一种基于环境反向散射的定位系统技术方案

本发明专利技术属于无线通信技术领域，具体的说是涉及一种基于环境反向散射的定位系统。本发明专利技术根据接收机接收到的信号包含来自环境射频源的直射链路信号和经过反向散射体反向散射的环境信号，通过空域信号处理技术计算信号的到达角度，计算结果包含直射链路信号和反向散射信号的到达角度，利用反向散射信号相比较于直射链路信号会经历两次衰落的特性，区分直射链路和反向散射信号的到达角度，根据反向散射信号的到达角度，解算出反向散射体的坐标实现定位。本发明专利技术适用于物流仓库等室内平面定位场景，方案实施简单，具有很强的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种基于环境反向散射的定位系统
本专利技术属于无线通信
，具体的说是涉及一种基于环境反向散射的定位系统。
技术介绍
随着5G时代的到来，物联网将迎来飞速发展的阶段，未来通信网络将会随着物联网设备的急速增长而带来巨大的流量和巨大的连接数。在当前5G时代乃至于未来6G新愿景下，高效利用频谱资源是解决物联网巨流量巨连接挑战的有效手段之一。，环境反向散射技术将传统反向散射通信系统的专用射频源替换成环境射频源，可以减少部署专用射频源的成本，提升了频谱资源的利用率，具有实现高频谱效率、低能耗的定位系统的潜力。在现实应用场景中，射频源信号和环境反向散射信号通常都来自不同的方向，利用这个特点，可以在空域中区分射频源信号和环境反向散射信号，进而可以得到相应的信号到达方向。在一些应用场景中，可以实现对反向散射体的信号方向进行准确的估计，进而实现对反向散射体的定位。
技术实现思路
本专利技术的主要内容是提出一种基于环境反向散射技术的定位系统设计，实现了对环境反向散射体的定位。本专利技术使用接收机接收信号，接收到的信号通常包含来自环境射频源的直射链路信号和经过反向散射体反向散射的环境信号，接收机通过空域信号处理技术计算信号的到达角度，计算结果通常包含了两个角度，即直射链路信号和反向散射信号的到达角度。本专利技术利用反向散射信号相比较于直射链路信号会经历两次衰落的特性，可以区分直射链路和反向散射信号的到达角度，得到反向散射信号的到达角度后，通过系统方案低成本高效率地解算出反向散射体的坐标。本专利技术的技术方案是：一种基于环境反向散射的定位系统，包括射频源、多个有M根天线的接收机、反向散射装置，M≥3；接收机接收直接链路信号和经过反向散射装置反向散射的环境信号，接收机分别获得直射链路信号和反向散射信号的到达角度，根据反向散射信号的到达角度和已知的多个接收机的位置坐标，获得反向散射装置的坐标。所述接收机分别获得直射链路信号和反向散射信号的到达角度的具体方法为：假设接收机接收到的信号为：y(t)＝yd(t)+yb(t)+ω(t)其中，yd(t)为接收到的直接链路信号，yb(t)为接收到的反向散射信号，ω(t)是服从循环对称高斯分布的噪声；通过DOA估计算法分别获得直射链路信号和反向散射信号的到达角度，再根据反向散射信号相比较于直射链路信号会经历两次衰落的特性，区分出直射链路和反向散射信号的到达角度。所述获得反向散射装置的坐标的具体方法为：假设位置坐标为(x0,y0)的接收机获得的到达角度为θ0，在位置坐标为(x1,y1)的接收机获得的到达角度为θ1，则获得反向散射装置的坐标为：上述方案为针对采用多个接收机的情况，对于采用一个接收机的情况，根据接收机在不同位置坐标获得的反向散射信号的到达角度，来计算反向散射装置的坐标即可，具体为：假设接收机在位置坐标(x0,y0)处获得的到达角度为θ0，将接收机移动到位置坐标(x1,y1)处获得的到达角度为θ1，则获得反向散射装置的坐标为：本专利技术的有益效果是：通过利用环境反向散射通信系统中射频源信号和反射信号通常不会以相同角度到达接收机的特性，单独估计出反射信号的到达角度，进而估计出反向散射体的具体位置。该方案适用于物流仓库等室内平面定位场景，方案实施简单，具有很强的应用价值。附图说明图1为本专利技术的系统结构示意图；图2为本专利技术的实施流程示意图；图3为仿真中反向散射链路到达角估计准确率与反向散射链路信噪比关系示意图；图4为定位仿真蒙特卡罗实验结果示意图。具体实施方式下面结合附图和仿真示例对本专利技术进行详细的描述。如图1所示，本专利技术的定位系统，包括环境射频源、一台或多台部署有M(M≥3)根天线的接收机、反向散射体。其中，环境射频源不需要单独部署，可以以附近的基站，WiFi热点作为射频信号源。反向散射体上可以部署单天线，也可以部署多天线。每台接收机设备部署M根接收天线，如果使用两台及以上接收机进行接收，则通过将接收机部署在不同的已知位置，同时计算出反向散射信号的多个到达角，进而解算出反向散射体的坐标。如果使用一台接收机进行接收，则可以通过将接收机按照固定的规律移动到已知位置，通过移动过程模拟多接收机接收信号，进而解算出反向散射体的坐标。图中h代表环境射频源到反向散射体的信道参数，f代表环境射频源到接收机的信道参数，g代表反向散射体到接收机的信道参数。本专利技术中：环境射频源发射射频源信号其中s(t)是环境射频源基带信号，发射功率为ps，fc是环境射频源信号的载波频率。设接收机编号为0的阵元接收到的环境射频源信号的带通形式为：其中，f代表环境射频源到接收机之间信道的信道参数，其数字下标代表接收机对应编号的天线。以均匀线性阵列为例说明接收过程：编号为m的阵元相对于编号为0的阵元的传播时延为其中c是光速，d是阵元间隔，θ为信号到达方向同阵元朝向之间的平面夹角，即信号入射角度，τ为编号为1的阵元相对编号为0的阵元的传播时延接收机编号为m阵元接收到的环境射频源信号的带通形式为：根据实际应用场景，可以做出如下的假设：1.环境射频源与接收机相隔较远，入射波为平面波，阵元间隔小。因此信道参数fm对于所有的m∈[0,M-1]相同。2.s(t)的带宽远小于载波频率，因此阵元间的时延相较于符号间隔可以忽略不计。因此对于所有接收阵元，在同一时刻s(t)相同，即s(t)≈s(t-τm)因此，到达接收机每个阵元的环境射频源的信号，可以写为：由于时延的原因，到达每个阵元的信号仅仅在相位上有所不同。编号为m的阵元与编号为0的阵元对于接收到的环境射频源信号相位差为其中，fc是环境射频源信号的载波频率，τm为编号为m的阵元相对编号为0的阵元的传播时延.阵元阵列间隔d设定为载波的半波长，即λ为载波波长，信号到达的方向是θ，则因此令代表编号为m的阵元接收到的直射信号相对于编号为0的阵元的直射信号相位偏移，则其中θd是环境射频源信号(直射信号)的入射方向。定义方向矢量为af(θd)＝[1,af,1(θd),...,af,M-1(θd)]T，则所有阵元接收到的来自直射链路的环境射频源信号为：环境射频源的信号经过反向散射体进行反射后，会到达接收机。反向散射体接收到的环境射频源信号为：其中h代表环境射频源到反向散射体之间的信道参数。反向散射体会将自身基带信号c(t)调制到上并反射，设反射系数为α，因此反向散射体向接收机发射的反射信号为：接收机均匀线性阵列对于反射信号的接收，和对于环境射频源信号接收的推导一样，信道参数gm对于所有的m∈[0,M-1]相同。不同阵元接收到的反射信号由于信号到达方向的不同存在相位差。接收机编号为m的阵元接收到的反射信号为：其中h代表环本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于环境反向散射的定位系统，其特征在于，包括射频源、多个有M根天线的接收机、反向散射装置，M≥3；接收机接收直接链路信号和经过反向散射装置反向散射的环境信号，接收机分别获得直射链路信号和反向散射信号的到达角度，根据反向散射信号的到达角度和已知的多个接收机的位置坐标，获得反向散射装置的坐标。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于环境反向散射的定位系统，其特征在于，包括射频源、多个有M根天线的接收机、反向散射装置，M≥3；接收机接收直接链路信号和经过反向散射装置反向散射的环境信号，接收机分别获得直射链路信号和反向散射信号的到达角度，根据反向散射信号的到达角度和已知的多个接收机的位置坐标，获得反向散射装置的坐标。


2.根据权利要求1所述的一种基于环境反向散射的定位系统，其特征在于，所述接收机分别获得直射链路信号和反向散射信号的到达角度的具体方法为：
假设接收机接收到的信号为：
y(t)＝yd(t)+yb(t)+ω(t)
其中，yd(t)为接收到的直接链路信号，yb(t)为接收到的反向散射信号，ω(t)是服从循环对称高斯分布的噪声；通过DOA估计算法分别获得直射链路信号和反向散射信号的到达角度，再根据反向散射信号相比较于直射链路信号会经历两次衰落的特性，区分出直射链路和反向散射信号的到达角度。


3.根据权利要求2所述的一种基于环境反向散射的定位系统，其特征在于，所述获得反向散射装置的坐标的具体方法为：
假设位置坐标为(x0,y0)的接收机获得的到达角度为θ0，在位置坐标为(x1,y1)的接收机获得的到达角度为θ1，则获得反向散射装置的坐标为：

【专利技术属性】
技术研发人员：梁应敞，朱贤明，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51