东南大学刘升恒获国家专利权
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龙图腾网获悉东南大学申请的专利一种基于正交时频空调制的车载雷达超分辨时延多普勒估计方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN115825908B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-04-21发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202211443126.7,技术领域涉及:G01S7/41;该发明授权一种基于正交时频空调制的车载雷达超分辨时延多普勒估计方法是由刘升恒;黄永明;巩智含;王海明设计研发完成,并于2022-11-17向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种基于正交时频空调制的车载雷达超分辨时延多普勒估计方法在说明书摘要公布了:本发明提出了一种基于正交时频空调制的车载雷达超分辨时延多普勒估计方法。该方法相对于以往的算法,具有超分辨的特点,可以有效应对传统估计算法无法处理的离散域中存在的基不匹配问题,因此对于时延和多普勒的估计具有更高的精度。为了处理离散域的离网格问题,本方法在连续域并使用了二维原子范数建立估计问题,利用二维原子范数建立了求解连续频率的半正定规划问题,并进行了分析。在此基础上,提出了乘子交替方向法,采用迭代的方式对该优化问题进行快速求解。
本发明授权一种基于正交时频空调制的车载雷达超分辨时延多普勒估计方法在权利要求书中公布了:1.一种基于正交时频空调制的车载雷达超分辨时延多普勒估计方法,其特征在于,包括如下步骤: 步骤一,构建基于正交时频空调制通信信号的雷达系统; 设置在一个OTFS调制帧中,块的数量分别为,子载波的数量分别为,这个信息符号分布在时延多普勒平面上;个信息符号是从PSK或QAM调制符号表中随机选取的; 另外设置个信息符号持续时间为,循环前缀的长度为,那么一个信息符号的总长度为;为了保证子载波之间的正交性,子载波带宽设为;那么计算得出一个OTFS调制帧持续时间为,带宽为;设为时延多普勒平面上的信息符号,首先,应用逆辛有限傅里叶变换ISFFT将信息符号变换到时频TF平面,时频平面的信息符号表示为;从时延多普勒域到时频域的转换过程写为: 1; 接下来,考虑连续时间域的传输信号;对于第个符号块的传输,表示为个不同频率的子载波的叠加,因此表示为: 2; 其中表示第个符号块;按时间顺序组合块,形成OTFS传输帧,表示为: 3; 接下来,对目标的回波信号进行建模;设置在检测区域内存在个点目标,这些目标不能准确位于二维时延多普勒平面的格点上,它们在检测区域内连续随机分布;设置第个目标位于距离雷达处,移动速度为;因此,往返时延记为,多普勒频移为,其中为光速,为载波频率;综合路径损耗、反射系数和接收增益,记为; 设置一个块内的相位旋转是恒定的,因为;则接收到的信号是个路径的叠加,表示为: 4; 其中为加性噪声,服从均值为0的高斯分布,方差取决于噪声功率; 步骤二,根据步骤一所构建的雷达系统,推导基于原子范数的超分辨的时延多普勒二维估计方法; 步骤三,采用交替方向乘子法对步骤二中的估计算法进行优化; 步骤2的具体步骤为:接收到一个OTFS帧后,接收机对每个块进行傅里叶变换,得到时频域的信号,时频域信号写成: 5; 时延多普勒域接收信号通过公式1的逆过程计算;由于逆辛有限傅里叶变换SFFT是一个离散信号处理过程,中断了时延和多普勒的连续性,因此,在时频域对延迟和多普勒进行估计; 为了考虑连续域的时延和多普勒估计,需要引入原子范数的概念;为了得到一个包含时延和多普勒频移信息的二维原子进行估计,考虑在时频域内的输入输出关系;经过数学推导,得到这个输入输出关系: 6; 在上式中,归一化了,;为了表示简洁定义了;是时频域的加性噪声;是包含二维时延和多普勒信息的原子;归一化的时延和多普勒的取值是连续的;接下来,把写成矩阵的形式,并把包含延迟和多普勒的项分开;定义导向矢量和;对于不同的个目标,把个导向矢量组合成一个矩阵,定义为和;设为包含幅度信息的向量,经过以上定义,把时频域的输入输出关系写成矩阵的形式,形式如下: 7; 其中,,,分别代表时频域矩阵,它们的第个元素分别是,,,;其中代表哈达玛积;为了向量化,定义原子向量如下: 8; 其中代表克罗内克积;因此最终的估计模型写成如下的形式: 9; 其中,,;根据公式9,时延和多普勒的估计问题被转化为估计原子向量的问题;是个元素的线性组合,如公式8所示;因为,定义的二维原子范数如下: 10; 用原子范数代替范数;在定义了原子范数之后,时延和多普勒的估计问题就被转化成了下面的优化问题: 11; 其中的是权重系数;通过公式10来计算 上述问题是一个典型的SDP问题,用凸优化工具箱来求解;解出这个优化问题后,将作为二维MUSIC算法的输入,求得归一化的时延和多普勒频移,记为
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