[發明專利]一種對偶空間反投影射頻層析成像方法、定位方法及裝置

有效

• 申請號: 201710731787.2
• 申請日: 2017-08-23
• 公開（公告）號: CN107666705B
• 公開（公告）日: 2020-04-10
• 發明（設計）人: 王國利;王震;郭雪梅
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00;G01S5/02
• 代理公司: 廣東翰銳律師事務所 44442
• 代理人: 楊炳財

1.一種對偶空間反投影射頻層析成像方法，實現于無線傳感器網絡，所述無線傳感器網絡節點之間構成射頻鏈路，其特征在于所述方法包括以下步驟：

A1:建立定位系統；

A2:測量無目標時射頻鏈路的RSS與有目標時的RSS，兩者相減得到觀測值y；

A3:將原空間的衰落影像向量x通過x＝Φ^Tz映射到對偶空間，其對應表示為向量z；

A4:結合測量方程y＝Φx+n和上述的映射關系，得到對偶空間的測量方程y＝Ψz+n，其中Ψ＝ΦΦ^T；

A5:將由步驟A2得到的觀測值y結合A4得到的對偶空間測量方程y＝Ψz+n在對偶空間進行重構得到信號z；

A6:將重構結果z利用映射方程x＝Φ^Tz反投影到原信號空間，得到衰落影像向量x；

A7:將衰落影像向量x轉化為對應的二維圖像矩陣。

2.根據權利要求1所述的成像方法，其特征在于，所述步驟A3和A4具體為：

將原空間信號x映射到對偶空間下的表示z，即：

x=ΦTz=ΣjMzjφjT]]>

信號x是由M條鏈路的測量向量加權疊加而成。其中表示第j條鏈路的測量向量，其維數為N*1，與原空間信號x的維數一致，注意在射頻層析成像中滿足N>M；z_j(j＝1,2…M)表示第j條鏈路的測量向量對衰落影像向量x的加權權值；通過這種映射，將原空間維數為N*1的信號x轉化為對偶空間的表示z，其維數降為M*1。在對偶空間下，信號z的維數與觀測值y以及噪聲n的維數相同，即dim(z)＝dim(y)＝dim(n)＝M；

對偶空間下的測量方程，即觀測值y與信號z之間滿足：

y＝ΦΦ^Tz+n

＝Ψz+n

此處Ψ的維數為M*M，為對偶空間下的測量矩陣。

3.根據權利要求1所述的成像方法，其特征在于：所述步驟A5中，y結合對偶空間的測量方程y＝Ψz+n利用正則化、貪婪算法、凸優化方法或貝葉斯壓縮感知方法，在對偶空間重構得到z。

4.根據權利要求3所述的成像方法，其特征在于，所述步驟A5中的重構方法為吉洪諾夫正則化和兩層異構稀疏貝葉斯學習算法。

5.一種對偶空間反投影射頻層析定位方法，在權利要求1所述成像方法的基礎上，其特征在于，所述步驟A7后為步驟A8：在二維圖像中利用像素最大值法或者區域增長算法得到免持目標的估計位置。

6.根據權利要求5所述的定位方法，其特征在于，所述步驟A8后為步驟A9：基于目標的估計位置，利用卡爾曼濾波對免持目標進行跟蹤。

7.一種應用根據權利要求1所述成像方法的裝置，包括中央處理單元，適用于實現各指令；存儲設備，適于存儲多條指令，所述指令適用于由中央處理單元加載并執行：

A1:建立定位系統；

A2:測量無目標時射頻鏈路的RSS與有目標時的RSS，兩者相減得到觀測值y；

A3:將原空間的衰落影像向量x通過x＝Φ^Tz映射到對偶空間，其對應表示為向量z；

A4:結合測量方程y＝Φx+n和上述的映射關系，得到對偶空間的測量方程y＝Ψz+n，其中Ψ＝ΦΦ^T；

A5:將由步驟A2得到的觀測值y結合A4得到的對偶空間測量方程y＝Ψz+n在對偶空間進行重構得到信號z；

A6:將重構結果z利用映射方程x＝Φ^Tz反投影到原信號空間，得到衰落影像向量x；

A7:將衰落影像向量x轉化為對應的二維圖像矩陣。

8.一種應用根據權利要求6所述定位方法的裝置，包括中央處理單元，適用于實現各指令；存儲設備，適于存儲多條指令，所述指令適用于由中央處理單元加載并執行：

A1:建立定位系統；

A2:測量無目標時射頻鏈路的RSS與有目標時的RSS，兩者相減得到觀測值y；

A3:將原空間的衰落影像向量x通過x＝Φ^Tz映射到對偶空間，其對應表示為向量z；

A4:結合測量方程y＝Φx+n和上述的映射關系，得到對偶空間的測量方程y＝Ψz+n，其中Ψ＝ΦΦ^T；

A5:將由步驟A2得到的觀測值y結合A4得到的對偶空間測量方程y＝Ψz+n在對偶空間進行重構得到信號z；

A6:將重構結果z利用映射方程x＝Φ^Tz反投影到原信號空間，得到衰落影像向量x；

A7:將衰落影像向量x轉化為對應的二維圖像矩陣。

A8：在二維圖像中利用像素最大值法或者區域增長算法得到免持目標的估計位置；

A9：基于目標的估計位置，利用卡爾曼濾波對免持目標進行跟蹤。