[发明专利]一种基于智能反射面的无源被动感知设备与方法

说明书

本发明公开了一种基于智能反射面的无源被动感知设备与方法，设备包括智能反射面与感知器。方法包括以下步骤：无线通信接入点发射的电磁波经自由空间传播后被目标反射，该反射信号经过智能反射面时发生二次反射，通过调整智能反射面的相关参数实现对二次反射过程的控制，感知器接收到二次反射信号，利用该信号实现对空间目标的感知；通过基于原子范数的干扰去除方法，可以实现对该干扰信号的抑制，并实现有效目标回波信号的提取；最后，基于Hankel矩阵构建接收信号矩阵，并基于MUSIC方法实现对空间目标的感知。本发明提升通信感知一体化系统的目标感知性能，同时降低系统整体成本。

技术领域

本发明属于涉及通信感知和无线定位技术领域，尤其涉及一种基于智能反射面的无源被动感知设备与方法。

背景技术

通信感知一体化系统联合通信雷达感知系统类似，成为今年的研究热点。通信感知一体化系统可以同时实现目标感知和无线通信的功能。在通信感知一体化系统中，可以主动发射信号探测目标，也可以通过传感器接收信号来实现被动探测。但是，在通信感知一体化系统中，传感器较难分辨接收信号中来自目标反射的信号，故研究去噪方法对于通信感知一体化系统十分重要。同时，高分辨的空间谱估计方法对于实现精确的感知也起着重要的作用。传统的快速傅里叶变换受瑞利限的限制，分辨率有限；以多重信号分类和旋转不变子空间方法为代表的超分辨空间谱估计方法对信噪比、快拍数有一定要求；以压缩感知为代表的稀疏重构方法通过在空域划分网格，实现对参数的超分辨估计，但是若目标不在网格上，则会产生离网格错误。因此，实现较少快拍的高分辨DOA估计具有重要的意义。

专利号为202111224815.4的专利，它通过可编程超表面产生多组随机双波束表面编码，每组双波束的指向角度均不相同，通过正交匹配追踪算法获得来波角度等信息。这种方法可探测的角度有限，只能探测有限的几个方向，且不具备通信能力。

专利号为202111416744.8的专利，它通过用户主动向基站发射的5G NR信号携带的导频估计出接收信号的信道状态信息矩阵，随后使用MUSIC方法估计信号的DOA。这种方法需要用户端的主动配合，同时MUSIC方法需要多次快拍积累才能获得较好的效果。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于智能反射面的无源被动感知设备与方法,以解决现有技术中未考虑干扰信号、需要多个快拍累积以估计目标、目标参数估计存在错误平台的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明的具体技术方案如下：

一种基于智能反射面的无源被动感知设备，包括智能反射面与感知器，其中智能反射面通过控制器控制其反射的电磁波信号的幅度和相位，感知器包括天线和数据处理装置，数据处理装置由射频模块和信号处理单元构成，其中，射频模块仅具备单个射频通道。

本发明还提出了一种基于智能反射面的无源被动感知设备的感知方法，包括以下步骤：

步骤1、创建接收信号模型；

步骤2、接收信号模型主要包括目标信号、干扰信号和环境噪声，通过基于原子范数和测量矩阵优化的干扰去除方法实现对接收信号中干扰信号和环境噪声的抑制，从而完成对目标信号的提取；

步骤3、基于Hankel矩阵的目标信号重构方法通过计算目标信号的Hankel矩阵，将目标信号的Hankel矩阵作为重构信号，使用MUSIC方法对重构后的信号进行分解得到信号子空间和噪声子空间，利用噪声子空间估计空间谱，从而实现对目标空间的感知。

进一步的，步骤1中接收信号模型包括来自目标并经过智能反射面反射的目标信号、来自无线通信接入点直接经智能反射面传播的干扰信号、以及环境噪声。