一种物联网LoRa信号的波束成形多目标感知方法及系统与流程

技术特征：
1.一种物联网lora信号的波束成形多目标感知方法，其特征在于，包括：步骤s1：基于lora信号的波束成形信号构建具有m根天线阵列的lora网关，可得到复平面波束成形信号；步骤s2：根据所述复平面波束成形信号，进行角度
‑
频率谱信号处理，得到角度
‑
频率谱图；步骤s3：根据所述角度
‑
频率谱图，通过频率和角度扫描以检测目标。2.根据权利要求1所述的物联网lora信号的波束成形多目标感知方法，其特征在于，所述步骤s1：基于lora信号的波束成形信号构建具有m根天线阵列的lora网关，可得到复平面波束成形信号，具体包括：步骤s11：检测目标到m根天线的路径长度分别表示为d1(t)，d2(t)，...，d
m
(t)，其中，t为时间，函数d
i
(t)表示所述路径长度随时间变化的函数；m根天线对应的动态向量和静态向量分别表示为h
d1
，h
d2
，...，h
dm
，以及h
s1
，h
s2
，...，h
sm
；m根接收天线的信号，表示为下述公式(1)：式(1)：式(1)：其中，k为扫频率，为载波频率误差，为采样频率误差，a
i
为第i根天线上的动态向量强度，λ为lora信号波长，j表示复数符号；步骤s12：动态信号到达第i根天线和第一根天线之间的相位差以及和其余天线之间的相位差，由下述公式(2)～(3)计算得出：相位差，由下述公式(2)～(3)计算得出：其中，θ为信号的到达角；ω(θ)为导向向量；为第i根天线和第一根天线之间的相位差；步骤s13：通过计算所有m根天线上接收信号的加权和，构造波束成形方向θ的接收信号，表示为下述公式(4)：号，表示为下述公式(4)：其中，静态向量组合表示为可将公式(4)简化为下述公式(5)：由于d
i
(t)
‑
(i
‑
1)d
·
sin(θ)＝d1(t)，即第2根天线至第m根天线与第一根天线对准；令
即所有天线上动态成分的能量和，则公式(5)可简化为下述公式(6)：步骤s14：由于载波频率误差(cfo)和采样频率误差(sfo)会引起的随机相位旋转，因此需要消除公式(6)中将每根天线接收到的信号与权重向量相乘，得到下述公式(7)：令是1
×
m的权重向量，其中有2m个待确定参数，需要找到1
×
m维的权重向量w，使得令w*为求解结果，从公式(7)得到波束置零信号，如公式(8)所示；将此参考信号表示为其中，为了消除不需要的成分，将y(θ，t)除以ref(t)，最终得到复平面波束成形信号，如公式(9)所示：其中，是估计的静态向量；波束增强后的动态向量。3.根据权利要求1所述的物联网lora信号的波束成形多目标感知方法，其特征在于，所述步骤s2：根据所述复平面波束成形信号，进行角度
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频率谱信号处理，具体包括：步骤s21：对所述复平面波束成形信号的每个角度采用快速傅立叶变换(fft)算法，得到带有正负频率的结果；步骤s22：对所述正负频率的结果求和，以得到检测目标实际相应的能量，以此得到角度
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频率谱图；根据所述角度
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频率谱图获取所述检测目标所在的大致区域。4.根据权利要求1所述的物联网lora信号的波束成形多目标感知方法，其特征在于，所述步骤s3：根据所述角度
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频率谱图，通过频率和角度扫描以检测目标，具体包括：步骤s31：通过频率扫描将所述角度
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频率谱图中具有强周期性和大波动的信号选为候选频率；步骤s32：通过角度扫描将所述候选频率中能量高于动态阈值的角度作为最终检测目标，其中，所述动态阈值是根据最大和最小能量动态计算得到。5.一种物联网lora信号的波束成形多目标感知系统，其特征在于，包括下述模块：构建波束成形信号模块，用于基于lora信号的波束成形信号构建具有m根天线阵列的lora网关，可得到复平面波束成形信号；构建角度
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频率谱图模块，用于根据所述复平面波束成形信号，进行角度
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频率谱信号
处理，得到角度
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频率谱图；频率和角度扫描模块，用于根据所述角度
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频率谱图，通过频率和角度扫描以检测目标。

技术总结
本发明涉及一种物联网LoRa信号的波束成形多目标感知方法及系统，其方法包括：步骤S1：基于LoRa信号的波束成形信号构建具有M根天线阵列的LoRa网关，可得到复平面波束成形信号；步骤S2：根据复平面波束成形信号，进行角度


技术研发人员：张扶桑 金蓓弘
受保护的技术使用者：中国科学院软件研究所
技术研发日：2021.07.13
技术公布日：2021/10/23