本发明涉及一种基于gprs信号的夜视系统及其实现方法，具体涉及一种采用gprs信号进行夜间目标成像的系统及其实现方法，属于安防技术领域。
背景技术
夜视系统是一类帮助用户在夜间获得视线的辅助系统，常用于汽车，使得驾驶者在夜间或光线微弱的情况下获得前方路况信息，能够给驾驶者对前方潜在威胁提供预警。
现有的夜视相关的技术方案如《cn-201520869666-车载夜视系统》，《cn201720709058一种车载夜视系统》等皆采用红外成像技术，其缺点主要包括：
(1)红外夜视成像系统属于主动式系统，包括红外信号发射机和接收机，成本较高。
(2)如果物体的温度对比度低，红外夜视系统产生的图像分辨率较差。
因此，如何降低系统价格以及如何提高物体温度对比度低时的图像分辨率是亟待解决的问题。
技术实现要素：
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的是：提供一种基于gprs信号的夜视系统及其使用方法，以解决图像分辨率低、系统价格高的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种基于gprs信号的夜视系统，其特征在于，包括：
信号接收模块，用于接收来自gprs基站发射的第一射频信号以及从观测区域返回的第二射频信号，经放大、滤波、模数转换后输出第一信号和第二信号；
通信模块，用于将信号接收模块输出的第一信号和第二信号传输至所述软件模块；
坐标接收模块，用于获取夜视系统的实时坐标，并传输至软件模块；
软件模块，包括第一子模块，第二子模块，第三子模块，第四子模块，第五子模块，第六子模块，其中：
所述第一子模块，用于将所述信号接收模块输出的第一信号和第二信号从射频信号转换到基带信号，产生第一基带信号和第二基带信号；
所述第二子模块，用于对所述第一基带信号进行波形处理，恢复所述第一基带信号的自然波形，消除时间门误差，进行电压偏移，正交失配，输出第一处理信号；
所述第三子模块，用于对所述第一处理信号进行均衡处理，完成信道特征重构、相位补偿，输出第二处理信号；
所述第四子模块，用于对所述第二处理信号进行解交织和信道解码，输出第三处理信号；
所述第五子模块，用于对第四子模块输出的第三处理信号进行处理并结合gprs标准数据帧结构，输出参考信号；
所述第六子模块，用于对第五子模块输出的参考信号、第一子模块输出的第二基带信号、坐标接收模块获取的系统实时坐标以及2g基站坐标进行二维时域滤波处理，获取观测区域的图像。
进一步地，所述信号接收模块包括天线组件，射频组件及模数转换组件；所述天线组件包括第一天线和第二天线，所述夜视系统搭载在车辆上，所述第一天线指向天空，用于接收所述第一射频信号，所述第二天线指向车辆前方，用于接收所述第二射频信号；所述射频组件包括低噪声放大电路和带通滤波器电路，所述模数转换组件用于将所述射频组件输出的信号进行模数转换，并输出第一信号和第二信号。
进一步地，所述第二子模块，包括波形恢复组件，时间门同步组件，电压偏移补偿组件、正交失配补偿组件，其中：
所述波形恢复组件用于对第一基带信号进行滤波，获取第一基带信号的自然时域波形；
所述时间门同步组件用于获取所述波形恢复组件输出信号的采样时间偏移，并进行补偿；
所述电压偏移补偿组件用于获取所述时间门同步组件输出信号的电压分量偏移，并进行补偿；
所述正交失配补偿组件用于获取所述电压偏移估计组件输出信号正交分量和差分分量的失配，并进行补偿，进而获得第一处理信号。
进一步地，所述第三子模块包括傅里叶变换组件，信道特征重构组件，傅里叶逆变换组件，相位补偿组件，数字解调制组件，其中：
所述傅里叶变换组件用于将所述正交失配补偿组件输出第一处理信号从时间域变换到频率域；
所述信道特征重构组件用于通过所述傅里叶变换组件输出信号获得信道的频率响应；
所述傅里叶逆变换组件用于将所述频率响应进行频时变换，获得信道的时间响应；
所述相位补偿组件用于对所述第一处理信号和所述傅里叶逆变换组件输出的时间响应进行时域滤波，获得相位均衡的第一时域滤波信号；
所述数字解调制组件对所述第一时域滤波信号进行数字解调制，获得第二处理信号。
进一步地，所述第四子模块包括解交织组件和信道解码组件，其中：
所述解交织组件对所述第二处理信号进行矩阵操作，获得解交织后的信号；
所述信道解码组件对所述解交织后的信号进行信道解码，获得解码后的第三处理信号。
进一步的，所述第五子模块包括帧结构生成组件和资源映射组件，其中：
所述帧结构生成组件产生gprs信号的时域子帧信号。
所述资源映射组件将第三处理信号和所述时域子帧信号进行资源映射，获得参考信号。
进一步，所述第六子模块包括距离向时域滤波组件，成像场景矩阵重构组件和方位向时域滤波组件，其中：
所述距离向时域滤波组件对参考信号和第二基带信号进行距离向时域滤波，获得距离压缩信号；
所述成像场景矩阵重构组件对成像场景中的目标像素点进行几何计算，获得成像场景矩阵；
所述方位向时域滤波组件对系统坐标，2g基站坐标和成像场景矩阵进行几何计算，获得方位向参考信号；进而对所述距离压缩信号和方位向参考信号进行方位向时域滤波，获得观测区域的二维图像。
一种基于gprs信号的夜视系统的实现方法，采用如上所述的基于gprs信号的夜视系统，其特征在于，包括如下步骤：
(1)所述夜视系统搭载在车辆上，用于接收所述第一射频信号的第一天线指向天空，用于接收所述第二射频信号的第二天线指向车辆前方，车辆启动，所述夜视系统上电开始工作；
(2)所述通信模块将第一信号和第二信号采集起来，并传输至所述软件模块；
(3)所述坐标接收模块获取车辆所在实时位置，并传输至所述软件模块；
(4)所述第一子模块对所述第一信号和所述第二信号进行频率转换，从射频信号转换到基带信号，获得第一基带信号和第二基带信号；
(5)所述第二子模块对所述第一基带信号进行波形处理，获得第一基带信号自然波形，消除时间门误差，进行电压偏移，正交失配，输出第一处理信号；
(6)所述第三子模块对所述第一处理信号进行均衡处理，完成信道特征重构，相位补偿，数字解调制，获得第二处理信号；
(7)所述第四子模块对所述第二处理信号进行解交织和信道解码，恢复出承载的比特码流，获得第三处理信号；
(8)所述第五子模块对所述第三处理信号进行调制编码并结合gprs标准数据帧结构，获得参考信号；
(9)所述第六子模块将2g基站坐标，系统实时坐标，第五子模块输出的参考信号和第一子模块输出的第二基带信号进行成像处理，获得观测区域的图像。
进一步地，所述第二子模块的实现方法包括：
s200，对所述第一基带信号进行波形处理，具体包括：对所述第一基带信号与升余弦信号进行频域滤波，获得第一滤波信号；
s210，对所述第一滤波信号进行时间门同步，具体包括：对所述滤波信号，按照一个gprs子帧长度为处理单位，进行时域滤波，产生最大峰值和所述最大峰值对应的时间门信息；进而除去先于时间门信息的第一滤波信号，保留后续的第二滤波信号；
s220，对所述第二滤波信号进行电压偏移估计，具体包括：对所述第二滤波信号，按照一个gprs子帧长度为处理单位，计算其均方根幅度值，获得电压偏移；进而对所述第二滤波信号减去所述电压偏移，获得第三滤波信号；
s230，对所述第三滤波信号进行正交失配估计，具体包括：对所述第三滤波信号，按照一个gprs符号为处理单位，计算所述第三滤波信号同向分量与所述第三滤波信号正交分量的失配值；进而对所述第三滤波信号的正交分量消除所述失配值，获得第一处理信号。
进一步地，所述第三子模块的实现方法包括：
s300，对所述第一处理信号，按照一个gprs符号为处理单位，进行傅里叶变换，获得第一变换信号；
s310，对所述第一变换信号进行信道特征重构，具体包括：对所述第一变换信号中参考元素与协议中规定的参考元素，按照一个gprs符号为处理单位，进行比较计算，获得信号特征重构向量；
s320，对所述第一变换信号，按照一个gprs符号为处理单位，进行傅里叶逆变换，获得第二变换信号；
s330，根据所述信号特征重构向量，对所述第二变换信号进行相位补偿，具体包括：根据所述信号特征重构向量，按照一个gprs子帧为处理单位，产生抽头滤波器，所述抽头滤波器的抽头数量即为所述信号特征重构向量的时间域分支数量，抽头滤波器在每个抽头分支的权重即为所述信号特征重构向量在每个时间域分支上的系数；进而将所述第二变换信号通过所述抽头滤波器，获得第一时域滤波信号；
s340，对所述第一时域滤波信号进行数字解调制，具体包括：对所述第一时域滤波信号，按照一个tdma符号为一个处理单元，采用最大似然估计算法，进行符号码流匹配，获得第二处理信号。
进一步地，所述第四子模块的实现方法包括：
s400，对所述第二处理信号进行矩阵重组计算，具体包括：对所述第二处理信号，按照gprs协议规定的一个矩阵大小进行行列重排，获得矩阵信号；
s410，对所述矩阵信号进行信道解码，获得第三处理信号。
进一步地，所述第五子模块的实现方法包括：
s500，产生gprs信号的时域子帧信号，具体包括，根据3gpp协议规定的gprs子帧的信号结构和特点，采用随机信号进行仿真，获取gprs子帧信号；
s510，获得参考信号，具体包括，根据3gpp协议规定的数据信号流程，对第三处理信号进行编码调制处理，获得数据信号；进而将所述数据信号映射到所述gprs子帧信号中，获得参考信号。
进一步的，所述第六子模块的实现方法包括：
s600，获得距离压缩信号，具体包括，将所述第二基带信号，以第一gprs子帧长度为行长度，转换成第二基带矩阵；将所述参考信号以信号本身为一行，扩展到与所述第二基带矩阵相同列数的参考矩阵；进而将所述第二基带矩阵与所述参考矩阵以行为单位进行时域滤波，获得距离向压缩信号；
s610，获得成像场景矩阵，具体包括，获取成像场景的中心三维坐标；以5米为一个步进，获取所述成像场景中以所述中心三维坐标为原点，周围1公里范围内所有像素点的三维坐标，即为成像场景矩阵；
s620，获得观测区域的二维图像，具体包括，对所述方位向时域滤波组件对系统坐标，2g基站坐标和成像场景矩阵进行几何计算，获得相位矩阵；将所述相位矩阵对单位sin信号进行相位调制，获得方位向参考信号；将所述方位向参考信号与距离向压缩信号，以列为单位进行时域滤波，获得观测区域的二维图像。
本发明的有益效果是：本发明的夜视系统及成像方法能够解决当前主流系统存在的技术限制，具体有益效果是：
1)本发明的夜间系统能够提供高分辨率。本系统采用电磁波成像技术，其分辨率恒定，不受目标物体的温度影响。
2)本发明的夜视系统部署成本低，使用的硬件模块均为常用器件，价格低廉。
附图说明
图1是本发明提供的基于gprs信号的夜视系统成像场景示意图。
图2是本发明提供的基于gprs信号的夜视系统结构示意图。
图3是发明提供的基于gprs信号的夜视系统软件模块结构示意图。
图4是第一子模块结构示意图。
图5是第二子模块结构示意图。
图6是第三子模块结构示意图。
图7是第四子模块结构示意图。
图8是第五子模块结构示意图。
图9是第六子模块结构示意图。
附图中的符号说明：1.2g基站，2.夜视系统部署所在的汽车，3.夜视区域，4.第一射频信号，5.第二射频信号，6.第一天线，7.第二天线，8.低噪放大器电路，9.带通滤波器电路，10.模数转换器电路，11.通信模块，12.位置接收模块，13.软件模块。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。
图1为本发明实施例提供的基于gprs信号的夜视系统成像场景示意图，本系统部署在汽车2上，汽车向前行驶，夜视区域3在汽车行驶的正前方。2g基站1向地面360度发射电磁波。本系统通过对从夜视区域3反射的电磁波进行信号处理，获得夜视图像。本系统也可以应用在其它各种车辆和低空飞行器、低空无人机等，包括民用和军用的各种场合均可适用。
图2为本发明提供的基于gprs信号的夜视系统包括硬件模块和软件模块的结构示意图。具体包括：
硬件模块用于获取2g基站发射的电磁波和从成像区域反射的电磁波。硬件模块包括信号接收模块，通信模块及坐标接收模块。信号接收模块用来接收来自2g基站发射的第一射频信号以及从观测区域返回的第二射频信号。包括天线组件，射频组件及模数转换组件。通信模块将信号接收模块的输出的第一信号和第二信号传输至所述软件模块。坐标接收模块获取本系统的实时坐标，并传输至软件模块。
天线组件包括第一天线6和第二天线7。所述第一天线6接收来自2g基站发出的所述第一射频信号4。所述第二天线接收来自观测区域返回的所述第二射频信号5。第一天线为全向天线，第二天线为定向天线。具体实施时，第二天线例如可以采用20度x20度的波束宽度。
射频组件包括低噪声放大电路8和带通滤波器电路9。具体实施时，低噪声放大电路例如可以采用20db增益；带通滤波器例如可以采用工作频率与gprs的信号频率同频，带宽为1mhz。
模数转换组件10将所述射频组件输出的所述信号进行从模拟变换到数字格式，输出第一信号和第二信号。具体实施时，例如可以采用8位模数转换电路。
通信模块11将信号接收模块的输出的第一信号和第二信号传输至所述软件模块。具体实施时，例如可以采用数据传输率为10mbps的串口通信模块。
位置接收模块12将系统接收机的实时位置传输至软件模块。具体实施时，例如可以采用商用gps接收机模块。
图3为软件模块结构示意图，软件模块13包括第一子模块，第二子模块，第三子模块，第四子模块，第五子模块，第六子模块。
第一子模块将所述通信模块输入至所述软件模块的第一信号和第二信号从射频频段降低至基带，产生第一基带信号和第二基带信号。图4为第一子模块结构示意图，具体是：第一信号和第二信号分别与本地振荡电路产生的信号通过混频器，获得基带高频混合信号；进而将所述混合信号通过低通滤波电路，获得所述第一基带信号和第二基带信号。
第二子模块对第一子模块输出的第一基带信号进行波形处理，获取第一基带信号的自然波形，获取所述第一基带信号的时间信息，消除由于收发机相对运动、硬件差异等带来的系统误差。图5为第一子模块结构示意图，该模块包括波形恢复组件，时间门同步组件，电压偏移补偿组件、正交失配补偿组件。第二子模块输出第一处理信号。
其中，所述波形恢复组件用于对第一基带信号进行滤波，获取第一基带信号的自然时域波形；
其中，所述时间门同步组件用于获取所述波形恢复组件输出信号的采样时间偏移，并进行补偿；
其中，所述电压偏移补偿组件用于获取所述时间门同步组件输出信号的电压分量偏移，并进行补偿；
其中，所述正交失配补偿组件用于获取所述电压偏移估计组件输出信号正交分量和差分分量的失配，并进行补偿，进而获得第一处理信号。
所述第二子模块的实现方法包括：
s200，对所述第一基带信号进行波形处理，具体包括：对所述第一基带信号与升余弦信号进行频域滤波，获得第一滤波信号；
s210，对所述第一滤波信号进行时间门同步，具体包括：对所述滤波信号，按照一个gprs子帧长度为处理单位，进行时域滤波，产生最大峰值和所述最大峰值对应的时间门信息；进而除去先于时间门信息的第一滤波信号，保留后续的第二滤波信号；
s220，对所述第二滤波信号进行电压偏移估计，具体包括：对所述第二滤波信号，按照一个gprs子帧长度为处理单位，计算其均方根幅度值，获得电压偏移；进而对所述第二滤波信号减去所述电压偏移，获得第三滤波信号；
s230，对所述第三滤波信号进行正交失配估计，具体包括：对所述第三滤波信号，按照一个gprs符号为处理单位，计算所述第三滤波信号同向分量与所述第三滤波信号正交分量的失配值；进而对所述第三滤波信号的正交分量消除所述失配值，获得第一处理信号。
第三子模块对第二子模块输出的第一处理信号进行均衡处理，消除衰落信道对接收信号带来的畸变。图6为第三子模块结构示意图，该模块包括傅里叶变换组件，信道特征重构组件，傅里叶逆变换组件，相位补偿组件，数字解调制组件。第三子模块输出第二处理信号。
其中，所述傅里叶变换组件用于将所述正交失配补偿组件输出第一处理信号从时间域变换到频率域；
其中，所述信道特征重构组件用于通过所述傅里叶变换组件输出信号获得信道的频率响应；
其中，所述傅里叶逆变换组件用于将所述频率响应进行频时变换，获得信道的时间响应；
其中，所述相位补偿组件用于对所述第一处理信号和所述傅里叶逆变换组件输出的时间响应进行时域滤波，获得相位均衡的第一时域滤波信号；
其中，所述数字解调制组件对所述第一时域滤波信号进行数字解调制，获得第二处理信号。
所述第三子模块的实现方法包括：
s300，对所述第一处理信号，按照一个gprs符号为处理单位，进行傅里叶变换，获得第一变换信号；
s310，对所述第一变换信号进行信道特征重构，具体包括：对所述第一变换信号中参考元素与协议中规定的参考元素，按照一个gprs符号为处理单位，进行比较计算，获得信号特征重构向量；
s320，对所述第一变换信号，按照一个gprs符号为处理单位，进行傅里叶逆变换，获得第二变换信号；
s330，根据所述信号特征重构向量，对所述第二变换信号进行相位补偿，具体包括：根据所述信号特征重构向量，按照一个gprs子帧为处理单位，产生抽头滤波器，所述抽头滤波器的抽头数量即为所述信号特征重构向量的时间域分支数量，抽头滤波器在每个抽头分支的权重即为所述信号特征重构向量在每个时间域分支上的系数；进而将所述第二变换信号通过所述抽头滤波器，获得第一时域滤波信号；
s340，对所述第一时域滤波信号进行数字解调制，具体包括：对所述第一时域滤波信号，按照一个tdma符号为一个处理单元，采用最大似然估计算法，进行符号码流匹配，获得第二处理信号。
第四子模块对第三子模块输出的第二处理信号进行信道解码，最终恢复通信链路承载的第三处理信号。图7为第四子模块结构示意图，该模块包括解交织组件以及信道解码组件。
其中，所述解交织组件对所述第二处理信号进行矩阵操作，获得解交织后的信号；
其中，所述信道解码组件对所述解交织后的信号进行信道解码，获得解码后的第三处理信号。
所述第四子模块的实现方法包括：
s400，对所述第二处理信号进行矩阵重组计算，具体包括：对所述第二处理信号，按照gprs协议规定的一个矩阵大小进行行列重排，获得矩阵信号；
s410，对所述矩阵信号进行信道解码，获得第三处理信号。
第五子模块将第四子模块输出的第三处理信号及gprs标准数据帧结构，产生成像所需的参考信号。图8为第五子模块结构示意图，该模块包括帧结构生成组件和资源映射组件。
其中，所述帧结构生成组件产生gprs信号的时域子帧信号。
其中，所述资源映射组件将第三处理信号和所述时域子帧信号进行资源映射，获得参考信号。
所述第五子模块的实现方法包括：
s500，产生gprs信号的时域子帧信号，具体包括，根据3gpp协议规定的gprs子帧的信号结构和特点，采用随机信号进行仿真，获取gprs子帧信号。
s510，获得参考信号，具体包括，根据3gpp协议规定的数据信号流程，对第三处理信号进行编码调制处理，获得数据信号；进而将所述数据信号映射到所述gprs子帧信号中，获得参考信号。
第六子模块将第五子模块输出的参考信号，第一子模块输出的第二基带信号，坐标接收模块获取的系统接收机坐标以及2g基站坐标进行成像处理，获取观测区域的图像。图9为第六子模块结构示意图，该模块包括距离向时域滤波组件，成像场景矩阵重构组件和方位向时域滤波组件。
其中，所述距离向时域滤波组件对参考信号和第二基带信号进行距离向时域滤波，获得距离压缩信号。
其中，所述成像场景矩阵重构组件对成像场景中的目标像素点进行几何计算，获得成像场景矩阵。
其中，所述方位向时域滤波组件对系统坐标，2g基站坐标和成像场景矩阵进行几何计算，获得方位向参考信号；进而对所述距离压缩信号和方位向参考信号进行方位向时域滤波，获得观测区域的二维图像。
所述第六子模块的实现方法包括：
s600，获得距离压缩信号，具体包括，将所述第二基带信号，以第一gprs子帧长度为行长度，转换成第二基带矩阵；将所述参考信号以信号本身为一行，扩展到与所述第二基带矩阵相同列数的参考矩阵；进而将所述第二基带矩阵与所述参考矩阵以行为单位进行时域滤波，获得距离向压缩信号。
s610，获得成像场景矩阵，具体包括，获取成像场景的中心三维坐标；以5米为一个步进，获取所述成像场景中以所述中心三维坐标为原点，周围1公里范围内所有像素点的三维坐标，即为成像场景矩阵。
s620，获得观测区域的二维图像，具体包括，对所述方位向时域滤波组件对系统坐标，2g基站坐标和成像场景矩阵进行几何计算，获得相位矩阵；将所述相位矩阵对单位sin信号进行相位调制，获得方位向参考信号；将所述方位向参考信号与距离向压缩信号，以列为单位进行时域滤波，获得观测区域的二维图像。
本发明提供的一种基于gprs信号的夜视系统的实现方法，具体工作过程如下：
(1)所述夜视系统搭载在汽车上，所述第一天线指向天空，所述第二天线指向汽车前方。汽车启动，所述硬件模块和所述软件模块上电开始工作。
(2)所述通信模块将第一信号和第二信号采集起来，并传输至所述软件模块。
(3)所述坐标接收模块获取汽车所在实时位置，并传输至所述软件模块。
(4)所述第一子模块对所述第一信号和所述第二信号进行频率转换，从射频信号转换到基带信号，获得第一基带信号和第二基带信号。
(5)所述第二子模块对所述第一基带信号进行波形处理，恢复自然波形，消除接收信号的时间误差，获得第一处理信号。
(6)所述第三子模块对所述第一处理信号进行均衡处理，完成信道估计，信道均衡，获得第二处理信号。
(7)所述第四子模块对所述第二处理信号进行信道解码，完成解交织和信道解码，恢复出承载的比特码流，获得第三处理信号。
(8)所述第五子模块对所述第三处理信号进行调制编码，获得参考信号。
(9)所述第六子模块将2g基站坐标，系统实时坐标，参考信号和第二基带信号通过第六子模块，产生二维图像。
最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。