本發(fā)明涉及一種基于OFDM的無線電近感探測方法及探測智能化方法，尤其涉及一種應(yīng)用于無線電近感探測器目標(biāo)距離估計(jì)的方法，屬于無線電近感探測領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)無線電近感探測器是利用電磁波環(huán)境信息感知目標(biāo)，在距目標(biāo)最佳作用點(diǎn)處輸出啟動(dòng)信號(hào)的一種裝置或系統(tǒng)，其基本作用是發(fā)射電磁波、接收目標(biāo)回波，并利用各種信號(hào)處理手段求解目標(biāo)距離信息。隨著科技進(jìn)步和時(shí)代發(fā)展，防務(wù)平臺(tái)面臨新的挑戰(zhàn)，特別是導(dǎo)引一體化與智能彈藥的發(fā)展趨勢要求未來無線電近感探測器不僅要具備基本的探測功能，還需要有一定的通信功能，而線性調(diào)頻連續(xù)波(Linear Frequency Modulated Continuous Wave，LFMCW)等傳統(tǒng)意義上的無線電近感探測體制難以滿足這一要求。

另一方面，在無線電近感探測器中加入單獨(dú)的通信子系統(tǒng)勢必會(huì)增大無線電近感探測器的體積、重量和功耗。相比之下，對(duì)通信相關(guān)技術(shù)加以研究作為無線電近感探測器目標(biāo)距離估計(jì)方法更具優(yōu)勢，這樣，無線電近感探測器不再需要單獨(dú)的通信子系統(tǒng)，完全由軟件決定執(zhí)行探測功能或通信功能。為實(shí)現(xiàn)探測和通信一體化，關(guān)鍵是無線電近感探測器的發(fā)射基帶信號(hào)波形設(shè)計(jì)和從目標(biāo)回波信號(hào)中提取距離信息的方法。OFDM具有頻譜利用率高，抗多徑效應(yīng)，系統(tǒng)參數(shù)選擇靈活，可采用離散傅里葉變換對(duì)實(shí)現(xiàn)快速調(diào)制與解調(diào)等特點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于數(shù)字音/視頻廣播、無線局域網(wǎng)以及第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)中。已有學(xué)者研究OFDM在雷達(dá)領(lǐng)域的應(yīng)用，但由于無線電近感探測器的作用距離較近，交會(huì)時(shí)間窗口短，與普通雷達(dá)工作所面對(duì)的遠(yuǎn)距離情況有所不同。無線電近感探測器對(duì)探測算法除了在距離分辨率、抗干擾等方面有嚴(yán)格要求外，必須要易于實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)有基于OFDM的雷達(dá)探測方法難以滿足這一要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中無線電近感探測方法存在的下述不足：(1)現(xiàn)有基于LFMCW的無線電近感探測方法不具備通信功能，不能滿足無線電近感探測器網(wǎng)絡(luò)化和智能化發(fā)展的通信要求；(2)無線電近感探測器的作用距離較近，交會(huì)時(shí)間窗口短，與普通雷達(dá)工作所面對(duì)的遠(yuǎn)距離情況有所不同，無線電近感探測器對(duì)探測算法除了在距離分辨率、抗干擾等方面有嚴(yán)格要求外，探測算法還必須要易于實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)有基于OFDM的雷達(dá)探測方法難以滿足上述要求。本發(fā)明公開的一種基于OFDM的無線電近感探測方法要解決的技術(shù)問題是實(shí)現(xiàn)無線電近感探測器的目標(biāo)距離估計(jì)，同時(shí)具有下述優(yōu)點(diǎn)：(1)無線電近感探測器不需要附加額外的硬件組成來實(shí)現(xiàn)通信功能，實(shí)現(xiàn)探測子系統(tǒng)和通信子系統(tǒng)一體化，同時(shí)有效減小無線電近感探測器的尺寸、重量和功耗；(2)距離估算過程與具體發(fā)射數(shù)據(jù)無關(guān)，發(fā)射數(shù)據(jù)具有隨機(jī)性因此不易被干擾機(jī)識(shí)別，提高無線電近感探測器的抗干擾性能。

本發(fā)明還公開一種基于OFDM的無線電近感探測智能化方法，在本發(fā)明公開的一種基于OFDM的無線電近感探測方法實(shí)現(xiàn)無線電近感探測器目標(biāo)距離估計(jì)的基礎(chǔ)上，還能夠提高無線電近感探測器的智能化水平，保持無線電近感探測器硬件平臺(tái)不變，在無線電近感探測器的信號(hào)處理算法模塊中增加工作模式選擇功能，通過軟件編程選擇探測模式或通信模式來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的探測功能或通信功能，無線電近感探測器不需要附加額外的硬件組成來實(shí)現(xiàn)通信功能，實(shí)現(xiàn)探測子系統(tǒng)和通信子系統(tǒng)一體化；無線電近感探測器重復(fù)選擇探測模式或通信模式，利用探測功能獲取目標(biāo)距離信息，利用通信功能將探測到的目標(biāo)距離信息以及自身狀態(tài)信息等數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，實(shí)現(xiàn)無線電近感探測器與探測網(wǎng)絡(luò)中其他探測節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)同工作，達(dá)到提高無線電近感探測器智能化水平的目的。

本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明公開的一種基于OFDM的無線電近感探測方法，根據(jù)無線電近感探測器所執(zhí)行探測任務(wù)對(duì)探測算法距離分辨率ΔR和最大不模糊距離R_MUTR的要求，預(yù)先設(shè)定OFDM系統(tǒng)參數(shù)和發(fā)射復(fù)調(diào)制符號(hào)D(k)，確定無線電近感探測器發(fā)射端OFDM基帶脈沖信號(hào)x(t)；無線電近感探測器接收經(jīng)目標(biāo)反射的回波信號(hào)，對(duì)接收端OFDM基帶脈沖信號(hào)y(t)進(jìn)行OFDM解調(diào)得到接收復(fù)調(diào)制符號(hào)D_r(k)；利用發(fā)射復(fù)調(diào)制符號(hào)D(k)和接收復(fù)調(diào)制符號(hào)D_r(k)計(jì)算信道傳遞函數(shù)I_div(k)；對(duì)信道傳遞函數(shù)I_div(k)進(jìn)行IDFT變換得到h(n)；由h(n)的模取最大值時(shí)所對(duì)應(yīng)的n值計(jì)算目標(biāo)距離，實(shí)現(xiàn)無線電近感探測器目標(biāo)距離估計(jì)的目的。

本發(fā)明公開的一種基于OFDM的無線電近感探測方法，包括以下步驟：

步驟(1)，根據(jù)無線電近感探測器所執(zhí)行探測任務(wù)對(duì)探測算法距離分辨率ΔR和最大不模糊距離R_MUTR的要求，按照公式(1)和公式(2)所示關(guān)系，預(yù)先設(shè)定OFDM系統(tǒng)參數(shù)和發(fā)射復(fù)調(diào)制符號(hào)D(k)，確定無線電近感探測器發(fā)射端OFDM基帶脈沖信號(hào)x(t)。

且R_MUTR>R_max (2)

其中：R_max為無線電近感探測器所執(zhí)行探測任務(wù)的最大探測距離，所述預(yù)先設(shè)定的OFDM系統(tǒng)參數(shù)包括：OFDM基帶信號(hào)子載波個(gè)數(shù)N、子載波頻率間隔Δf以及循環(huán)前綴長度T_g，其中子載波頻率間隔Δf必須滿足Δf＞＞f_d，f_d＝2v_relf_c/c為目標(biāo)相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的多普勒頻移，v_rel為目標(biāo)相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，f_c為載波頻率，循環(huán)前綴長度T_g必須滿足T_g＞＞2R_max/c。

所述無線電近感探測器發(fā)射端OFDM基帶脈沖信號(hào)x(t)的表達(dá)式如式(3)所示：

其中，f_k＝kΔf為第k個(gè)子載波頻率，T＝1/Δf為基本OFDM符號(hào)持續(xù)時(shí)間、不計(jì)入循環(huán)前綴長度T_g。

步驟(2)，根據(jù)步驟(1)中無線電近感探測器發(fā)射端OFDM基帶脈沖信號(hào)x(t)，得到經(jīng)目標(biāo)反射到達(dá)無線電近感探測器接收端的OFDM基帶脈沖信號(hào)y(t)，對(duì)接收端OFDM基帶脈沖信號(hào)y(t)進(jìn)行OFDM解調(diào)得到接收復(fù)調(diào)制符號(hào)D_r(k)。

所述接收端OFDM基帶脈沖信號(hào)y(t)和接收復(fù)調(diào)制符號(hào)D_r(k)的表達(dá)式如式(4)所示：

其中，R為目標(biāo)距離，當(dāng)載波頻率f_c遠(yuǎn)大于子載波頻率間隔Δf時(shí)，各個(gè)子載波的多普勒頻移近似相等，T_sym＝T+T_g為包含循環(huán)前綴長度的OFDM符號(hào)持續(xù)時(shí)間，接收復(fù)調(diào)制符號(hào)D_r(k)包含了目標(biāo)距離R和相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的全部失真信息。

步驟(3)，根據(jù)步驟(1)中發(fā)射復(fù)調(diào)制符號(hào)D(k)和步驟(2)中接收復(fù)調(diào)制符號(hào)D_r(k)，計(jì)算信道傳遞函數(shù)I_div(k)。

所述信道傳遞函數(shù)I_div(k)的計(jì)算公式如式(5)所示：

上述信道傳遞函數(shù)I_div(k)的計(jì)算公式中通過運(yùn)算消去了發(fā)射復(fù)調(diào)制符號(hào)D(k)，即距離估算過程與具體發(fā)射數(shù)據(jù)無關(guān)，由于發(fā)射數(shù)據(jù)具有隨機(jī)性因此不易被干擾機(jī)識(shí)別，從而提高無線電近感探測器抗干擾能力。

步驟(4)，根據(jù)步驟(3)中信道傳遞函數(shù)I_div(k)計(jì)算h(n)。

所述h(n)通過對(duì)信道傳遞函數(shù)I_div(k)進(jìn)行離散傅里葉逆變換(IDFT)得到，h(n)的計(jì)算公式為：

其中，l(n)＝n-2NΔfR/c。

步驟(5)，根據(jù)步驟(4)中h(n)計(jì)算目標(biāo)距離R，即實(shí)現(xiàn)無線電近感探測器的目標(biāo)距離估計(jì)。

所述目標(biāo)距離R的計(jì)算公式如式(7)所示：

其中，n為所述步驟(4)得到的h(n)的模取最大值時(shí)所對(duì)應(yīng)的n值。

本發(fā)明還公開一種基于OFDM的無線電近感探測智能化方法，在所述的一種基于OFDM的無線電近感探測方法實(shí)現(xiàn)無線電近感探測器目標(biāo)距離估計(jì)的基礎(chǔ)上，還能夠提高無線電近感探測器的智能化水平，保持無線電近感探測器硬件平臺(tái)不變，在無線電近感探測器的信號(hào)處理算法模塊中增加工作模式選擇功能，通過軟件編程選擇探測模式或通信模式來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的探測功能或通信功能，無線電近感探測器不需要附加額外的硬件組成來實(shí)現(xiàn)通信功能，實(shí)現(xiàn)探測子系統(tǒng)和通信子系統(tǒng)一體化；無線電近感探測器重復(fù)選擇探測模式或通信模式，利用探測功能獲取目標(biāo)距離信息，利用通信功能將探測到的目標(biāo)距離信息以及自身狀態(tài)信息等數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，實(shí)現(xiàn)無線電近感探測器與探測網(wǎng)絡(luò)中其他探測節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)同工作，達(dá)到提高無線電近感探測器智能化水平的目的。

本發(fā)明還公開的一種基于OFDM的無線電近感探測智能化方法，根據(jù)無線電近感探測器所執(zhí)行探測任務(wù)選擇探測模式或通信模式；當(dāng)選擇探測模式時(shí)，根據(jù)無線電近感探測器所執(zhí)行探測任務(wù)對(duì)探測算法距離分辨率ΔR和最大不模糊距離R_MUTR的要求，預(yù)先設(shè)定OFDM系統(tǒng)參數(shù)和發(fā)射復(fù)調(diào)制符號(hào)D(k)，確定無線電近感探測器發(fā)射端OFDM基帶脈沖信號(hào)x(t)；無線電近感探測器接收經(jīng)目標(biāo)反射的回波信號(hào)，對(duì)接收端OFDM基帶脈沖信號(hào)y(t)進(jìn)行OFDM解調(diào)得到接收復(fù)調(diào)制符號(hào)D_r(k)；利用發(fā)射復(fù)調(diào)制符號(hào)D(k)和接收復(fù)調(diào)制符號(hào)D_r(k)計(jì)算信道傳遞函數(shù)I_div(k)；對(duì)信道傳遞函數(shù)I_div(k)進(jìn)行IDFT變換得到h(n)；由h(n)的模取最大值時(shí)所對(duì)應(yīng)的n值計(jì)算目標(biāo)距離；當(dāng)選擇通信模式時(shí)，先進(jìn)行發(fā)送數(shù)據(jù)還是接收數(shù)據(jù)判斷；當(dāng)選擇發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，將探測到的目標(biāo)距離信息以及自身狀態(tài)信息等原始數(shù)據(jù)按無線電近感探測器與所處探測網(wǎng)絡(luò)約定好的通信協(xié)議進(jìn)行編碼得到發(fā)射復(fù)調(diào)制符號(hào)D(k)，根據(jù)無線電近感探測器與所處探測網(wǎng)絡(luò)之間約定好的通信協(xié)議，預(yù)先設(shè)定OFDM系統(tǒng)參數(shù)，確定無線電近感探測器發(fā)射端OFDM基帶脈沖信號(hào)x(t)；當(dāng)選擇接收數(shù)據(jù)時(shí)，按照無線電近感探測器與所處探測網(wǎng)絡(luò)之間約定好的通信協(xié)議，對(duì)接收端OFDM基帶脈沖信號(hào)y(t)進(jìn)行OFDM解調(diào)得到接收復(fù)調(diào)制符號(hào)D_r(k)，對(duì)接收復(fù)調(diào)制符號(hào)D_r(k)按照無線電近感探測器與所處探測網(wǎng)絡(luò)之間約定好的通信協(xié)議進(jìn)行解碼得到探測網(wǎng)絡(luò)其他節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)；根據(jù)所執(zhí)行探測任務(wù)需要重復(fù)探測模式或通信模式，直至完成所執(zhí)行探測任務(wù)。

本發(fā)明還公開的一種基于OFDM的無線電近感探測智能化方法，包括以下步驟：

步驟1，根據(jù)無線電近感探測器所執(zhí)行探測任務(wù)選擇探測模式或通信模式。

步驟2，根據(jù)步驟1所選擇的探測模式或通信模式實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的通信功能或探測功能。

步驟2.1，實(shí)現(xiàn)基于OFDM的無線電近感探測功能。

步驟(1)，根據(jù)無線電近感探測器所執(zhí)行探測任務(wù)對(duì)探測算法距離分辨率ΔR和最大不模糊距離R_MUTR的要求，按照公式(1)和公式(2)所示關(guān)系，預(yù)先設(shè)定OFDM系統(tǒng)參數(shù)和發(fā)射復(fù)調(diào)制符號(hào)D(k)，確定無線電近感探測器發(fā)射端OFDM基帶脈沖信號(hào)x(t)。

且R_MUTR>R_max (2)

其中R_max為無線電近感探測器所執(zhí)行探測任務(wù)的最大探測距離，所述預(yù)先設(shè)定的OFDM系統(tǒng)參數(shù)包括：OFDM基帶信號(hào)子載波個(gè)數(shù)N、子載波頻率間隔Δf以及循環(huán)前綴長度T_g，其中子載波頻率間隔Δf必須滿足Δf＞＞f_d，f_d＝2v_relf_c/c為目標(biāo)相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的多普勒頻移，v_rel為目標(biāo)相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，f_c為載波頻率，循環(huán)前綴長度T_g必須滿足T_g＞＞2R_max/c。

所述無線電近感探測器發(fā)射端OFDM基帶脈沖信號(hào)x(t)的表達(dá)式如式(3)所示：

其中，f_k＝kΔf為第k個(gè)子載波頻率，T＝1/Δf為基本OFDM符號(hào)持續(xù)時(shí)間、不計(jì)入循環(huán)前綴長度T_g。

步驟(2)，根據(jù)步驟(1)中無線電近感探測器發(fā)射端OFDM基帶脈沖信號(hào)x(t)，得到經(jīng)目標(biāo)反射到達(dá)無線電近感探測器接收端的OFDM基帶脈沖信號(hào)y(t)，對(duì)接收端OFDM基帶脈沖信號(hào)y(t)進(jìn)行OFDM解調(diào)得到接收復(fù)調(diào)制符號(hào)D_r(k)。

所述接收端OFDM基帶脈沖信號(hào)y(t)和接收復(fù)調(diào)制符號(hào)D_r(k)的表達(dá)式如式(4)所示：

其中，R為目標(biāo)距離，當(dāng)載波頻率f_c遠(yuǎn)大于子載波頻率間隔Δf時(shí)，各個(gè)子載波的多普勒頻移近似相等，T_sym＝T+T_g為包含循環(huán)前綴長度的OFDM符號(hào)持續(xù)時(shí)間，接收復(fù)調(diào)制符號(hào)D_r(k)包含了目標(biāo)距離R和相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的全部失真信息。

步驟(3)，根據(jù)步驟(1)中發(fā)射復(fù)調(diào)制符號(hào)D(k)和步驟(2)中接收復(fù)調(diào)制符號(hào)D_r(k)，計(jì)算信道傳遞函數(shù)I_div(k)。

所述信道傳遞函數(shù)I_div(k)的計(jì)算公式如式(5)所示：

上述信道傳遞函數(shù)I_div(k)的計(jì)算公式中通過運(yùn)算消去了發(fā)射復(fù)調(diào)制符號(hào)D(k)，即距離估算過程與具體發(fā)射數(shù)據(jù)無關(guān)，由于發(fā)射數(shù)據(jù)具有隨機(jī)性因此不易被干擾機(jī)識(shí)別，從而提高無線電近感探測器抗干擾能力。

步驟(4)，根據(jù)步驟(3)中信道傳遞函數(shù)I_div(k)計(jì)算h(n)。

所述h(n)通過對(duì)信道傳遞函數(shù)I_div(k)進(jìn)行離散傅里葉逆變換(IDFT)得到，h(n)的計(jì)算公式為：

其中，l(n)＝n-2NΔfR/c。

步驟(5)，根據(jù)步驟(4)中h(n)計(jì)算目標(biāo)距離R，即實(shí)現(xiàn)無線電近感探測器的目標(biāo)距離估計(jì)。

所述目標(biāo)距離R的計(jì)算公式如式(7)所示：

其中，n為所述步驟(4)得到的h(n)的模取最大值時(shí)所對(duì)應(yīng)的n值。

步驟2.2，實(shí)現(xiàn)基于OFDM的無線電近感探測器通信功能。

步驟(1)，根據(jù)無線電近感探測器所執(zhí)行探測任務(wù)以及無線電近感探測器與所處探測網(wǎng)絡(luò)約定好的通信協(xié)議選擇通信功能中的發(fā)送數(shù)據(jù)子功能或接收數(shù)據(jù)子功能。

所述無線電近感探測器與所處探測網(wǎng)絡(luò)約定好的通信協(xié)議包括現(xiàn)有技術(shù)中的無線通信協(xié)議，如802.11a，也包括其他用戶定制協(xié)議。

步驟(2)，根據(jù)步驟(1)的選擇結(jié)果實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的發(fā)送數(shù)據(jù)子功能或接收數(shù)據(jù)子功能。

步驟1)，實(shí)現(xiàn)基于OFDM的無線電近感探測器通信功能中的發(fā)送數(shù)據(jù)子功能。

步驟i，將無線電近感探測器探測到的目標(biāo)距離信息以及自身狀態(tài)信息等原始數(shù)據(jù)按無線電近感探測器與所處探測網(wǎng)絡(luò)約定好的通信協(xié)議進(jìn)行編碼得到發(fā)射復(fù)調(diào)制符號(hào)D(k)。

步驟ii，根據(jù)無線電近感探測器與所處探測網(wǎng)絡(luò)之間約定好的通信協(xié)議，預(yù)先設(shè)定OFDM系統(tǒng)參數(shù)，確定無線電近感探測器發(fā)射端OFDM基帶脈沖信號(hào)x(t)。

步驟2)，實(shí)現(xiàn)基于OFDM的無線電近感探測器通信功能中的接收數(shù)據(jù)子功能。

步驟i，按照無線電近感探測器與所處探測網(wǎng)絡(luò)之間約定好的通信協(xié)議，對(duì)接收端OFDM基帶脈沖信號(hào)y(t)進(jìn)行OFDM解調(diào)得到接收復(fù)調(diào)制符號(hào)D_r(k)。

步驟ii，對(duì)接收復(fù)調(diào)制符號(hào)D_r(k)按照無線電近感探測器與所處探測網(wǎng)絡(luò)之間約定好的通信協(xié)議進(jìn)行解碼得到探測網(wǎng)絡(luò)其他探測節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。

步驟3，根據(jù)無線電近感探測器所執(zhí)行探測任務(wù)需要，重復(fù)步驟1、步驟2，利用探測功能獲取目標(biāo)距離信息，利用通信功能將探測到的目標(biāo)距離信息以及自身狀態(tài)信息等數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，實(shí)現(xiàn)無線電近感探測器與探測網(wǎng)絡(luò)中其他探測節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)同工作，直至完成探測任務(wù)。

有益效果：

1、本發(fā)明公開的一種基于OFDM的無線電近感探測方法及探測智能化方法，針對(duì)LFMCW等傳統(tǒng)意義上的無線電近感探測體制不具備通信功能，為提高無線電近感探測器智能化水平，相比在無線電近感探測器中加入單獨(dú)的通信子系統(tǒng)，本發(fā)明將通信領(lǐng)域廣泛使用的OFDM技術(shù)應(yīng)用于無線電近感探測器目標(biāo)距離估計(jì)，實(shí)現(xiàn)探測子系統(tǒng)和通信子系統(tǒng)一體化，這樣，無線電近感探測器不再需要單獨(dú)的通信子系統(tǒng)，完全由軟件決定實(shí)現(xiàn)探測功能或通信功能。無線電近感探測器利用探測功能獲取目標(biāo)距離信息，利用通信功能將探測到的目標(biāo)距離信息以及自身狀態(tài)信息等數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，實(shí)現(xiàn)無線電近感探測器與探測網(wǎng)絡(luò)中其他探測節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)同工作，提高無線電近感探測器的智能化水平。同時(shí)，無線電近感探測器不需要附加額外的硬件組成來實(shí)現(xiàn)通信功能，能夠有效減小無線電近感探測器的尺寸、重量和功耗。

2、本發(fā)明公開的一種基于OFDM的無線電近感探測方法，所述步驟(3)中信道傳遞函數(shù)I_div(k)的計(jì)算公式通過運(yùn)算消去了發(fā)射復(fù)調(diào)制符號(hào)D(k)，即距離估算過程與具體發(fā)射數(shù)據(jù)無關(guān)，發(fā)射數(shù)據(jù)具有隨機(jī)性因此不易被干擾機(jī)識(shí)別，從而提高無線電近感探測器的抗干擾性能。

附圖說明

圖1為無線電近感探測器的系統(tǒng)框圖，其中本發(fā)明公開的一種基于OFDM的無線電近感探測方法及探測智能化方法通過對(duì)圖1中的信號(hào)處理算法模塊進(jìn)行軟件編程實(shí)現(xiàn)；

圖2為本發(fā)明公開的一種基于OFDM的無線電近感探測方法的流程圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1的仿真結(jié)果圖；

圖4為本發(fā)明還公開的一種基于OFDM的無線電近感探測智能化方法的一種典型應(yīng)用情景示意圖，圖中探測節(jié)點(diǎn)1至探測節(jié)點(diǎn)M組成一個(gè)探測網(wǎng)絡(luò)，探測網(wǎng)絡(luò)包含至少一個(gè)無線電近感探測器，其他探測節(jié)點(diǎn)可能為指揮控制平臺(tái)、通信中繼站等，探測網(wǎng)絡(luò)各探測節(jié)點(diǎn)間存在多條通信鏈路以協(xié)同工作；

圖5為本發(fā)明還公開的一種基于OFDM的無線電近感探測智能化方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明內(nèi)容做進(jìn)一步說明，下述實(shí)施例以本發(fā)明所述技術(shù)方案為前提實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方案和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述實(shí)施例。

實(shí)施例1

本實(shí)施例對(duì)本發(fā)明公開的一種基于OFDM的無線電近感探測方法的技術(shù)方案和具體實(shí)施方式作出說明。以實(shí)現(xiàn)距離分辨率6m、30m內(nèi)的探測任務(wù)為例，結(jié)合圖2所示流程圖，包括以下步驟：

步驟(1)，根據(jù)無線電近感探測器所執(zhí)行探測任務(wù)對(duì)探測算法距離分辨率ΔR和最大不模糊距離R_MUTR的要求，按照公式(1)和公式(2)所示關(guān)系，預(yù)先設(shè)定OFDM系統(tǒng)參數(shù)和發(fā)射復(fù)調(diào)制符號(hào)D(k)，確定無線電近感探測器發(fā)射端OFDM基帶脈沖信號(hào)x(t)。

且R_MUTR>R_max (2)

其中R_max＝30m為無線電近感探測器所執(zhí)行探測任務(wù)的最大探測距離，所述預(yù)先設(shè)定OFDM系統(tǒng)參數(shù)的計(jì)算結(jié)果為：OFDM基帶信號(hào)子載波個(gè)數(shù)N＝64、子載波頻率間隔Δf＝390.625KHz以及循環(huán)前綴長度T_g＝0.64μs，其中子載波頻率間隔Δf＝390.625KHz滿足Δf＞＞f_d，f_d＝2v_relf_c/c≈1.83KHz為目標(biāo)相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的多普勒頻移，v_rel＝50m/s為目標(biāo)相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，f_c＝5.5GHz為載波頻率，循環(huán)前綴長度T_g＝0.64μs滿足T_g＞＞2R_max/c，2R_max/c＝0.2μs。

所述無線電近感探測器發(fā)射端OFDM基帶脈沖信號(hào)x(t)由圖1中OFDM調(diào)制模塊實(shí)現(xiàn)，發(fā)射端OFDM基帶脈沖信號(hào)x(t)的表達(dá)式如式(3)所示：

其中，f_k＝kΔf＝390.625kKHz為第k個(gè)子載波頻率，T＝1/Δf＝2.56μs為基本OFDM符號(hào)持續(xù)時(shí)間、不計(jì)入循環(huán)前綴長度T_g。

所述步驟(1)中發(fā)射端OFDM基帶脈沖信號(hào)x(t)由圖1中的正交上變頻模塊合成載波、載波頻率f_c＝5.5GHz，通過發(fā)射天線向空間輻射。

步驟(2)，所述步驟(1)中無線電近感探測器的發(fā)射信號(hào)被目標(biāo)反射，部分能量被無線電近感探測器的接收天線接收，經(jīng)過圖1中正交下變頻模塊后，得到接收端OFDM基帶脈沖信號(hào)y(t)，對(duì)接收端OFDM基帶脈沖信號(hào)y(t)進(jìn)行OFDM解調(diào)得到接收復(fù)調(diào)制符號(hào)D_r(k)。

所述接收端OFDM基帶脈沖信號(hào)y(t)和接收復(fù)調(diào)制符號(hào)D_r(k)的表達(dá)式如式(4)所示：

其中，R為目標(biāo)距離，載波頻率f_c＝5.5GHz和子載波頻率間隔Δf＝390.625KHz滿足f_c＞＞Δf，各個(gè)子載波的多普勒頻移近似相等，T_sym＝T+T_g＝3.2μs為包含循環(huán)前綴長度的OFDM符號(hào)持續(xù)時(shí)間，接收復(fù)調(diào)制符號(hào)D_r(k)包含了目標(biāo)距離R和相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的全部失真信息。

步驟(3)，根據(jù)步驟(1)中發(fā)射復(fù)調(diào)制符號(hào)D(k)和步驟(2)中接收復(fù)調(diào)制符號(hào)D_r(k)，計(jì)算信道傳遞函數(shù)I_div(k)。

所述信道傳遞函數(shù)I_div(k)的計(jì)算公式如式(5)所示：

上述信道傳遞函數(shù)I_div(k)的計(jì)算公式中通過運(yùn)算消去了發(fā)射數(shù)據(jù)D(k)，即距離估算過程與具體發(fā)射數(shù)據(jù)無關(guān)，由于發(fā)射數(shù)據(jù)具有隨機(jī)性因此不易被干擾機(jī)識(shí)別，提高無線電近感探測器抗干擾能力。

步驟(4)，根據(jù)步驟(3)中信道傳遞函數(shù)I_div(k)計(jì)算h(n)。

所述h(n)通過對(duì)信道傳遞函數(shù)I_div(k)進(jìn)行離散傅里葉逆變換(IDFT)得到，h(n)的計(jì)算公式為：

其中，l(n)＝n-2NΔfR/c。

步驟(5)，根據(jù)步驟(4)中h(n)計(jì)算目標(biāo)距離R，即實(shí)現(xiàn)無線電近感探測器的目標(biāo)距離估計(jì)。

所述目標(biāo)距離R的計(jì)算公式如式(7)所示：

其中，n為所述步驟(4)得到的h(n)的模取最大值時(shí)所對(duì)應(yīng)的n值。

本實(shí)施例對(duì)應(yīng)的仿真結(jié)果如圖3所示，仿真時(shí)選取了7個(gè)具有典型代表性的目標(biāo)距離R，下面對(duì)圖3所示仿真結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)分析：

(1)R＝6m、12m、18m和300m這4個(gè)目標(biāo)距離值小于最大不模糊距離R_MUTR＝384m且是距離分辨率ΔR＝6m的整數(shù)倍，從圖3所示仿真結(jié)果可以看出，本發(fā)明公開的探測算法能夠按照既定距離分辨率準(zhǔn)確區(qū)分出這4個(gè)目標(biāo)距離值；

(2)R＝960m這一目標(biāo)距離值雖然是距離分辨率ΔR＝6m的整數(shù)倍，但它大于最大不模糊距離R_MUTR＝384m，因此在圖3所示仿真結(jié)果中未被準(zhǔn)確地分辨出來，而是被“折回”檢測為6×(960÷6-64×2)＝192m，該結(jié)果符合最大不模糊距離R_MUTR的物理意義；

(3)R＝60.6m和R＝123m這兩個(gè)目標(biāo)距離值雖然小于最大不模糊距離R_MUTR＝384m，但它們不是距離分辨率ΔR＝6m的整數(shù)倍，因此在圖3所示仿真結(jié)果中同樣未被準(zhǔn)確地分辨出來，二者分別被檢測為6×10＝60m和6×20＝120m，該結(jié)果符合距離分辨率ΔR的物理意義。

實(shí)施例2

本實(shí)施例對(duì)本發(fā)明還公開的一種基于OFDM的無線電近感探測智能化方法的技術(shù)方案和具體實(shí)施方式作出說明，結(jié)合圖4所示應(yīng)用情景示意圖和圖5所示流程圖，仍以實(shí)現(xiàn)距離分辨率6m、30m內(nèi)的探測任務(wù)為例，包括以下步驟：

步驟1，根據(jù)無線電近感探測器所執(zhí)行探測任務(wù)選擇探測模式或通信模式。

步驟2，根據(jù)步驟1所選擇的探測模式或通信模式實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的通信功能或探測功能。

步驟2.1，實(shí)現(xiàn)基于OFDM的無線電近感探測功能。

該步驟內(nèi)容與實(shí)施例1相同，參見實(shí)施例1。

步驟2.2，實(shí)現(xiàn)基于OFDM的無線電近感探測器通信功能。

步驟(1)，根據(jù)無線電近感探測器所執(zhí)行探測任務(wù)以及無線電近感探測器與所處探測網(wǎng)絡(luò)約定好的通信協(xié)議選擇通信功能中的發(fā)送數(shù)據(jù)子功能或接收數(shù)據(jù)子功能。

所述無線電近感探測器與所處探測網(wǎng)絡(luò)約定好的通信協(xié)議包括現(xiàn)有技術(shù)中的無線通信協(xié)議，如802.11a，也包括其他用戶定制協(xié)議。

步驟(2)，根據(jù)步驟(1)的選擇結(jié)果實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的發(fā)送數(shù)據(jù)子功能或接收數(shù)據(jù)子功能。

步驟1)，實(shí)現(xiàn)基于OFDM的無線電近感探測器通信功能中的發(fā)送數(shù)據(jù)子功能。

步驟i，將無線電近感探測器探測到的目標(biāo)距離信息以及自身狀態(tài)信息等原始數(shù)據(jù)按無線電近感探測器與所處探測網(wǎng)絡(luò)約定好的通信協(xié)議進(jìn)行編碼得到發(fā)射復(fù)調(diào)制符號(hào)D(k)。

步驟ii，根據(jù)無線電近感探測器與所處探測網(wǎng)絡(luò)之間約定好的通信協(xié)議，預(yù)先設(shè)定OFDM系統(tǒng)參數(shù)，確定無線電近感探測器發(fā)射端OFDM基帶脈沖信號(hào)x(t)。

步驟2)，實(shí)現(xiàn)基于OFDM的無線電近感探測器通信功能中的接收數(shù)據(jù)子功能。

步驟i，按照無線電近感探測器與所處探測網(wǎng)絡(luò)之間約定好的通信協(xié)議，對(duì)接收端OFDM基帶脈沖信號(hào)y(t)進(jìn)行OFDM解調(diào)得到接收復(fù)調(diào)制符號(hào)D_r(k)。

步驟ii，對(duì)接收復(fù)調(diào)制符號(hào)D_r(k)按照無線電近感探測器與所處探測網(wǎng)絡(luò)之間約定好的通信協(xié)議進(jìn)行解碼得到探測網(wǎng)絡(luò)其他探測節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。

步驟3，根據(jù)無線電近感探測器所執(zhí)行探測任務(wù)需要，重復(fù)步驟1、步驟2，利用探測功能獲取目標(biāo)距離信息，利用通信功能將探測到的目標(biāo)距離信息以及自身狀態(tài)信息等數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，實(shí)現(xiàn)無線電近感探測器與探測網(wǎng)絡(luò)中其他探測節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)同工作，直至完成探測任務(wù)。

以上結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明公開的一種基于OFDM的無線電近感探測方法及探測智能化方法的技術(shù)方案和具體實(shí)施方式作了說明，但這些說明不能被理解為限制了本發(fā)明的范圍，這些僅是舉例說明，可以對(duì)這些實(shí)施方式做出多種變更或修改，而不背離本發(fā)明的原理和實(shí)質(zhì)。本發(fā)明的保護(hù)范圍由隨附的權(quán)利要求書限定，任何在本發(fā)明權(quán)利要求基礎(chǔ)上的改動(dòng)都是本發(fā)明的保護(hù)范圍。