基于可重构智能表面和可重构全息超表面的定位方法技术

本发明专利技术提供一种基于可重构智能表面和可重构全息超表面的定位方法，包括：获取接收机接收到的定位目标的当前周期的实际反射信号；基于当前周期的实际反射信号，确定定位目标当前时刻的初始估计位置；基于定位目标当前时刻的初始估计位置及第一表达式，确定当前周期的最优参数；第一表达式通过最大化反射信号与预设噪声的比值确定；当前周期的最优参数中包括可重构智能表面的相移和可重构全息超表面的幅度；基于当前周期的最优参数与其他周期的最优参数，将信噪比最大的周期的定位目标的估计位置确定为定位目标的最终估计位置。基于此，利用非直射径信道，实现低功耗和低成本、高精度的雷达定位。度的雷达定位。度的雷达定位。

【技术实现步骤摘要】
基于可重构智能表面和可重构全息超表面的定位方法


[0001]本专利技术涉及人工智能
，尤其涉及一种基于可重构智能表面和可重构全息超表面的定位方法。

技术介绍

[0002]随着6G的发展，对于定位和感知的需求进一步加大。雷达利用电磁波来定位目标，受外界环境影响较小，在定位中有广泛的应用。现有的高精度雷达定位系统多基于相控阵，其功耗和硬件成本较高；并且现有雷达多依赖于直射径信道，在实际应用场景中不总是满足具有直射径的要求，而非直射径信噪比往往较低，对定位性能影响很大。因此，如何利用非直射径信道，实现低功耗和低成本、高精度的雷达定位是亟待解决的问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供一种基于可重构智能表面和可重构全息超表面的定位方法，用以提供一种基于可重构智能表面和可重构全息超表面的定位方法，利用非直射径信道，实现低功耗和低成本、高精度的雷达定位。
[0004]本专利技术提供一种基于可重构智能表面和可重构全息超表面的定位方法，包括：获取接收机接收到的定位目标的当前周期的实际反射信号；所述当前周期为第一预设时间段内的至少一个周期中的一个周期；基于所述当前周期的实际反射信号，确定定位目标当前时刻的初始估计位置；基于所述定位目标当前时刻的初始估计位置，以及预先确定的求解最优参数的第一表达式，确定当前周期的最优参数；所述第一表达式通过最大化反射信号与预设噪声的比值确定；所述当前周期的最优参数中包括可重构智能表面的相移和可重构全息超表面的幅度；基于所述当前周期的最优参数，重新确定定位目标的估计位置，并基于重新确定的定位目标的估计位置，确定所述第一预设时间段内的至少一个周期中其他周期的最优参数；基于当前周期的最优参数与所述其他周期的最优参数，确定信噪比最大的周期，并将信噪比最大的周期对应的定位目标的估计位置确定为定位目标的最终估计位置。
[0005]基于上述任一实施例，在所述基于所述定位目标当前时刻的初始估计位置，以及预先确定的求解最优参数的第一表达式，确定当前周期的最优参数之前，所述方法还包括：通过最大化反射信号与预设噪声的比值的第二表达式，根据发射信号的约束条件，确定求解最优参数的最优化问题；求解所述最优化问题，得到所述最优参数的第一表达式。
[0006]基于上述任一实施例，所述反射信号与预设噪声的比值的第二表达式为：其中，∫
T
|r(ω,t)|2dt为一个周期T内各时刻实际反射信号的估计信号r(ω,t)的能量，为一个周期T内预设噪声的能量，β为定位目标的反射系数，为常数；μ为与可重构智能表面的相移和可重构全息超表面的幅度相关的系数，E
x
为发射机对应的第一可重构全息超表面中馈源的第一发射信号x的能量；为预设
高斯噪声分布的方差；所述发射信号的约束条件为∫
T
|s(t)|2dt＝E
M
，其中，s(t)为发射机对应的第一可重构全息超表面中超材料阵列单元的第二发射信号，E
M
为所述第二发射信号的能量；其中，s(t)＝Q
D
ψ
D
x，Q
D
为发射机对应的第一可重构全息超表面的相移向量，ψ
D
为发射机对应的第一可重构全息超表面的幅度向量。
[0007]基于上述任一实施例，所述求解所述最优化问题，得到所述最优参数的第一表达式，包括：基于泰勒展开将所述第二表达式在上一个迭代周期中的参数点附近近似为凹函数；其中，所述凹函数为其中，ζ
m
为多个待优化参数中的第m个参数；所述待优化参数中包括可重构智能表面的相移和可重构全息超表面的幅度；为基于优化参数的第i
‑
1个迭代周期的参数ζ
i
‑1确定的信噪比的大小；表示优化参数的第i
‑
1个迭代周期的参数中的第m个参数，κ为一个预先设定的非负常数；其中，ζ
i
‑1＝[ψ
D,i
‑1,ψ
U,i
‑1,θ
D,i
‑1,θ
U,i
‑1]；ψ
D,i
‑1表示优化参数的第i
‑
1个迭代周期发射机对应的第一可重构全息超表面的幅度向量，ψ
U,i
‑1表示优化参数的第i
‑
1个迭代周期接收机对应的可重构全息超表面的幅度向量，θ
D,i
‑1为优化参数的第i
‑
1个迭代周期可重构智能表面向定位目标发射信号时的相移向量，θ
U,i
‑1为优化参数的第i
‑
1个迭代周期可重构智能表面接收定位目标的反射信号时的幅度向量；基于所述凹函数，求解得到所述求解最优参数的第一表达式，其中，第一表达式为：表达式，其中，第一表达式为：α为预设的步长。
[0008]基于上述任一实施例，在所述基于所述当前周期的实际反射信号，确定定位目标当前时刻的初始估计位置之前，所述方法还包括：将第二预设时间段内的至少一个周期的实际反射信号，代入对数似然函数的第三表达式，基于极大似然估计确定预设的极大对数似然函数；其中，所述第三表达式为：其中，y(t)表示实际反射信号，r(ω,t)表示对t时刻实际反射信号的估计信号，ω表示t时刻定位目标的估计位置参数，为预设高斯噪声分布的方差。
[0009]基于上述任一实施例，所述基于所述当前周期的最优参数，重新确定定位目标的估计位置，并基于重新确定的定位目标的估计位置，确定所述第一预设时间段内的至少一个周期中其他周期的最优参数，包括：基于所述当前周期的最优参数，调整可重构智能表面的相移和可重构全息超表面的幅度；基于调整后的可重构智能表面的相移和可重构全息超表面的幅度、接收机接收到的定位目标的当前周期的下一周期的实际反射信号，以及预设的极大对数似然函数，确定定位目标下一时刻的估计位置；基于所述定位目标下一时刻的估计位置，以及预先确定的求解最优参数的第一表达式，确定下一时刻的最优参数。
[0010]基于上述任一实施例，在基于所述当前周期的实际反射信号，确定定位目标当前时刻的初始估计位置之前，所述方法还包括：基于所述第一可重构全息超表面对应的第二发射信号的第四表达式、可重构全息超表面到可重构智能表面对应的第一信道的第五表达式，以及可重构智能表面到定位目标对应的第二信道的第六表达式，确定定位目标接收到
的第三发射信号的第七表达式；基于所述第七表达式、定位目标到所述可重构智能表面的第一反射信号的第八表达式，以及所述第二可重构全息超表面对应的第二反射信号的第九表达式，确定接收机接收到反射信号的估计信号的第十表达式。
[0011]本专利技术还提供一种基于可重构智能表面和可重构全息超表面的定位系统，所述系统包括：可重构智能表面、发射机、接收机、与所述发射机相连的第一可重构全息超表面、与所述接收机相连的第二可重构全息超表面、处理器；其中，所述第一可重构全息超表面用于基于所述发射机产生的第一发射信号，生成特定波形的第二发射信号；所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于可重构智能表面和可重构全息超表面的定位方法，其特征在于，所述方法包括：获取接收机接收到的定位目标的当前周期的实际反射信号；所述当前周期为第一预设时间段内的至少一个周期中的一个周期；基于所述当前周期的实际反射信号，确定定位目标当前时刻的初始估计位置；基于所述定位目标当前时刻的初始估计位置，以及预先确定的求解最优参数的第一表达式，确定当前周期的最优参数；所述第一表达式通过最大化反射信号与预设噪声的比值确定；所述当前周期的最优参数中包括可重构智能表面的相移和可重构全息超表面的幅度；基于所述当前周期的最优参数，重新确定定位目标的估计位置，并基于重新确定的定位目标的估计位置，确定所述第一预设时间段内的至少一个周期中其他周期的最优参数；基于当前周期的最优参数与所述其他周期的最优参数，确定信噪比最大的周期，并将信噪比最大的周期对应的定位目标的估计位置确定为定位目标的最终估计位置。2.如权利要求1所述的基于可重构智能表面和可重构全息超表面的定位方法，其特征在于，在所述基于所述定位目标当前时刻的初始估计位置，以及预先确定的求解最优参数的第一表达式，确定当前周期的最优参数之前，所述方法还包括：通过最大化反射信号与预设噪声的比值的第二表达式，根据发射信号的约束条件，确定求解最优参数的最优化问题；求解所述最优化问题，得到所述最优参数的第一表达式。3.如权利要求2所述的基于可重构智能表面和可重构全息超表面的定位方法，其特征在于，所述反射信号与预设噪声的比值的第二表达式为：其中，∫
T
|r(ω，t)|2dt为一个周期T内各时刻实际反射信号的估计信号r(ω，t)的能量，为一个周期T内预设噪声的能量，β为定位目标的反射系数，为常数；μ为与可重构智能表面的相移和可重构全息超表面的幅度相关的系数，E
x
为发射机对应的第一可重构全息超表面中馈源的第一发射信号x的能量；为预设高斯噪声分布的方差；所述发射信号的约束条件为∫
T
|s(t)|2dt＝E
M
，其中，s(t)为发射机对应的第一可重构全息超表面中超材料阵列单元的第二发射信号，E
M
为所述第二发射信号的能量；其中，s(t)＝Q
D
ψ
D
x，Q
D
为发射机对应的第一可重构全息超表面的相移向量，ψ
D
为发射机对应的第一可重构全息超表面的幅度向量。4.如权利要求3所述的基于可重构智能表面和可重构全息超表面的定位方法，其特征在于，所述求解所述最优化问题，得到所述最优参数的第一表达式，包括：基于泰勒展开将所述第二表达式在上一个迭代周期中的参数点附近近似为凹函数；其中，所述凹函数为中，所述凹函数为其中，ζ
m
为多个待优化参数中的第m个参数；所述待优化参数中包括可重构智能表面的相移和可重构全息超表面的幅度；为基于优化参数的第i
‑
1个迭代周期的参数ζ
i
‑1确定的信噪比的大小；表示优化参数的第i
‑
1个迭代周期的参数中的第m个参数，κ为一个预先设
定的非负常数；其中，ζ
i
‑1＝[ψ
D，i
‑1，ψ
U，i
‑1，θ
D，i
‑1，θ
U，i
‑1]；ψ
D，i
‑1表示优化参数的第i
‑
1个迭代周期发射机对应的第一可重构全息超表面的幅度向量，ψ
U，i
‑1表示优化参数的第i
‑
1个迭代周期接收机对应的可重构全息超表面的幅度向量，θ
D，i

【专利技术属性】
技术研发人员：邸博雅，张泓亮，曹梦媛，张浩波，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：