一種基于維度拓展的信號融合方法技術

本發明專利技術公開了一種基于維度拓展的信號融合方法，將傳統的時間分集、頻率分集體制拓展為維度分集體制。利用相互獨立正交的不同維度傳輸不同的信號。實現了多路數據在同一時間、同一頻率下的傳輸，并且各路信號的信號幅值、比特率不受融合方法的制約。本發明專利技術首先將實數域擴展為二維復數域，再將虛數域擴展為虛數二維、三維空間，甚至更高維度，利用這種具有遞歸性質的維度拓展方法，可以根據實際需要將信號進行不同程度的維度拓展，進而不同種類的信號通過一定的方式經由不同維度進行傳播，實現了探測、測控、通信、導航等多功能信號的傳輸且相互之間不會產生干擾。

A method of signal fusion based on dimension expansion

The invention discloses a signal fusion method based on dimension expansion, and expands the traditional time diversity and frequency diversity system into a dimension diversity system. Different signals are transmitted by using independent orthogonal different dimensions. The transmission of multi-channel data at the same time and at the same frequency is realized, and the signal amplitude and bit rate of each signal are not constrained by the fusion method. The invention will be the first real domain is extended to two-dimensional complex domain, and then extended to the imaginary imaginary domain in two-dimensional and three-dimensional space, even higher dimensions, using the recursive dimension method, according to the actual needs of the expanding different dimensions and different types of signal, signal through a certain way to spread through different dimensions, realizes the transmission detection, measurement and control, communications, navigation and other functions of signal and mutual interference will not occur.

【技術實現步驟摘要】
一種基于維度拓展的信號融合方法
本專利技術屬于信息處理
，更為具體地講，涉及一種基于維度拓展的信號融合方法。
技術介紹
傳統基于分離式功能架構的信息支持體制，功能單一與不足的固有缺陷使得其無法適應當今以及未來空天地一體化信息綜合支持和綜合戰略空間發展的需求。在當今以及未來空天地一體化信息互聯中，信息支持系統不僅為空天飛行器飛行提供重要的支持和保障，是空天飛行器發射、飛行、回收各階段的生命線；而且承擔著對各類功能性任務控制指令的抗干擾傳輸，將偵察信息傳回，與其他功能平臺信息即時交互，實現空天地一體化聯合協同互聯。然而，現有的探測、測控、通信、導航等多種功能信號多采用分離體制，這從體制上決定了終端無法實現深層次的信息耦合。這就需要建立具有統一的面向探測、測控、通信、導航等多種應用的信息、信號、信道模型的信號融合方法，才能完成從根本上解決空天信息綜合業務的互聯互通和綜合處理與信息支持的功能性不足。來滿足當今以及未來空天地一體化互聯對信息綜合的可靠性功能需求。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術的不足，提出一種基于維度拓展的信號融合方法，以實現多路數據在同一時間、同一頻率下的傳輸。為實現上述專利技術目的，本專利技術基于維度拓展的信號融合方法，其特征在于，對多路信號，采用多維度信號作為載波進行調制；所述的多維度信號為：其中，i,j,q,s表示維度矢量，ω1,ω2,ω3,…,ωM-2,ωM-1為載波信號角頻率，為載波信號的相位，M為多維度信號的維度，t表示時間，需要傳輸的多路信號可以對載波信號角頻率ω1,ω2,ω3,…,ωM-2,ωM-1或載波信號的相位進行調制。本專利技術的目的是這樣實現的。本專利技術基于維度拓展的信號融合方法，將傳統的時間分集、頻率分集體制拓展為維度分集體制。利用相互獨立正交的不同維度傳輸不同的信號。實現了多路數據在同一時間、同一頻率下的傳輸，并且各路信號的信號幅值、比特率不受融合方法的制約。本專利技術首先將實數域擴展為二維復數域，再將虛數域擴展為虛數二維、三維空間，甚至更高維度，利用這種具有遞歸性質的維度拓展方法，可以根據實際需要將信號進行不同程度的維度拓展，進而不同種類的信號通過一定的方式經由不同維度進行傳播，實現了探測、測控、通信、導航等多功能信號的傳輸且相互之間不會產生干擾。附圖說明圖1是信號分析的維度演變過程示意圖；圖2是統一體制的三維信號解調原理示意圖；圖3是統一體制的四維信號解調原理示意圖。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術的具體實施方式進行描述，以便本領域的技術人員更好地理解本專利技術。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當已知功能和設計的詳細描述也許會淡化本專利技術的主要內容時，這些描述在這里將被忽略。現有的信號調制方式不能滿足統一體制測控通信中在一路信號中同時傳輸遙測、遙控、通信信號的功能需求。本專利技術提出了基于維度拓展的信號融合方法，可以完成在一路信號中同時傳輸多種功能信號的功能需求。本專利技術將三角函數的定義域擴大到復數從而建立三角函數和指數函數對應關系的思想，將虛數域擴展為虛數二維甚至三維空間，從而在相互獨立正交的空間內實現多路互不干擾信號的傳輸，可利用超越復數中不同維度來攜帶互不干擾的數據，從而實現多路功能信號的傳輸且互不干擾。1、多維度信號融合理論1.1、理論信號模型搭建如圖1(a)所示，在傳統的信號處理中，信號分析一般采用維度為一的單頻實信號完成對信號的建模。自從引入歐拉公式ejω＝cosωt+jsinωt以后，將三角函數的定義域擴大到復數，建立了三角函數和指數函數的關系。因而，如圖1(b)所示，在信號處理與分析的過程中進而采用維度為二的單頻復信號完成對信號的建模，即：其中，i表示與實數軸正交的一個虛軸，即兩個信號在不同的維度，相互正交。在此基礎上，如圖1(c)所示，如果將虛數軸擴展維度為復平面，則存在相互獨立正交的兩個虛數軸i、j，并且與實數軸構成兩兩相互正交的三維信號模型，信號形式定義為：其中，i、j分別表示與實數軸正交的一個虛軸，并且i虛軸與j虛軸也是正交的，即三個信號在不同的維度，兩兩相互正交。同理，圖1(d)所示，如果進一步將虛數平面即i、j虛軸構成的平面擴展維度為三維虛體，則存在相互獨立正交的三個虛數軸，并且與實數軸構成兩兩相互正交的四維信號模型，信號形式定義為：其中，i、j、k分別表示與實數軸正交的一個虛軸，并且i虛軸、j虛軸與k虛軸是兩兩正交的，即四個信號在不同的維度，兩兩相互正交。這樣，可以得到多維度統一信號為：其中，i,j,q,r表示維度矢量，ω1,ω2,ω3,…,ωM-2,ωM-1為載波信號角頻率，為載波信號的相位，M為多維度統一信號的維度，t表示時間，需要傳輸的多路信號可以對載波信號角頻率ω1,ω2,ω3,…,ωM-2,ωM-1或載波信號的相位進行調制。1.2)、多維信號模型正交性分析接下來針對式(2)、(3)進行正交性分析。在三維信號模型中，將三個維度上的分信號組成信號空間矩陣。則有：其中，O為零矩陣。即三個維度上的分信號兩兩相互正交。同理，在四維信號模型中，將四個維度上的分信號組成信號空間矩陣。則有：即四個維度上的分信號兩兩相互正交。同理，在M維信號模型中，M個維度上的分信號兩兩相互正交。信號維度拓展后，可以根據功能模式要求而采用不同維度信號模型進行數據傳輸。在相互正交的幾個軸上分別攜帶不同幅度、不同頻率、不同相位的信息，且各個軸上的信號互相沒有干擾。2、多維度信號融合信號模型下面對多維度信號融合理論中物理信號模型搭建以及物理模型各個維度在數學上的正交性進行了探討。2.1、物理信號模型搭建(信號調制)對比幅移鍵控(AmplitudeShiftKeying，簡稱ASK)、頻移鍵控(FrequencyShiftKeying，簡稱FSK)和相移鍵控(PhaseShiftKeying，簡稱PSK)來確定有用信息攜帶原則。在相同的誤碼率要求下，以2PSK、2FSK和2ASK系統為例，三類系統所需要的信噪比關系為r2ASK＝2r2FSK＝4r6PSK。而頻帶利用率有η2ASK＝η2PSK>η2FSK。可見相移鍵控PSK具有更高的抗噪能力和頻帶利用率，故本專利技術優先考慮相位信息完成調制與解調。在三維信號模型中，為簡便計算與演示過程，本專利技術進行以下兩點化簡：理論上實軸與虛平面載波頻率可以不同，為簡化計算設實軸與虛平面載波頻率相同且各個軸的振幅為1，而兩路數據信息由可變相位攜帶。理論上兩路數據的數據率可不同，但是為了方便實現，本專利技術中兩路數據數的據率相同。在本實施例中，采用數字調制信號，相應地多維度信號s(t)變為s(n)，調制信號為x(n)，采用兩路二進制基帶信號d1(n)與d2(n)對三維信號進行調制：在發送端，將兩路二進制基帶信號d1(n)與d2(n)進行三維數字信號調制，得到調制信號x(n)：其中(公式9中)：[1,i,j]為維度矢量，為三維信號空間矩陣；cos[ωn+d1(n)]為實數路信號，sin[ωn+d1(n)]cos[ωn+d2(n)]為i路信號，sin[ωn+d1(n)]sin[ωn+d2(n)]為j路信號，cos(ωn)、sin(ωn)為載波信號，ω為載波信號角頻率，兩路二進制基帶信號d1(n)與d2(n)為：其中(公式10中)，T為二進制本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于維度拓展的信號融合方法，其特征在于，對多路信號，采用多維度信號作為載波進行調制；所述的多維度信號為：

【技術特征摘要】
1.一種基于維度拓展的信號融合方法，其特征在于，對多路信號，采用多維度信號作為載波進行調制；所述的多維度信號為：其中，i,j,q,r表示維度矢量，ω1,ω2,ω3,…,ωM-2,ωM-1為載波信號角頻率，為載波信號的相位，M為多維度信號的維度，需要傳輸的多路信號可以對載波信號角頻率ω1,ω2,ω3,…,ωM-2,ωM-1或載波信號的相位進行調制。2.根據權利要求1所述的基于維度拓展的信號融合方法，其特征在于，所述的多維度信號為三維數字信號；包括以下步驟：(1)、信號調制在發送端，將兩路二進制基帶信號d1(n)與d2(n)進行三維數字信號調制，得到調制信號x(n)：其中[1,i,j]為維度矢量，為三維信號空間矩陣，cos[ωn+d1(n)]為實數路信號，sin[ωn+d1(n)]cos[ωn+d2(n)]為i路信號，sin[ωn+d1(n)]sin[ωn+d2(n)]為j路信號，ω為載波信號角頻率，兩路二進制基帶信號d1(n)與d2(n)為：其中，T為二進制基帶信號時間間隔，n為數據位，g(t)是持續時間為T的矩形脈沖，其可表示為：an,bn為：將調制信號x(n)發送到接收端；(2)、有用信息的獲取在接收端，將接收的調制信號x(n)分別乘以本地載波cos(ωn)cos(ωn)和sin(ωn)sin(ωn)進行相干解調，經數據解算后得到二進制基帶信號d1(n)、d2(n)：2.1)、將接收的調制信號x(n)分別乘以本地載波cos(ωn)cos(ωn)和sin(ωn)sin(ωn)，得到的兩路信號分別經低通濾波后，得到兩路基帶信號u1(n)、u2(n)；2.2)、取兩路基帶信號u1(n)、u2(n)中的i維，并表示為u1i(n)、u2i(n)，則有：2.3)、根據以下規則，得到二進制基帶信號d1(n)、d2(n)的值：如果-0.420735<sin[d1(n)+d2(n)]≤0.420735并且-0.420735<sin[d1(n)-d2(n)]≤0.420735，則：d1(n)＝0，d2(n)＝0；如果0.420735<sin[d1(n)+d2(n)]并且sin[d1(n)-d2(n)]≤-0.420735，則：d1(n)＝0，d2(n)＝1；如果0.420735<sin[d1(n)+d2(n)]并且0.420735<sin[d1(n)-d2(n)]，則：d1(n)＝1，d2(n)＝0；如果sin[d1(n)+d2(n)]≤-0.420735并且-0.420735<sin[d1(n)-d2(n)]≤0.420735，則：d1(n)＝1，d2(n)＝1。3.根據權利要求2所述的信號融合方法，其特征在于，可用d1(n)、d2(n)攜載不同制式的信號，如在統一體制測控通信中,用d1(n)攜載遙測信號而d2(n)攜載通信信號。4.根據權利要求2所述的信號融合方法，其特征在于，發送端二進制基帶信號為三路即d1(n)、d2(n)及d3(n)時，則按照遞歸思想，進一步將超越復數維度擴展為四維；在發送端，將三路二進制基帶信號d1(n)、d2(n)及d3(n)進行四維統一信號調制，得到調制信號：

【專利技術屬性】
技術研發人員：張天虹，閻嘯，徐利梅，秦開宇，王茜，楊恩蘋，王梓豪，董飛彪，
申請(專利權)人：電子科技大學，
類型：發明
國別省市：四川,51