并定义通感一体化发射机与待感知目标，通感一体化发射机与第l个用户，待感知目标与第l个用户之间的欧几里得距离；S2.假设待感知目标处于静止状态，估计静止目标位置；S3.假设待感知目标处于运动状态，对不同时刻的目标位置和运动速度进行估计。本发明针对用于多基地协同的通感一体化系统，实现了针对目标处于静止和运动两种状态下的定位。

Description

一种多用户协同的通信感知一体化系统中的目标定位方法

技术领域

本发明涉及通信领域，特别是涉及一种多用户协同的通信感知一体化系统中的目标定位方法。

背景技术

通信与感知一体化技术，即通感一体化技术，通过共享硬件、频谱、能量等资源，实现通信与感知功能的深度融合，是用于下一代移动通信网络的一种新兴技术。具体而言，传感功能旨在收集并分析周围中的反射信号，进而提取有关目标的有价值信息，例如，距离、角度、径向速度等；通信功能则侧重于利用特殊定制的信号实现基站与用户之间的信息传输。目前的研究主要集中于从理论上对感知性能进行分析，缺少对定位方法的研究。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多用户协同的通信感知一体化系统中的目标定位方法，能够有效实现静止目标的定位，并确定不同时刻动目标的位置和移动速度。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种多用户协同的通信感知一体化系统中的目标定位方法，其特征在于：所述多用户协同的通信感知一体化系统包括一个配备根天线的通感一体化发射机、一个待感知目标和个配备根天线的用户；

所述方法包括：

S1.构建通感一体化反射机、待观测目标和用户所在的坐标系，并定义通感一体化发射机与待感知目标，通感一体化发射机与第个用户，待感知目标与第个用户之间的欧几里得距离；

S2.假设待感知目标处于静止状态，估计静止目标位置；

S3.假设待感知目标处于运动状态，对不同时刻的目标位置和运动速度进行估计。

本发明的有益效果是：本发明针对用于多基地协同的通感一体化系统，分别针对目标处于静止和运动两种状态下的定位方法，即针对静目标，能够确定其位置，针对动目标，能够在不同时刻确定其位置和移动速度，填补了现有研究在实际定位方式上的空白。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为多用户协同的通感一体化系统架构图；

图3为用于估计静止目标位置的几何模型示意图；

图4为用于估计运动目标位置的几何模型示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种多用户协同的通信感知一体化系统中的目标定位方法，所述系统如图2所示，由一个配备根天线的通感一体化发射机，一个待感知目标，和个配备根天线的用户组成。

所述方法包括：

S1.构建通感一体化反射机、待观测目标和用户所在的坐标系，并定义通感一体化发射机与待感知目标，通感一体化发射机与第个用户，待感知目标与第个用户之间的欧几里得距离，包括：

建立一个二维笛卡尔坐标系，将通感一体化反射机，待观测目标，以及第个用户的坐标分别定义为，和，其中，。因此，通感一体化发射机与目标，通感一体化发射机与第个用户，目标与第个用户之间的欧几里得距离，可以分别表示为，，。

S2.假设待感知目标处于静止状态，对静止目标进行定位，即估计静止目标位置；

构建如图3所示的几何模型：

在该种场景下，第个用户接收到的来自于目标的回波信号可以表示为：

（1）

其中，表示目标相对于第个用户的反射系数，表示发送导向矢量，表示接收导向矢量，表示通感一体化发射机关于目标的离开角度，表示目标关于第个用户的到达角度，表示由通感一体化发射机经过目标到达第个用户的传输时延，表示光在自由空间中的传播速度，表示杂波，即来自于指定区域内其他障碍物的反射信号，表示平均杂波功率，表示大小为的单位矩阵，表示循环对称复数高斯噪声，表示平均噪声功率。在通过匹配滤波，极大似然等方法得到传输时延和到达角度的估计值（即和）后，对图2给出的几何模型应用余弦定理，可以得到第个用户与目标之间的距离的估计值，即

（2）

其中，表示通感一体化发射机与第个用户之间的距离，可以通过下式计算得到

（3）

根据式（2）给出的距离公式，第个用户估计出的目标的位置为：

（4）

（5）

因此，目标的位置可以表示为：

（6）

（7）

S3.假设待感知目标处于运动状态，对运动状态的目标进行定位，即在不同时刻获取目标位置和运动速度。

构建如图4所示的几何模型，在该种场景下，对目标的位置和运动速度进行估计。

S301.在任一时刻，对目标的位置和运动速度进行估计：

A1、在任一时刻，对于目标此时的位置，按照步骤S2进行估计：在一个固定的时刻，目标会处于一个固定的位置，所以可以直接按照步骤S2的方法完成该时刻的位置估计；

A2、在任一时刻，对目标此时的速度大小进行估计：

A201.将第个用户接收到的来自于目标的回波信号表示为：

（8）

其中，表示第个用户观测到的由目标移动产生的多普勒频移；

A202.假设载波的初始频率为，首先考虑以目标为观测者，则其感知到的频率表示为：

（9）

其中，表示目标运动速度与自由空间中光的传播速度的比值，根据式（9），第个用户观测到的多普勒频移表示为:

（10）

根据式（10），任意两个不同用户观测到的多普勒频移的比值表示为：

（11）

因此，离开角度表示为：

（12）

A203.将式（12）代入到式（10）中，计算出目标的运动速度为

（13）

S302.在工作时间内的每一个不同时刻，重复执行步骤S301，得到不同时刻的目标位置和运动速度。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应该看作是对其他实施例的排除，而可用于其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (1)

1.一种多用户协同的通信感知一体化系统中的目标定位方法，其特征在于：所述多用户协同的通信感知一体化系统包括一个配备根天线的通感一体化发射机、一个待感知目标和个配备根天线的用户；

所述方法包括：

S1.构建通感一体化反射机、待观测目标和用户所在的坐标系，并定义通感一体化发射机与待感知目标，通感一体化发射机与第个用户，待感知目标与第个用户之间的欧几里得距离；

所述步骤S1包括：

建立一个二维笛卡尔坐标系，将通感一体化反射机、待观测目标，以及第个用户的坐标分别定义为，和，其中，；通感一体化发射机与待感知目标，通感一体化发射机与第个用户，待感知目标与第个用户之间的欧几里得距离，分别表示为，，；

S2.假设待感知目标处于静止状态，估计静止目标位置；

所述步骤S2包括：

S201.假设待感知目标处于静止状态，第个用户接收到的来自于目标的回波信号表示为：

（1）

其中，将待感知目标简称为目标，表示目标相对于第个用户的反射系数，表示发送导向矢量，表示的转置，表示接收导向矢量，表示通感一体化发射机关于目标的离开角度，表示目标关于第个用户的到达角度，表示由通感一体化发射机经过目标到达第个用户的传输时延，表示光在自由空间中的传播速度，表示杂波，即来自于指定区域内其他障碍物的反射信号，表示平均杂波功率，表示大小为的单位矩阵，表示循环对称复数高斯噪声，表示平均噪声功率；

S202.通过极大似然方法对目标的回波信号进行处理，得到到达角度的估计值；通过匹配滤波的方法对目标的回波信号进行处理，得到传输时延的估计值，应用余弦定理，得到第个用户与目标之间的距离的估计值，即

（2）

其中，表示通感一体化发射机与第个用户之间的距离，通过下式计算得到

（3）

根据式（2）给出的距离公式，第个用户估计出的目标的位置为：

（4）

（5）

将目标的位置表示为：

（6）

（7）

其中，为目标的x轴坐标，为目标的y轴坐标；

S3.假设待感知目标处于运动状态，对不同时刻的目标位置和运动速度进行估计；

所述步骤S3包括：

S301.在任一时刻，对目标的位置和运动速度进行估计：

A1、在任一时刻，对于目标此时的位置，按照步骤S2进行估计；

A2、在任一时刻，对目标此时的速度大小进行估计：

A201.将第个用户接收到的来自于目标的回波信号表示为：

（8）

其中，表示第个用户观测到的由目标移动产生的多普勒频移；

A202.假设载波的初始频率为，首先考虑以目标为观测者，则其感知到的频率表示为：

（9）

其中，表示目标运动速度与自由空间中光的传播速度的比值，根据式（9），第个用户观测到的多普勒频移表示为:

（10）

根据式（10），任意两个不同用户观测到的多普勒频移的比值表示为：

（11）

其中，表示目标关于第个用户的到达角度，表示目标关于第个用户的到达角度，，，，且；

因此，离开角度表示为：

（12）

A203.将式（12）代入到式（10）中，计算出目标的运动速度为

（13）

S302.在工作时间内的每一个不同时刻，重复执行步骤S301，得到不同时刻的目标位置和运动速度。