【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无线通信与成像领域，尤其涉及一种基于多视角图像相关性的ris辅助单载频3d成像方法。
技术介绍
1、未来的无线通信系统被期望具有无处不在的通信和感知能力，其中环境感知在通信过程中无意识地进行。实时微波成像能够支持监视、增强现实和环境重构等功能，被视为环境感知的重要组成部分。相比于可见光成像，微波成像仅获取目标的粗粒度散射特征，能够比较好地保护个人隐私，并且不受可见光强度的影响。
2、近年来，智能超材料的发展已经为微波成像提供了大量的新方式，其中电磁传播环境由超材料智能调控以捕获目标的散射特征。可重构智能超表面(reconfigurableintelligent surface，ris)由亚波长尺寸的可调单元阵列组成，已经被视为未来移动通信系统的重要组成部分。ris可用于辅助通信、定位、成像等功能。
3、ris的快速相位重新配置为实时成像提供了基础。然而，传统的ris辅助成像技术仅使用单载频进行二维(two-dimensional，2d)成像，无法实现对三维(three-dimensional，3d)空间的全面感知。同时，由于通信系统带宽非常有限，导致传统成像系统的距离向分辨率较低。此外，传统的多视角联合成像技术尚未被引入到ris辅助的成像系统中。如何充分利用多视角图像之间的相关性，使用单载频信号实现多视角联合的高精度3d成像是目前亟需解决的问题。
技术实现思路
1、技术问题：针对现有ris辅助成像系统中仅实现2d成像，距离向分辨率受限，且未考虑
2、技术方案：本专利技术提出一种基于多视角图像相关性的ris辅助单载频3d成像方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
3、步骤一，用户设备ue在感兴趣区域roi周围沿着连续轨迹移动，在每个位置处，用户设备ue发送已知的导频信号，该信号先后经过感兴趣区域roi和可重构智能超表面ris的散射到达接入点ap处，可重构智能超表面ris在每个信号时隙内同步生成随机的相位配置，接入点ap通过信道估计提取出每个用户设备ue位置处和每个时隙内经感兴趣区域roi和可重构智能超表面ris两次散射路径的信道状态信息；
4、步骤二，将感兴趣区域roi离散化为若干个立方体，将提取出的信道状态信息量测向量与感兴趣区域roi内立方体的散射系数图像建立线性映射关系；
5、步骤三，根据遮挡效应和各向异性散射特性，将散射系数图像的支集随用户设备ue观测位置的变化构建为二进制马尔科夫链，将散射系数图像的幅值随用户设备ue观测位置的变化构建为高斯马尔可夫过程，建立感兴趣区域roi在不同用户设备ue位置观测下的多视角图像相关性特征；
6、步骤四，根据多视角图像相关性特征，从经感兴趣区域roi和可重构智能超表面ris两次散射路径的信道状态信息量测向量中恢复感兴趣区域roi内立方体在不同ue位置观测下的散射系数，实现对感兴趣区域roi的多视角联合成像。
7、进一步的，所述步骤一中，用户设备ue的移动路径为一条连续轨迹，用户设备ue位置每变化距离d0视为用户设备ue移动一步，共有t0个连续的用户设备ue位置；所述用户设备ue在每个位置处连续发送导频信号，在每个信号时隙内，可重构智能超表面ris同步随机生成一组相位配置，用以改变经感兴趣区域roi和可重构智能超表面ris两次散射路径的信道状态；所述接入点ap根据接收信号和已知的导频信号，通过牛顿正交匹配追踪nomp信道估计算法提取出经感兴趣区域roi和可重构智能超表面ris两次散射路径的信道状态信息。
8、进一步的，所述步骤一中，用户设备ue和接入点ap使用单天线；所述可重构智能超表面ris使用upa阵列，共包含m个电磁单元，单元尺寸为ξs×ξs，其中，ξs为可重构智能超表面ris单元的边长；所述ris单元的散射相位在区间[0,2π]内随机选择；所述感兴趣区域roi位置固定不动，被均匀划分为n＝nx×ny×nz个立方体，其中，nx、ny和nz分别是沿x、y、z轴的立方体个数，立方体尺寸为ξvx×ξvy×ξvz，其中，ξvx、ξvy和ξvz分别是立方体沿x、y、z轴的尺寸；在第t个用户设备ue位置处，可重构智能超表面ris使用第k个相位配置时，所述信道估计提取出的经感兴趣区域roi和可重构智能超表面ris两次散射路径的信道状态信息通过如下公式确定：
9、
10、其中，为从第t个用户设备ue位置到感兴趣区域roi所有立方体的自由空间信道，其中，为第t个ue位置到第n个立方体的自由空间信道，n＝1,2,...,n；为用户设备ue在第t个位置处观测到的roi散射系数图像，其中，xt,n为ue在第t个位置处观测到的第n个立方体的散射系数；diag(xt)为以xt为对角元生成的对角阵；为感兴趣区域roi的所有立方体到可重构智能超表面ris的所有单元的自由空间信道，其中，hv,s,n,m为感兴趣区域roi内第n个立方体到可重构智能超表面ris的第m个单元的自由空间信道；为可重构智能超表面ris的第k个相位配置向量，其中，ωk,m为第k个可重构智能超表面ris相位配置中第m个ris单元的相位；为可重构智能超表面ris的所有单元到接入点ap的自由空间信道，其中，hs,a,m为第m个可重构智能超表面ris单元到接入点ap的自由空间信道，n＝1,2,...,n，m＝1,2,...,m；zt,k为接收端的加性高斯白噪声。
11、进一步的，所述步骤二中，将感兴趣区域roi离散化为若干个立方体，在第t个用户设备ue位置处，可重构智能超表面ris使用第k个相位配置时，将提取出的经roi和ris两次散射路径的信道状态信息量测yt,k与感兴趣区域roi内立方体的散射系数图像xt建立线性映射关系，通过如下公式确定：
12、
13、其中，其是在第t个用户设备ue位置处，可重构智能超表面ris使用第k个相位配置时对应的感知向量，每个用户设备ue位置有k个不同的可重构智能超表面ris相位配置，每个ris相位配置可生成一个信道状态信息量测yt,k，将第t个用户设备ue位置处获取的所有信道状态信息量测联立，可得经roi和ris两次散射路径的信道状态信息量测向量信道状态信息量测向量yt与感兴趣区域roi内立方体的散射系数图像xt的线性映射关系具体通过如下公式确定：
14、yt＝atxt+zt t＝1,2,...,t0
15、其中，为第t个用户设备ue位置处的感知矩阵，为ue位于第t个位置处时接收端的加性高斯白噪声向量。
16、进一步的，所述步骤三中，第t个用户设备ue位置处观测到的roi内第n个立方体的散射系数通过如下公式确定：
17、xt,n＝st,nat,n
18、其中，st,n∈{0,1}为第t个用户设备ue位置处观测到的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于多视角图像相关性的RIS辅助单载频3D成像方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于多视角图像相关性的RIS辅助单载频3D成像方法，其特征在于，所述步骤一中，用户设备UE的移动路径为一条连续轨迹，用户设备UE位置每变化距离d0视为用户设备UE移动一步，共有T0个连续的用户设备UE位置；所述用户设备UE在每个位置处连续发送导频信号，在每个信号时隙内，可重构智能超表面RIS同步随机生成一组相位配置，用以改变经感兴趣区域ROI和可重构智能超表面RIS两次散射路径的信道状态；所述接入点AP根据接收信号和已知的导频信号，通过牛顿正交匹配追踪NOMP信道估计算法提取出经感兴趣区域ROI和可重构智能超表面RIS两次散射路径的信道状态信息。
3.根据权利要求1所述的一种基于多视角图像相关性的RIS辅助单载频3D成像方法，其特征在于，所述步骤一中，用户设备UE和接入点AP使用单天线；所述可重构智能超表面RIS使用UPA阵列，共包含M个电磁单元，单元尺寸为ξs×ξs，其中，ξs为可重构智能超表面RIS单元的边长；所述RIS单元的散射相
4.根据权利要求3所述的一种基于多视角图像相关性的RIS辅助单载频3D成像方法，其特征在于，所述步骤二中，将感兴趣区域ROI离散化为若干个立方体，在第t个用户设备UE位置处，可重构智能超表面RIS使用第k个相位配置时，将提取出的经ROI和RIS两次散射路径的信道状态信息量测yt,k与感兴趣区域ROI内立方体的散射系数图像xt建立线性映射关系，通过如下公式确定：
5.根据权利要求1所述的一种基于多视角图像相关性的RIS辅助单载频3D成像方法，其特征在于，所述步骤三中，第t个用户设备UE位置处观测到的ROI内第n个立方体的散射系数通过如下公式确定：
6.根据权利要求5所述的一种基于多视角图像相关性的RIS辅助单载频3D成像方法，其特征在于，所述步骤四中，基于贝叶斯公式，使用最小均方误差MMSE估计器从经感兴趣区域ROI和可重构智能超表面RIS两次散射路径的信道状态信息量测向量中恢复感兴趣区域ROI的散射系数图像，通过如下公式确定：
7.根据权利要求6所述的一种基于多视角图像相关性的RIS辅助单载频3D成像方法，其特征在于，所述步骤四中，使用期望最大化-turbo-广义近似消息传递EM-turbo-GAMP算法完成对联合概率密度函数的求解：在根据多视角图像相关性特征初始化后，根据和所有UE位置处信道状态信息量测向量yt与ROI内立方体的散射系数图像xt的映射关系，使用广义近似消息传递GAMP算法获得和的中间解；根据GAMP算法输出结果，使用前向后向Forward-Backward算法，基于多视角图像支集相关性特征更新基于多视角图像幅值相关性特征更新使用期望最大化EM算法估计相关性特征参数重复上述步骤直至达到最大循环次数，根据最后一次循环的计算结果获得联合概率密度函数的求解结果，获得多视角图像xt的MMSE估计结果，完成对ROI的多视角联合成像，t＝1,2,...,T0。
...【技术特征摘要】
1.一种基于多视角图像相关性的ris辅助单载频3d成像方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于多视角图像相关性的ris辅助单载频3d成像方法，其特征在于，所述步骤一中，用户设备ue的移动路径为一条连续轨迹，用户设备ue位置每变化距离d0视为用户设备ue移动一步，共有t0个连续的用户设备ue位置；所述用户设备ue在每个位置处连续发送导频信号，在每个信号时隙内，可重构智能超表面ris同步随机生成一组相位配置，用以改变经感兴趣区域roi和可重构智能超表面ris两次散射路径的信道状态；所述接入点ap根据接收信号和已知的导频信号，通过牛顿正交匹配追踪nomp信道估计算法提取出经感兴趣区域roi和可重构智能超表面ris两次散射路径的信道状态信息。
3.根据权利要求1所述的一种基于多视角图像相关性的ris辅助单载频3d成像方法，其特征在于，所述步骤一中，用户设备ue和接入点ap使用单天线；所述可重构智能超表面ris使用upa阵列，共包含m个电磁单元，单元尺寸为ξs×ξs，其中，ξs为可重构智能超表面ris单元的边长；所述ris单元的散射相位在区间[0,2π]内随机选择；所述感兴趣区域roi位置固定不动，被均匀划分为n＝nx×ny×nz个立方体，其中，nx、ny和nz分别是沿x、y、z轴的立方体个数，立方体尺寸为ξvx×ξvy×ξvz，其中，ξvx、ξvy和ξvz分别是立方体沿x、y、z轴的尺寸；在第t个用户设备ue位置处，可重构智能超表面ris使用第k个相位配置时，所述信道估计提取出的经感兴趣区域roi和可重构智能超表面ris两次散射路径的信道状态信息通过如下公式确定：
4.根据权利要求3所述的一种基于多视角图像相关性的ris辅助单载频3d成像方法，其特征在于...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。