[发明专利]基于快速行进方法的空间特性估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种基于快速行进方法（FastMarching Method，简称FMM）的空间特性估计方法。

背景技术

随着无线技术、移动通信器件的快速发展，人们对复杂环境中的环境信息的了解有了越来越多的需求，不只是满足于单纯的如指纹技术式的“黑匣子”环境处理方式，而是需要对环境传播信道模型进行具体的估计，环境内定位信息要求具有更加的准确性，对信道冲击响应CIR的提取具有更加的精确性等。由于复杂环境中的建筑物、玻璃墙等结构会产生严重的时延衰落，从而导致多径效应，影响信号的精确收集与分析以及其他工作的展开，所以亟需对于环境内具体物体的分布进行探测，通过对环境特性进行具体估计获得环境参数，从而能够进行后期的定位、提取等应用工作。

现有的快速行进方法FMM一般应用于路径规划、图像分割、计算机视觉等领域，该方法可以对已知图像进行路径和线路提取或纠正，以达到计算出最短行进渡越时间TOF，获取最快速行进路径和线路的目的。FMM是Eikonal方程的一种数值计算方法，具体描述的是闭合曲线在法向速度F（x）下的演化。FMM求解Eikonal方程是水平集（Level Set）的快速解法，实现了闭合曲线的演化，其核心思想为在行进边界外围构造一个激活窄带，窄带内的点到达时间未定，当前行进边界利用逆向格式将当前边界向外行进，就像水波扩散一样，凡是扩散到的点，冻结其波前到达时间，再根据当前的波前构造新的激活带，如此循环，就可得到图像上每点的到达时间。具体FMM行进过程如图1所示：

如图(a)中所示，源点S和目的点D，视源点S为行进带。首先，将与源点S毗邻的四个点作为激活窄带。然后，如图(b)所示，计算窄带中每一个点的TOF，选择在窄带内具有最小TOF增量的点加入行进带，并将该点从窄带中移除。按照该过程循环下去，直到将接目的点D加入行进带为止，结束遍历进程。最后，如图(c)所示，根据计算出的TOF和行进带范围，从目的点D逆向搜索到源点S，获得在FMM思想下计算的最快速行进路径和计算路径上各点的TOF及相关数据。

然而，单纯的路径提取无法对环境内的具体的物体分布进行探测，无法对真实环境信道的进行提取，无法对环境信道模型的空间特性进行估计，进而也不能为后续具体规划与定位工作提供具体的信息。所以，有必要将FMM应用于探测环境内的具体的物体分布，充分利用其探测所得信息来估计空间特性，以便建立真实的环境信道模型，获取环境内容。

发明内容

为了对现有复杂环境进行探测，建立环境模型，进行空间特性的估计，本发明提出了一种将快速行进方法应用于复杂环境下的建模方法。该方法利用了FMM思想，改进了现有FMM单纯对路径的估计，将其应用到环境信道模型的估计上，以有效获知具体的环境参数。

本发明一种基于快速行进方法的空间特性估计方法，包括:

102、信号发射源发射信号，信号接收节点接收信号，信号接收节点对接收信号进行分析，提取信号发射源与信号接收节点之间的真实渡越时间TOF_col；

103、利用快速行进方法在坐标系内寻找发射源与接收节点之间的最快速行进路径，计算两者之间的模拟渡越时间TOF_sim，同时通过代数重建方法的迭代，将模拟渡越时间TOF_sim向真实渡越时间TOF_col逼近，获得最快速行进路径各坐标点的空间特性,即介电常数ε与磁导率μ的乘积值。

优选地，在步骤102之前，还包括步骤101：

在一个圆形或矩形空间上，均匀设置多个信号接收节点，信号发射源设置于圆形或矩形空间的中央，圆形或矩形空间内设置在多个障碍物，以空间的几何图形中心为坐标原点建立二维坐标系。

优选地，所述103具体包括：

103-1、假设行进中坐标系内每个坐标点上的速度值v(x，y)=1，其代表电磁场的二维均匀传播速度；

103-2、选取发射点为行进路径原点，接收节点为行进路径终点，从原点出发，根据坐标系上每个点假设的速度值分布，选取行进路径上相邻格子中具有最小TOF的格子作为行进路径，依次选择，直至走至终点，即可获得一条行进路径，并获得路径上各点的速度值；；

103-3、通过Eikonal方程利用获得的速度值计算模拟渡越时间TOF_sim；