[发明专利]毫米涡旋波束的分数阶卡尔曼滤波定位方法、装置及系统

权利要求书

1.一种毫米涡旋波束的分数阶卡尔曼滤波定位方法，其特征在于，应用于毫米涡旋波束定位系统，所述毫米涡旋波束定位系统包括毫米涡旋波束发射子系统和毫米涡旋波束接收子系统，所述方法包括：

所述毫米涡旋波束发射子系统发射预先调制的毫米涡旋波束；

所述毫米涡旋波束接收子系统接收所述毫米涡旋波束，以及根据光强频域增强法匹配对准测距，确定与所述毫米涡旋波束发射子系统之间的距离；

根据所述毫米涡旋波束接收子系统与多台所述毫米涡旋波束发射子系统之间的距离，根据空间交会原理，确定所述毫米涡旋波束接收子系统的初始位置；

根据分数阶卡尔曼滤波算法确定所述毫米涡旋波束接收子系统的实时位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据光强频域增强法匹配对准测距，确定所述毫米涡旋波束接收子系统与毫米涡旋波束发射子系统之间的距离，包括：

根据接收到的所述毫米涡旋波束处理得到光强图像；

根据图像配准算法对所述光强图像进行频域增强法预处理，以及使用傅里叶变换将预处理后的所述光强图像从图像空间转换到频域空间；

在频域空间对所述光强图像进行增强，以及利用傅里叶反变换将增强后的所述光强图像从频域空间转换到图像空间，得到图像空间的增强光强图像；

根据所述图像空间的增强光强图像确定所述毫米涡旋波束接收子系统与多台所述毫米涡旋波束发射子系统之间的距离。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述图像空间的增强光强图像确定所述毫米涡旋波束接收子系统与多台所述毫米涡旋波束发射子系统的距离，包括：

显示相位全息图，以及根据所述相位全息图确定多台所述毫米涡旋波束发射子系统发射毫米涡旋波束的传输距离。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述毫米涡旋波束发射子系统发射预先调制的毫米涡旋波束包括：

通过调制器将已映射为轨道角动量、幅度或相位的变化的信号调制到毫米波上，使用发射天线阵将毫米波辐射形成毫米涡旋波束。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述毫米涡旋波束定位系统包括毫米涡旋波束接收子系统及多台毫米涡旋波束发射子系统；所述方法还包括：

选定毫米涡旋波束发射子系统中的一台为毫米涡旋波束发射主子系统，以便于确定时间同步参考基准；所述毫米涡旋波束发射子系统接收所述毫米涡旋波束发射主子系统发射的毫米涡旋波束，以及光强频域增强法匹配对准测距确定与所述毫米涡旋波束发射主子系统之间的距离；

根据空间交会原理，确定各台其他毫米涡旋波束发射子系统的位置，用于对其他毫米涡旋波束发射子系统位置校准；

校准所述毫米涡旋波束发射子系统位置后，进行所述毫米涡旋波束接收子系统初始位置确定；

根据分数阶卡尔曼滤波算法确定所述毫米涡旋波束接收子系统的实时位置。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，利用束腰半径反推出毫米涡旋波束的传输距离，所述束腰半径w与传输距离z的关系如下：

其中，为瑞利距离，λ为波长，w₀为发射光束的束腰半径。

7.一种毫米涡旋波束的分数阶卡尔曼滤波定位装置，其特征在于，应用于毫米涡旋波束定位系统，所述毫米涡旋波束定位系统包括毫米涡旋波束发射子系统和毫米涡旋波束接收子系统，所述装置包括：

发射模块，用于发射预先调制的毫米涡旋波束；

距离确定模块，用于接收子系统接收所述毫米涡旋波束，以及根据光强频域增强法匹配对准测距，确定与所述毫米涡旋波束发射子系统之间的距离；

定位模块，用于根据所述毫米涡旋波束接收子系统与多台所述毫米涡旋波束发射子系统之间的距离，根据空间交会原理，确定所述毫米涡旋波束接收子系统的初始位置；

跟踪模块，用于根据分数阶卡尔曼滤波算法确定所述毫米涡旋波束接收子系统的实时位置。