一种基于多上行信道反射NLOS的墙体平面参数估计方法

本发明属于通感一体化，具体涉及一种基于多上行信道反射nlos的墙体平面参数估计方法。

背景技术：

1、随着第六代移动通信技术的发展，通信网络已逐渐由单一信息传输载体向通信与感知融合的基础设施演进。在城市环境中，建筑的外表面墙体对无线通信信号的传播存在较大影响，对网络节点规划、波束管理、目标定位跟踪以及数字孪生环境构建等应用具有重要支撑作用。通常建筑墙体分布于空间中的几何平面上，该平面描述了墙体的位置和朝向信息，其平面参数对进一步的轮廓重构和无线电传播分析具有重要意义。

2、目前，关于城市环境的无线电探测技术通常基于合成孔径雷达（sar）技术，但受限于扫描轨迹及探测成本，难以实现灵活、实时的部署，不易及时的反映环境的动态变化，限制了其在城市局部末端环境下的探测能力。

3、相比之下，移动通信网络中的基站和用户设备在城市环境中具有广泛部署的特点。用户设备在不同位置与基站进行上行通信时，电磁波在环境中的建筑墙体表面产生的反射nlos路径中包含了完整的建筑墙体平面参数信息。此外广泛分布的用户设备为实现环境探测提供了丰富的多点位多次测量。

4、因此，如何充分挖掘移动通信网络中泛在部署的丰富用户设备资源，利用不同位置用户设备上行信道反射nlos信息实现对环境中建筑墙体的平面参数估计是当前亟需解决的技术问题。本发明通过利用多个不同位置用户设备上行信道反射nlos信息实现环境中建筑墙体的平面参数估计。

技术实现思路

1、用户设备至基站的上行信道nlos中包含有丰富的环境信息，其中反射nlos路径具有信噪比高且包含墙体平面参数信息的特点。针对如何有效利用多用户设备上行信道反射nlos信息实现环境中墙体平面参数估计的问题，本发明提出了一种基于多上行信道反射nlos信息的环境墙体平面参数估计方法。该方法利用各用户设备上行信道反射nlos路径的zoa、aoa和tof信息实现对基站附近环境中建筑物外墙体的平面估计，适用于城市蜂窝网络覆盖的环境。

2、本发明采用的技术方案为：

3、一种基于多上行信道反射nlos的墙体平面参数估计方法，所述方法包括：

4、s1、获取基站和各用户设备在全局坐标系下的坐标，分别表示为和，其中；获取各用户设备上行信道中关于目标墙体的反射nlos路径的zat信息参数，包括俯仰到达角、水平到达角及飞行时间，表示为：

5、；

6、s2、根据zat信息参数确定各用户设备关于目标墙体的虚拟用户设备在全局坐标系下的坐标；具体为，计算第号用户设备的到达向量：

7、，

8、基于光速计算对应的虚拟用户设备坐标：

9、；

10、s3、确定各用户设备关于目标墙体的中点坐标并获得观测模型的中点矩阵，具体为计算第号用户设备与对应虚拟用户设备的中点坐标：

11、；

12、构造中点矩阵：

13、；

14、s4、观测模型的法向矩阵，具体为，计算第号用户设备对应的墙体法向向量估计：

15、，

16、构造对应的法向叉乘矩阵：

17、，

18、其中，、、分别为的三个分量；

19、构造法向矩阵：

20、；

21、s5、由观测模型的中点矩阵和法向矩阵确定观测模型的测量矩阵：

22、；

23、将测量矩阵的前三列记为，第四列记为；

24、s6、对墙体平面参数法向向量估计，具体为，由测量矩阵确定墙体的3阶方向矩阵：

25、，

26、由方向矩阵的最小特征值对应的单位特征向量获得墙体的法向量估计值：

27、；

28、s7、墙体平面参数截距估计，具体为，由测量矩阵和法向量估计值计算墙体的截距估计值：

29、；

30、最终得到墙体平面参数估计结果：

31、。

32、具体的，s1中，利用基站天线阵列接收上行参考信号；通过超分辨角度估计算法和时延估计算法，提取反射nlos路径的俯仰到达角、水平到达角及飞行时间。

33、具体的，所述法向量估计值进一步转化为墙体俯仰角和旋转角：

34、。

35、具体的，所述方法适用于城市蜂窝网络环境，所述目标墙体为建筑物外表面墙体，且所述用户设备处于基站的单小区或多小区覆盖范围内。

36、一种基于反射nlos信息的环境墙体平面参数估计装置，用于执行本发明的方法，其特征在于，包括：

37、数据获取模块，配置为获取基站坐标、各用户设备坐标及各用户设备上行信道中目标墙体反射nlos路径的zat参数；

38、虚拟用户设备计算模块，配置为根据所述zat参数计算各用户设备对应的虚拟用户设备坐标；

39、几何建模模块，配置为计算各用户设备与对应虚拟用户设备的中点坐标，并构造中点矩阵和法向矩阵；

40、参数估计模块，配置为基于所述中点矩阵和法向矩阵构造测量矩阵，并通过最小特征值分解及最小二乘计算，获得墙体法向向量估计值和截距估计值，输出墙体平面参数。

41、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现本发明的方法。

42、本发明的有益效果是：通过引入各用户设备上行信道反射nlos获取对目标墙体的多次测量数据以实现对目标墙体平面参数估计鲁棒性的提升。。

1.一种基于多上行信道反射nlos的墙体平面参数估计方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的基于多上行信道反射nlos的墙体平面参数估计方法，其特征在于，s1中，利用基站天线阵列接收上行参考信号；通过超分辨角度估计算法和时延估计算法，提取反射nlos路径的俯仰到达角、水平到达角及飞行时间。

3.根据权利要求1所述的基于多上行信道反射nlos的墙体平面参数估计方法，其特征在于，所述法向量估计值进一步转化为墙体俯仰角和旋转角：

4.根据权利要求1所述的基于多上行信道反射nlos的墙体平面参数估计方法，其特征在于，所述方法适用于城市蜂窝网络环境，所述目标墙体为建筑物外表面墙体，且所述用户设备处于基站的单小区或多小区覆盖范围内。

5.一种基于多上行信道反射nlos的墙体平面参数估计装置，用于执行权利要求1-4任意一项所述的方法，其特征在于，包括：

6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现权利要求1至4任一项所述的方法。