[發明專利]一種介質中近場超寬帶測距方法

有效

• 申請號: 201810003261.7
• 申請日: 2018-01-03
• 公開（公告）號: CN108387888B
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發明（設計）人: 張曉彤;劉知洋;王鵬;徐麗媛;萬亞東
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: G01S11/02
• 分類號: G01S11/02
• 代理公司: 11237 北京市廣友專利事務所有限責任公司
• 代理人: 張仲波

1.一種介質中近場超寬帶測距方法，其特征在于，包括：

在接收端，接收發送端發射的通過介質傳輸的超寬帶信號，其中，發送端位于所述介質的一端，接收端位于所述介質的另一端，接收到的信號包括：發送端發射的所述超寬帶信號中的電場成分和磁場成分；

獲取所述接收到的信號在各個頻率點所對應的到達方向和相位差，其中，相位差為電場成分和磁場成分之間的相位差；

根據所述接收到的信號在各個頻率點所對應的到達方向以及電場成分和磁場成分之間的相位差與通信距離的關系，確定發送端與接收端之間的距離；

其中，所述根據所述接收到的信號在各個頻率點所對應的到達方向以及電場成分和磁場成分之間的相位差與通信距離的關系，確定發送端與接收端之間的距離包括：

根據多個頻率點對應的到達方向以及對應的電場成分和磁場成分之間的相位差得到超定方程組，利用參數估計確定發送端與接收端之間的距離；其中，所述超定方程組表示為：

Wh＝Y

式中，W、h、Y都是簡寫形式；c表示真空中光速，表示頻率f_i分量對應的電場成分和磁場成分之間的相位差，^T表示轉置；h＝[h₁,h₂,...,h_n]^T，h_i為第i層介質厚度，n表示介質層數；W為k×n矩陣，k表示頻率點的數目，元素θ_j(f_i)為頻率f_i分量在第j層介質中傳播方向與法向之間的夾角，ε_j(f_i)為第j層介質中頻率f_i分量所對應的介電常數，θ_j(f_i)由頻率f_i分量對應的到達方向與法向之間的夾角和ε_j(f_i)共同確定。

2.根據權利要求1所述的介質中近場超寬帶測距方法，其特征在于，所述超寬帶信號包括：多頻正弦疊加信號或寬帶脈沖信號。

3.根據權利要求2所述的介質中近場超寬帶測距方法，其特征在于，所述方法還包括：

利用DDS技術產生所述多頻正弦疊加信號；

利用階躍恢復二極管電路產生所述寬帶脈沖信號。

4.根據權利要求1所述的介質中近場超寬帶測距方法，其特征在于，所述獲取所述接收到的信號在各個頻率點所對應的到達方向和相位差包括：

對所述接收到的信號中的電場成分和磁場成分分別進行采樣轉換，得到所述電場成分對應的數字電場信號和所述磁場成分對應的數字磁場信號；

對所述數字電場信號和所述數字磁場信號進行頻域分析，得到所述接收到的信號在各個頻率點所對應的到達方向以及電場成分和磁場成分之間的相位差。

5.根據權利要求4所述的介質中近場超寬帶測距方法，其特征在于，所述對所述數字電場信號和所述數字磁場信號進行頻域分析，得到所述接收到的信號在各個頻率點所對應的到達方向以及電場成分和磁場成分之間的相位差包括：

對所述數字電場信號和所述數字磁場信號分別進行頻域變換，得到所述數字電場信號對應的頻域特性和所述數字磁場信號對應的頻域特性；

根據所述數字電場信號對應的頻域特性得到所述數字電場信號對應的相頻特性，根據所述數字磁場信號對應的頻域特性得到所述數字磁場信號對應的相頻特性；

根據所述數字電場信號對應的頻域特性得到所述數字電場信號對應的幅頻特性，根據所述數字磁場信號對應的頻域特性得到所述數字磁場信號對應的幅頻特性；

對所述數字電場信號對應的相頻特性和所述數字磁場信號對應的相頻特性進行差值運算，得到所述接收到的信號中的電場成分和磁場成分在各頻率點的相位差；

根據所述數字電場信號對應的幅頻特性和所述數字磁場信號對應的幅頻特性進行方向識別，得到所述接收到的信號在各頻率點所對應的到達方向。

6.根據權利要求5所述的介質中近場超寬帶測距方法，其特征在于，所述頻域變換包括：傅氏變換或小波變換。