[发明专利]基于双曲调频的胶囊内视镜的通信感知一体化设计方法

权利要求书

1.一种基于双曲调频的胶囊内视镜的通信感知一体化设计方法，其特征在于，采用感知、通信一体化波形，发送信号在通信数据传输的同时携带胶囊的感知信息，接收机同时完成胶囊的位置、速度信息获取和通信数据的解调，感知结果对接收信号的到达时间进行纠正，所述通信感知一体化设计方法包括以下步骤：

S1、生成发端一体化波形：由两路同频段、相互类正交的上、下扫频HFM信号分别作为通信信号和感知信号，其中通信信号采用连续发送的方式，感知信号则采用稀疏发送的方式，二者相互叠加后形成通信感知一体化波形后发出，其中，双曲调频信号简称HFM信号；

S2、分离接收机感知信号：对接收信号与本地下扫频HFM信号构造的匹配滤波器进行脉冲压缩处理，获取脉冲压缩输出的相关峰值，获得对应时刻的感知信息，实现感知信号分离；

S3、获取目标速度信息：利用HFM信号特有的相关峰值时间偏移量Δt和多普勒因子η之间的确定性关系，通过获取接收信号与下扫频HFM本地信号进行匹配滤波的相关峰值时间偏移量，经公式计算得到多普勒估计值即得到胶囊在体内的速度信息，实现速度感知；

S4、补偿多普勒偏移和解调通信信号：基于步骤S3中获得的多普勒估计值对接收信号进行重采样，实现对接收信号的多普勒补偿，将补偿后的接收信号与切比雪夫II型加权的通信信号失配滤波器进行脉冲压缩处理，获取输出峰值实现通信信号解扩，再经门限判决实现通信数据解调；

S5、获取目标位置信息：基于步骤S3中得到的时间偏移量对接收信号的到达时间进行补偿，采用接收信号到达时间纠正的到达时差TDoA定位方法，测量发送信号从胶囊到其中两个体外接收机之间信号传输的准确时间差，从而得到胶囊到该两个接收机之间的准确固定距离差，再借助multi-lateration方法解出目标的空间坐标，即实现胶囊的位置感知。

2.根据权利要求1所述的基于双曲调频的胶囊内视镜的通信感知一体化设计方法，其特征在于，所述步骤S1生成发端一体化波形中，选择HFM信号作为感知和通信的载体，以同参数的上扫频HFM信号为通信信号波形、下扫频HFM信号为感知信号的波形，反之亦可，上扫频HFM信号的复指数形式为

其中，为上、下扫频HFM信号的调频率，定义T为时间宽度，f₀和f₁分别为起始和终止频率；

下扫频HFM信号复指数形式为

上、下扫频HFM信号相互类正交，互不干扰，相关系数推导如下

式中，C(·)与S(·)为Fresnel积分项。

3.根据权利要求1所述的基于双曲调频的胶囊内视镜的通信感知一体化设计方法，其特征在于，所述步骤S2分离接收机感知信号中，通过构造感知信号的匹配滤波器对感知信号进行脉冲压缩处理，并通过峰值检测的方式获取感知信息，实现感知信号的分离。

4.根据权利要求2所述的基于双曲调频的胶囊内视镜的通信感知一体化设计方法，其特征在于，所述步骤S3获取目标速度信息中，利用HFM信号的相关峰值时间偏移量Δt和多普勒因子η之间的确定性关系来估计胶囊的运动速度，关系式如下：

其中，多普勒因子v为胶囊的运动速度，c为超声波在人体组织中的传播速度；

由时间偏移量Δt即可得到目标的多普勒估计值：

即得到胶囊运动速度的估计值：

5.根据权利要求1所述的基于双曲调频的胶囊内视镜的通信感知一体化设计方法，其特征在于，所述步骤S4补偿多普勒偏移和解调通信数据中，基于步骤S3中得到的多普勒估计值对接收信号进行重采样，实现接收信号的多普勒补偿；构造以切比雪夫II型窗函数加权的通信信号失配滤波器，获得具有更低峰值副瓣比的通信信号的脉冲压缩输出，实现通信数据解调。