一种空频双宽带大规模阵列的目标距离速度方位联合估计方法技术

本发明专利技术公开了一种空频双宽带大规模阵列的目标距离速度方位联合估计方法，在使用大信号带宽和大天线阵列进行目标探测的回波信号模型，将接收到的回波信号建模为典型多重分解模型的三阶张量，其中因子矩阵包含要估计的目标参数，包括角度、距离和速度。基于该模型，本发明专利技术分析了三阶张量分解的唯一性条件，并提出了一种基于张量的估计方法来提取包括角度、距离和速度在内的目标参数。本发明专利技术所提出的估计方法比现有方法具有更优的目标探测性能。方法比现有方法具有更优的目标探测性能。

【技术实现步骤摘要】
一种空频双宽带大规模阵列的目标距离速度方位联合估计方法


[0001]本专利技术属于目标估计技术，具体为一种空频双宽带大规模阵列的目标距离速度方位联合估计方法。

技术介绍

[0002]通信感知一体化(ISAC)旨在实现频谱和硬件资源的协同设计，已被公认为6G无线接入网络中有希望的应用的关键技术。大规模多输入多输出(MIMO)是当前移动蜂窝网络中最重要的技术之一，可提供显著的多路复用增益和波束形成增益。结合大规模MIMO提供的空间度自由度(DoF)，通信感知一体化技术被设想为可以同时实现高性能无线传感和通信。
[0003]传统的通信系统是将信息传递给接收机，而目标感知的问题则是从回波信号观测中提取目标参数信息。为了在MIMO
‑
ISAC系统中实现目标感知，有些人提出了使用MIMO雷达的主瓣来检测目标，而使用旁瓣将有用的信息传递给通信接收机。与先前关注MIMO
‑
ISAC波形设计不同，已经有人采用正交频分多址(OFDM)信号，这是一种常用的通信波形，用于目标感知。通过利用OFDM与移动网络的兼容性，开发了直接/间接感知方法来提取包括方位、距离和速度在内的目标参数。为了处理基于OFDM的MIMO
‑
ISAC系统的载波间干扰，有些人提出了一种基于迭代干扰消除的目标检测算法，以估计延迟多普勒角参数。有些人提出了一种用于毫米波MIMO系统的联合目标搜索和通信信道估计方案，其中通过全向导频信号主动检测目标。尽管上述工作充分利用了大规模MIMO
‑
ISAC系统中增强的空间DoF，但使用大天线阵列和宽信号带宽带来的一个挑战性问题是所谓的波束斜视。它在整个阵列孔径上引入了不可忽略的传播时间延迟。对于忽略波束斜视的常规参数估计器，这种现象将显著地恶化目标感测估计性能。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中的上述技术缺陷，本专利技术提出了一种空频双宽带大规模阵列的目标距离速度方位联合估计方法。
[0005]实现本专利技术目的的技术方案为：一种空频双宽带大规模阵列的目标距离速度方位联合估计方法，具体步骤为：
[0006]步骤1：对回波信号进行去除载波频率处理，得到处理后的回波信号；
[0007]步骤2：根据处理后的回波信号建立感知信道，并进行傅里叶变换，获得频域感测信道矩阵，根据频域感测信道矩阵确定第l个OFDM符号的第k个子载波的感知信道矩阵以及第k个子载波的第l个传输符号的回波信号；
[0008]步骤3：构造预编码信号结构；
[0009]步骤4：级联多个时隙的回波信号，建模成符合正则多元分解模型的三阶张量，并获得三阶张量因子矩阵；
[0010]步骤5：通过交替最小二乘法更新因子矩阵，利用估计的因子矩阵来估计目标参
数。
[0011]优选地，第n个接收天线处，从Q个目标反射回来的回波信号表示为：
[0012][0013]式中，是第m个发射天线的上变频信号，f
c
是载波；s
m
(t)是具有K0个子载波和带宽为f
s
的基带OFDM信号；是第q个目标的反射系数，R
q
代表第q个目标的距离，V
q
代表第q个目标的速度，θ
q
表示第q个目标相对于天线阵列的方位角，c代表光速，m代表第m个发射天线，n代表第n个接收天线，d代表天线间距；
[0014]在接收机处，去除载波频率后的信号表示为：
[0015][0016]其中是第q个目标的复值反射系数；是往返时间延迟，是多普勒频移。
[0017]优选地，根据处理后的回波信号建立感知信道，并进行傅里叶变换，获得频域感测信道矩阵，根据频域感测信道矩阵确定第l个OFDM符号的第k个子载波的感知信道矩阵以及第k个子载波的第l个传输符号的回波信号的具体方法为：
[0018]步骤2.1：建立第n个接收天线和第m个发射天线的等效感知信道，所述等效感知信道具体为：
[0019][0020]其中，δ(
·
)是狄拉克函数，g
n,m
(t,τ)为线性时变滤波器；
[0021]步骤2.2：对感知信道进行傅里叶变换获得频域感测信道矩阵，所述频域感测信道矩阵具体为：
[0022][0023]其中a(θ
q
,f)和b(θ
q
,f)分别表示发射宽带阵列导向矢量和接收宽带阵列导向矢量，f为频率；v
q
代表第q个目标的多普勒频移，τ
q
代表第q个目标的时延，l表示第l个OFDM符号。
[0024]步骤2.3：根据频域感测信道矩阵确定第l个OFDM符号的第k个子载波的感知信道矩阵，具体为：
[0025][0026]其中b
k
(θ
q
)＝b(θ
q
,f)∣
f＝kΔf
，a
k
(θ
q
)＝a(θ
q
,f)∣
f＝kΔf
分别表示发射宽带阵列导向矢量和接收宽带阵列导向矢量；Δf表示为子载波间隔，T
sym
＝T+T
cp
，T表示有效OFDM符号的持续时间，T
cp
表示循环前缀；v
q
代表第q个目标的多普勒频移，τ
q
代表第q个目标的时延；
[0027]在第k个子载波的第l个传输符号的回波信号具体为：
[0028][0029]其中是加性噪声向量。
[0030]优选地，宽带阵列导向矢量具体表示为：
[0031][0032][0033]其中载波波长
[0034]优选地，构造的预编码信号结构具体为：
[0035]x
l,k
＝q
l
d
k
[0036]式中，符号满足∣d
k
∣2＝1，预编码波束图，预编码波束图满足
[0037][0038]其中，整个时间帧被划分为G个组，每个组包含P个OFDM符号，使得PG＝L，L为。
[0039]优选地，级联多个时隙的回波信号，建模成符合正则多元分解模型的三阶张量，并获得三阶张量因子矩阵的具体步骤为：
[0040]预编码的波束图案在一个时隙内被更新P次，并且每帧被重复G次，对回波信号去除d
k
后，第k个子载波的第l个传输符号的回波信号y
l,k
表示为：
[0041][0042]其中a
k
(θ
q
)＝a(θ
q
,f)∣
f＝kΔf
和b
k
(θ
q
)＝b(θ
q
,f)∣
f＝kΔf
分别表示发射宽带阵列导向矢量和接收宽带阵列导向矢量，Δf表示为子载波间隔；v
q...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空频双宽带大规模阵列的目标距离速度方位联合估计方法，其特征在于，具体步骤为：步骤1：对回波信号进行去除载波频率处理，得到处理后的回波信号；步骤2：根据处理后的回波信号建立感知信道，并进行傅里叶变换，获得频域感测信道矩阵，根据频域感测信道矩阵确定第l个OFDM符号的第k个子载波的感知信道矩阵以及第k个子载波的第l个传输符号的回波信号；步骤3：构造预编码信号结构；步骤4：级联多个时隙的回波信号，建模成符合正则多元分解模型的三阶张量，并获得三阶张量因子矩阵；步骤5：通过交替最小二乘法更新因子矩阵，利用估计的因子矩阵来估计目标参数。2.根据权利要求1所述的空频双宽带大规模阵列的目标距离速度方位联合估计方法，其特征在于，第n个接收天线处，从Q个目标反射回来的回波信号表示为：式中，是第m个发射天线的上变频信号，f
c
是载波；s
m
(t)是具有K0个子载波和带宽为f
s
的基带OFDM信号；是第q个目标的反射系数，R
q
代表第q个目标的距离，V
q
代表第q个目标的速度，θ
q
表示第q个目标相对于天线阵列的方位角，c代表光速，m代表第m个发射天线，n代表第n个接收天线，d代表天线间距；在接收机处，去除载波频率后的信号表示为：其中是第q个目标的复值反射系数；是往返时间延迟，是多普勒频移。3.根据权利要求2所述的空频双宽带大规模阵列的目标距离速度方位联合估计方法，其特征在于，根据处理后的回波信号建立感知信道，并进行傅里叶变换，获得频域感测信道矩阵，根据频域感测信道矩阵确定第l个OFDM符号的第k个子载波的感知信道矩阵以及第k个子载波的第l个传输符号的回波信号的具体方法为：步骤2.1：建立第n个接收天线和第m个发射天线的等效感知信道，所述等效感知信道具体为：其中，δ(
·
)是狄拉克函数，g
n,m
(t,τ)为线性时变滤波器；步骤2.2：对感知信道进行傅里叶变换获得频域感测信道矩阵，所述频域感测信道矩阵
具体为：其中a(θ
q
,f)和b(θ
q
,f)分别表示发射宽带阵列导向矢量和接收宽带阵列导向矢量，f为频率；v
q
代表第q个目标的多普勒频移，τ
q
代表第q个目标的时延，l表示第l个OFDM符号。步骤2.3：根据频域感测信道矩阵确定第l个OFDM符号的第k个子载波的感知信道矩阵，具体为：其中b
k
(θ
q
)＝b(θ
q
,f)∣
f＝kΔf
，a
k
(θ
q
)＝a(θ
q
,f)∣
f＝kΔf
分别表示发射宽带阵列导向矢量和接收宽带阵列导向矢量；Δf表示为子载波间隔，T
sym
＝T+T
cp
，T表示有效OFDM符号的持续时间，T
cp
表示循环前缀；v
q
代表第q个目标的多普勒频移，τ
q
代表第q个目标的时延；在第k个子载波的第l个传输符号的回波信号具体为：其中是加性噪声向量。4.根据权利要求3所述的空频双宽带大规模阵列的目标距离速度方位联合估计方法，其特征在于，宽带阵列导向矢量具体表示为：其特征在于，宽带阵列导向矢量具体表示为：其中载波波长5.根据权利要求1所述的空频双宽带大规模阵列的目标距离速度方位联合估计方法，其特征在于，构造的预编码信号结构具体为：x
l,k
＝q
l
d
k
式中，符号满足∣d
k
∣2＝1，预编码波束图，预编码波束图满足其中，整个时间帧被划分为G个组，每个组包含P个OFDM符号，使得PG＝L，L为。6.根据权利要求5所述的空频双宽带大规模阵列的目标距离速度方位联合估计方法，其特征在于，级联多个时隙的回波信号，建模成符合正则多元分解模型的三阶张量，并获得三阶张量因子矩阵的具体步骤为：预编码的波束图案在一个时隙内被更新P次，并且每帧被重复G次，对回波信号y
l,k
去除d
k
后，第k个子载波的第l个传输符号的回波信号y
l,k
表示为：
其中a
k
(θ
q
)＝a(θ
q
,f)∣
f＝kΔf
和b
k
(θ
q
)＝b(θ
q
,f)∣
f＝kΔf
分别表示发射宽带阵列导向矢量和接收宽带阵列导向矢量，Δf表示为子载波间隔；v
q
代表第q个目标的多普勒频移，q
l
代表预编码的波束图，τ
q
代表第q个目标的时延，l表...

【专利技术属性】
技术研发人员：张若愚，陈光毅，吴文，缪晨，王晶琦，陈春红，杨国，马越，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：