【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于通信感知，具体涉及一种基于otfs通信技术的鲁棒实时环境感知方法及装置。
技术介绍
1、在5g-advanced和6g中，新的应用和服务，如智能城市、物联网(iov)和搜救服务，通信和感知能力始终是必需的。传统上，通信和感知是两个并行的研究方向。通信和感知的分离设计导致系统资源被低效利用，这对未来的应用不可持续，因为频谱资源变得越来越拥挤。为了提高频谱效率并降低硬件成本，人们提出了集成感知和通信(isac)技术，该技术旨在依赖相同的硬件架构、频谱资源和信号处理框架集成这两种功能。
2、在isac中，选择何种通信波形成为一个自然的问题。正交频分复用(ofdm)技术由于其在isac中的各种通信优势而引起了人们的关注，包括对多径衰落的稳健性、不复杂的时域同步和低复杂度的数据检测。然而，ofdm对于时变信道的敏感性仍然存在，使其在高机动性场景，包括低地轨卫星和无人机(uav)中不适用。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于otfs通信技术的鲁棒实时环境感知方法及装置，通过正交时频空(otfs)在延迟-多普勒(dd)域调制数据符号，获得的时延和多普勒信息，从而实现关于目标的运动状态信息。
2、为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一方面，本专利技术提供一种基于otfs通信技术的鲁棒实时环境感知方法，在一个通信场景中包含一个单一的otfs发射机和l个接收机，感知目标以恒定速度运动，所述otfs发射机发送信号，
4、所述接收机采用基于2d相关的参数估计器进行信道估计，在dd域中定位感兴趣的目标，获取目标的延迟和多普勒索引，转换为距离和相对速度信息；
5、通过转换测量模型和状态转移模型，构建一个wls问题；
6、通过联合估计的sdr方法将所述wls问题松弛为一个凸问题，在感知时刻tk利用状态信息、信道估计的距离以及距离速率测量，联合估计物体的状态和发射机位置。
7、进一步，单一的otfs发射机和l个接收机，工作在载波频率fc，感知目标以恒定速度运动，感知时刻tk的位置被建模为
8、
9、感知目标的位置和速度被堆叠在状态向量中；所述otfs发射机和接收机的位置分别用to∈r2和表示，其中i＝1,…,l。
10、进一步，在所述otfs发射机中，信号发送流程如下：
11、步骤a1：数据符号被映射到dd域，形成dd域符号；
12、步骤a2：所述dd域符号通过逆辛普利特有限傅立叶变换转换为时频域符号；
13、步骤a3：otfs发射机中的tf域调制器通过海森堡变换将将所述时频域符号映射到时间域发送信号。
14、进一步，对于nm个数据符号xdd[z,l]的发送，其中0≤z≤n―1和0≤l≤m―1分别表示多普勒和延迟，所述时间域发送信号表示为：
15、
16、其中xtf[n,m]表示时频域符号，n和m分别表示时间和子载波的索引，glx(t)是所述otfs发射机中的脉冲整形滤波器。
17、进一步，感知时刻tk的无线信道在dd域中的信道冲激响应表示为：
18、
19、其中pi＝1表示直射路径，pi＝2表示非直射路径，和分别表示相关的反射系数、延迟和多普勒频移；
20、对于第pi个路径，其距离和相对速度与往返延迟和多普勒频率直接相关：
21、
22、其中c是光速，δf是子载波间隔，和是第pi个路径的延迟和多普勒索引；
23、非直射路径为：
24、
25、表示第i个非直射路径的真实长度；
26、直射路径i的长度为：
27、
28、第i个路径的理想速度通过对距离进行时间导数得到：
29、
30、用于存储噪声的向量为：
31、er(k)＝[er,1(k),er,2(k),…,er,l(k)]t,
32、
33、ed(k)＝[ed,1(k),ed,2(k),…,ed,l(k)]t,
34、er,i(k),ed,i(k)和表示噪声。
35、进一步，在所述接收机处，信号接收流程如下：
36、步骤b1：发送信号被移动物体散射或反射，产生回波信号，被接收端接收；
37、步骤b2：接收到的信号通过wigner变换转换为时频域接收信号；
38、步骤b3：所述时频域接收信号通过sfft转换到dd域；
39、进一步，所述步骤b1中接收信号r(t)表示为：
40、r(t)＝∫∫h(τ,v)ej2πv(t―τ)s(t―τ)dτdν+w(t)
41、其中w(t)表示加性白噪声过程，其单边功率谱密度为n0，而h(τ,ν)是复基带信道冲激响应；
42、所述步骤b2中，接收到的时域信号r(t)通过wigner变换转换为时频域接收信号，表示为：
43、
44、其中grx(t)是接收机的脉冲整形滤波器；
45、所述步骤b3中，时频域接收信号ytf[n,m]通过sfft转换到dd域，表示为：
46、
47、dd域中的输入-输出关系写为：
48、
49、其中是dd域中的有效噪声，hω[z,l]是dd域中的有效信道。
50、进一步，构建wls问题的步骤如下：
51、对于非直射路径模型，令ξo＝||po(k)―to||，将ξo移到左侧，两边平方并忽略二阶噪声项er,i(k)2，得到：
52、
53、直射模型为：
54、
55、通过对上式进行时间导数运算，得到非直射路径速度方程：
56、
57、其中考虑目标运动模型，将估计的目标状态xp(k―1)用于预测当前状态xp(k)，描述为：
58、
59、其中f是状态转移矩阵，eh(k)是过程噪声，矩阵f表示为：
60、
61、定义以下未知向量：
62、
63、利用yo将方程以矩阵形式表达：
64、
65、
66、
67、gh―ahyo＝eh,
68、其中
69、
70、
71、
72、gh＝fxp(k―1),
73、和
74、
75、ah＝blkdiag(i4,o9),
76、其中
77、
78、和
79、
80、将上面式子结合得到
81、
82、其中
83、
84、未知本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于OTFS通信技术的鲁棒实时环境感知方法，其特征在于：在一个通信场景中包含一个单一的OTFS发射机和L个接收机，感知目标以恒定速度运动，所述OTFS发射机发送信号，被所述感知目标反射产生回波信号，所述接收机接收所述回波信号；
2.根据权利要求1所述的基于OTFS通信技术的鲁棒实时环境感知方法，其特征在于：单一的OTFS发射机和L个接收机，工作在载波频率fc，感知目标以恒定速度运动，感知时刻tk的位置被建模为
3.根据权利要求2所述的基于OTFS通信技术的鲁棒实时环境感知方法，其特征在于：在所述OTFS发射机中，信号发送流程如下：
4.根据权利要求3所述的基于OTFS通信技术的鲁棒实时环境感知方法，其特征在于：对于NM个数据符号XDD[z，l]的发送，其中0≤z≤N-1和0≤l≤M-1分别表示多普勒和延迟，所述时间域发送信号表示为：
5.根据权利要求4所述的基于OTFS通信技术的鲁棒实时环境感知方法，其特征在于：感知时刻tk的无线信道在DD域中的信道冲激响应表示为：
6.根据权利要求5所述的基于OTFS通信技术的
7.根据权利要求6所述的基于OTFS通信技术的鲁棒实时环境感知方法，其特征在于：所述步骤B1中接收信号r(t)表示为：
8.根据权利要求1所述的基于OTFS通信技术的鲁棒实时环境感知方法，其特征在于：构建WLS问题的步骤如下：
9.根据权利要求8所述的基于OTFS通信技术的鲁棒实时环境感知方法，其特征在于：通过联合估计的SDR方法将所述WLS问题松弛为一个凸问题，并引入辅助变量Y＝yyT，将目标函数重写为：
10.一种基于OTFS通信技术的鲁棒实时环境感知装置，其特征在于，包括存储器和处理器；
...【技术特征摘要】
1.一种基于otfs通信技术的鲁棒实时环境感知方法，其特征在于：在一个通信场景中包含一个单一的otfs发射机和l个接收机，感知目标以恒定速度运动，所述otfs发射机发送信号，被所述感知目标反射产生回波信号，所述接收机接收所述回波信号；
2.根据权利要求1所述的基于otfs通信技术的鲁棒实时环境感知方法，其特征在于：单一的otfs发射机和l个接收机，工作在载波频率fc，感知目标以恒定速度运动，感知时刻tk的位置被建模为
3.根据权利要求2所述的基于otfs通信技术的鲁棒实时环境感知方法，其特征在于：在所述otfs发射机中，信号发送流程如下：
4.根据权利要求3所述的基于otfs通信技术的鲁棒实时环境感知方法，其特征在于：对于nm个数据符号xdd[z，l]的发送，其中0≤z≤n-1和0≤l≤m-1分别表示多普勒和延迟，所述时间域发送信号表示为：
5.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：袁伟杰，李布衣，刘凡，武楠，闫金金，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：
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