[發明專利]基于無蜂窩大規模多輸入多輸出系統的計算成像方法

在審

• 申請號: 202210502581.3
• 申請日: 2022-05-09
• 公開（公告）號: CN115048605A
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 李米麗;陳曉明;張朝陽
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06F17/10
• 分類號: G06F17/10;G06K9/62;H04B7/0413
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 傅朝棟;張法高

1.一種基于無蜂窩大規模多輸入多輸出系統的計算成像方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、將整個環境空間作為一個三維立體空間，進行離散化處理，得到N＝P*P*P個小立方體，每個小立方體代表一個像素點；感興趣的目標物存在于該環境空間內，該目標物共由K個像素點組成，且是稀疏的，稀疏率為λ＝K/N；用散射系數x_n表示第n個像素點的散射系數；整個環境空間的任一個像素點具有屬于非目標物或者屬于目標物兩種可能性；整個環境空間散射系數表示為x＝[x₁,x₂,...,x_N]^T，x中每個元素互不相關且服從伯努利-高斯分布，其概率函數表示為其中λ為稀疏率，δ(x)為在x＝0處的狄拉克函數，表示任一像素x服從均值為θ、方差為φ的高斯分布概率密度函數，q＝(λ,θ,φ)為先驗參數的集合；

S2、在無蜂窩大規模多輸入多輸出系統中部署1個中央處理單元，B個接入點且每個接入點配置有M根天線，以及D個單天線用戶設備；第d個用戶設備發送的感知信號為s_d，發射功率為其中||s_d||表示求s_d的模，表示求期望；

S3、第b個接入點基于接收到的信號y_b，利用單接入點計算成像方法，得到本地的初步估計圖像和方差矩陣Σ_b，b＝1,2,...,B，然后將B個接入點各自的估計信息發送到中央處理單元；

S4、中央處理單元基于B個接入點估計的信號和方差矩陣{Σ₁,Σ₂,…,Σ_B}，利用多元信號融合方法，得到目標物的成像信號

2.根據權利要求1所述的一種無蜂窩大規模多輸入多輸出系統的計算成像方法，其特征在于，步驟S3中所述的單接入點計算成像方法的具體實現步驟如下：

a)從第d個用戶設備到目標物的信道矩陣為第d個用戶設備信號從目標物反射到第b個接入點的信道矩陣為其中α_d和β_b,d均為基于路徑損失和陰影衰落的大尺度衰落系數，H_d和G_b,d均為小尺度衰落系數，且服從標準高斯分布；則第b個接入點接收到的信號模型表達為將該信號模型表達進一步簡化為標準線性模型y_b＝A_bx_b+w_b＝z_b+w_b，其中矩陣x_b是第b個接入點估計的目標物，w_b是加性高斯白噪聲，噪聲方差為ψ_b；

b)對于任一接入點b，將a)中接收信號y_b的矢量乘積轉換為所有標量元素的乘積，其中x_b＝[x_b,1,...,x_b,n,...,x_b,N]^T，z_b＝[z_b,1,...z_b,m,...,z_b,M]^T、y_b＝[y_b,1,...y_b,m,...,y_b,M]^T，則得環境散射系數的后驗概率為：

其中p(y_b|x_b)為y_b的似然函數，p(x_b|q)為x_b的先驗概率，p(y_b,m|z_b,m)為y_b,m的標量似然函數，p(x_b,n|q)為x_b,n的標量先驗概率；

c)分別對m＝1,2,...,M，求z_b,m關于(y_b；q)的邊緣后驗概率其中p(y_b,m|z_b,m)為y_b,m的標量似然函數，表示z_b,m服從均值為方差為的高斯分布概率密度函數；求得M個元素的p(z_b,m|y_b；q)后對其求期望即得到z_b；然后通過矩陣求逆運算A_b^-1*z_b＝r_b，得到被噪聲污染的目標物r_b，即r_b＝x_b+v_b，其中v_b是加性高斯白噪聲；最后對n＝1,2,...,N，分別求得x_b,n關于(y_b；q)的邊緣后驗概率其中p(x_b,n|q)為x_b,n的標量先驗概率，為x_b,n服從均值為方差為的高斯分布概率密度函數；

d)將先驗概率p_X(x_b,n|q)代入c)中x_b,n關于(y_b；q)的邊緣后驗概率公式，得到x_b,n的邊緣后驗概率為：

其中，δ(x_b,n)表示x_b,n＝0處的狄拉克函數，ζ_b,n為歸一化因子：

參數

e)通過線性最小均方誤差估計，求得d)中邊緣后驗概率的期望和方差μ_b,n：

由此得到第b個接入點估計的目標圖像信號以及對角方差矩陣Σ_b＝diag[μ_b,1,...,μ_b,n,...,μ_b,N]；

f)重復步驟c)～e)進行迭代計算直至收斂，輸出最終的和Σ_b。