一种基于WLAN信号的三维成像系统及其实现方法与流程

文档序号：16396614发布日期：2018-12-25 19:53阅读：218来源：国知局

本发明涉及一种基于wlan信号的三维成像系统及其实现方法，具体涉及一种采用wlan信号进行三维成像的系统及其实现方法，属于遥感领域。

背景技术

三维成像系统是一类能够对在物体进行三个维度的信息进行表达的成像系统，在遥感领域有着广泛的应用。

现有的三维成像相关的技术方案如《cn-201410353015-差分干涉合成孔径激光三维成像雷达收发装置》，《cn-201610124074-三维成像激光雷达系统》皆为主动式雷达系统，《cn-201510503919-一种窄带被动雷达三维成像方法》采用窄带信号进行三维成像的被动式雷达系统，综上，其缺点主要包括：

(1)主动式雷达系统包括发射机和接收机，成本较高。

(2)上述窄带雷达系统采用角度信息进行对空目标分辨，成像分辨率低，效果差。

(3)传统的光学雷达系统极易受到天气的影响，不能支持全天时全天候观测。

因此，如何降低系统价格并同时如提高三维成像性能，进而支持全天时、全天候观测是亟待解决的问题。

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wlan信号的三维成像系统及其实现方法，以解决系统价格高，成像性能差，观测时间受限的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于wlan信号的三维成像系统，其特征在于，包括：

信号接收模块，用于接收来自wlan基站发射的第一射频信号以及从成像区域返回的第二、三、四、五、六、七、八、九、十射频信号，经放大、滤波、模数转换后输出第一、二、三、四、五、六、七、八、九、十信号；所述信号接收模块包括天线组件，所述天线组件安装在水平轨道上并在系统工作时一直处于水平移动状态；

通信模块，用于将信号接收模块输出的第一、二、三、四、五、六、七、八、九、十信号传输至所述软件模块；

坐标接收模块，与天线组件绑定，用于获取天线组件的实时坐标，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，第七子模块，第八子模块，第九子模块，第十子模块，第十一子模块，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、二、三、四、五、六、七、八、九、十信号从射频信号转换到基带信号，产生第一、二、三、四、五、六、七、八、九、十基带信号；

所述第二子模块，用于对所述第一基带信号进行第一处理，恢复所述第一基带信号的自然波形，消除时频误差，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第二处理，消除电压偏移，消除正交失配，进行多载波解调制，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第三处理，完成导频信号特征重构、数据信号特征重构，数据信号相位补偿，输出第三处理信号；

所述第五子模块，用于对所述第三处理信号进行第四处理，完成数据资源反映射，层解码，星座反映射，输出第四处理信号；

所述第六子模块，用于对所述第四处理信号进行信道解码和解扰码处理，输出第五处理信号；

所述第七子模块，用于对第六子模块输出的第五处理信号进行调制编码处理并结合wlan标准帧结构，输出参考信号；

所述第八子模块，用于对第七子模块输出的参考信号、第一子模块输出的第二、三、四、五、六、七、八、九、十基带信号、坐标接收模块获取的天线组件实时坐标以及wlan基站坐标进行二维时域滤波处理，获取成像区域的第一、二、三、四、五、六、七、八、九图像；

所述第九子模块，用于对第一、二、三、四、五、六、七、八、九图像进行地理匹配处理，获得第一、二、三、四、五、六、七、八、九地理匹配图像；

所述第十子模块，用于对所述第一、二、三、四、五、六、七、八、九地理匹配图像进行合并，形成地理匹配三维矩阵；进而对所述地理匹配三维矩阵沿第三维进行时频变换，获得地理匹配频域矩阵；

所述第十一子模块，用于对所述地理匹配频域矩阵的第三维进行频率二项式滤波，获得地理匹配频域滤波矩阵；进而对所述地理匹配频域滤波矩阵的第三维进行傅里叶逆变换，获得三维图像。

进一步地，所述信号接收模块还包括射频组件及模数转换组件；所述天线组件包括第一、二、三、四、五、六、七、八、九、十天线，其中，所述第二、三、四、五、六、七、八、九、十天线从高到低垂直部署，所述第二天线在最高处，所述第十天线在最低处，相邻天线间隔0.5米，所述三维成像系统搭载在高楼楼顶上，天线组件在楼顶上水平移动，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、三、四、五、六、七、八、九、十天线指向成像区域，用于接收所述第二、三、四、五、六、七、八、九、十射频信号；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、二、三、四、五、六、七、八、九、十信号。

进一步地，所述第二子模块，包括波形恢复组件，时频误差补偿组件，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信号；

所述时频误差补偿组件用于获取所述自然时域波形信号的频率偏移，并进行补偿，产生第一处理信号。

进一步地，所述第三子模块，包括电压偏移补偿组件，正交失配补偿组件和多载波解调制组件，其中：

所述电压偏移补偿组件用于获取所述第一处理信号的采样时间偏移，并进行补偿，获得电压偏移补偿信号；

所述正交失配补偿组件用于获取所述电压偏移补偿信号正交分量和差分分量的失配，并进行补偿，进而获得正交失配补偿信号；

所述多载波解调制组件对所述正交失配补偿信号进行多载波解调制，将多路多载波信号变换为单路基带信号，获得第二处理信号。

进一步地，所述第四子模块包括数据前导资源反映射组件，前导信号特征重构组件，数据信号特征重构组件，数据相位补偿组件，其中：

所述数据前导资源反映射组件用于对所述第二处理信号的数据和前导进行分离，分别提取出数据信号和前导信号；

所述前导信号特征重构组件用于通过对所述前导信号进行信号特征重构处理获得前导信号特征信息；

所述数据信号特征重构组件用于通过对所述前导信号特征信息和数据信号进行信号特征重构处理获得数据信号特征信息；

所述数据相位补偿组件用于对数据前导资源反映射组件输出的数据信号和所述数据信号特征信息进行频域滤波，获得第三处理信号。

进一步地，所述第五子模块包括层解码组件，星座反映射组件，其中：

所述层解码组件对所述多载波解调制组件输出的单路基带信号进行空时逆变换，获得层解码信号；

所述星座反映射组件用于对所述层解码信号进行星座反映射，获得第四处理信号。

进一步地，所述第六子模块包括信道解码组件以及解扰码组件，其中：

所述信道解码组件对所述第四处理信号进行信道解码，获得信道解码信号；

所述解扰码组件对所述信道解码信号进行解扰码处理，获得第五处理信号。

进一步的，所述第七子模块包括帧信号生成组件和资源映射组件，其中：

所述帧信号生成组件产生wlan信号的子帧信号；

所述资源映射组件将第五处理信号和所述子帧信号进行资源映射，获得参考信号。

进一步，所述第八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、三、四、五、六、七、八、九、十基带信号进行距离向时域滤波，获得第二、三、四、五、六、七、八、九、十距离压缩信号；

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天线组件坐标，wlan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；进而对所述第二、三、四、五、六、七、八、九、十距离压缩信号和方位向参考信号进行方位向时域滤波，获得成像区域的第一、二、三、四、五、六、七、八、九图像。

进一步地，所述第九子模块包括差值均值计算组件和匹配图像获取组件，其中：

所述差值均值计算组件对所述第一图像和任意其他图像进行差值均值计算，获得差值均值向量；

所述匹配图像获取组件采用差值均值向量的最大值和最大值所在位置，获取地理匹配图像。

进一步地，所述第十子模块包括图像合并组件和傅里叶变换组件，其中：

所述图像合并组件对所述第一、二、三、四、五、六、七、八、九地理匹配图像进行合并处理，形成地理匹配三维矩阵；

所述傅里叶变换组件对所述地理匹配三维矩阵沿第三维进行时频变换，获得地理匹配频域矩阵。

进一步地，所述第十一子模块包括频率二项式滤波组件和傅里叶逆变换组件，其中：

所述频率二项式滤波组件对所述地理匹配频域矩阵第三维进行频域二项式滤波，获得地理匹配频域滤波矩阵；

所述傅里叶逆变换组件对所述地理匹配频域滤波矩阵第三维进行傅里叶逆变换，获得三维图像。

一种基于wlan信号的三维成像系统的实现方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)所述三维成像系统上电开始工作，天线组件开始水平移动，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、三、四、五、六、七、八、九、十射频信号的第二、三、四、五、六、七、八、九、十天线指向成像区域；

(2)所述通信模块将第一、二、三、四、五、六、七、八、九、十信号采集起来，并传输至所述软件模块；

(3)所述坐标接收模块获取天线组件所在实时位置，并传输至所述软件模块；

(4)所述第一子模块对所述第一、二、三、四、五、六、七、八、九、十信号进行频率转换，从射频信号转换到基带信号，获得第一、二、三、四、五、六、七、八、九、十基带信号；

(5)所述第二子模块对所述第一基带信号进行第一处理，恢复所述第一基带信号的自然波形，消除时频误差，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第二处理，消除电压偏移，消除正交失配，进行多载波解调制，输出第二处理信号；

(7)所述第四子模块对所述第二处理信号进行第三处理，完成导频信号特征重构、数据信号特征重构，数据信号相位补偿，输出第三处理信号；

(8)所述第五子模块对所述第三处理信号进行第四处理，完成数据资源反映射，层解码，星座反映射，输出第四处理信号；

(9)所述第六子模块对所述第四处理信号进行信道解码和解扰码处理，输出第五处理信号；

(10)所述第七子模块对所述第五处理信号进行调制编码处理并结合wlan标准帧结构，获得参考信号；

(11)所述第八子模块对第七子模块输出的参考信号、第一子模块输出的第二、三、四、五、六、七、八、九、十基带信号、坐标接收模块获取的天线组件实时坐标以及wlan基站坐标进行二维时域滤波处理，获取成像区域的第一、二、三、四、五、六、七、八、九图像；

(12)所述第八子模块对第一、二、三、四、五、六、七、八、九图像进行地理匹配处理，获得第一、二、三、四、五、六、七、八、九地理匹配图像；

(13)所述第九子模块所述第一、二、三、四、五、六、七、八、九地理匹配图像进行合并，形成地理匹配三维矩阵；进而对所述地理匹配三维矩阵沿第三维进行时频变换，获得地理匹配频域矩阵；

(14)所述第十子模块所述地理匹配频域矩阵的第三维进行频率二项式滤波，获得地理匹配频域滤波矩阵；进而对所述地理匹配频域滤波矩阵的第三维进行傅里叶逆变换，获得三维图像。

进一步地，所述第二子模块的实现方法包括：

s200，构造单位升余弦信号，具体包括：以一个wlan信号频域符号长度为拟构造单位升余弦信号的时间长度，以所述模数转换组件的采样频率为拟构造单位升余弦信号的时间采样率，产生单位升余弦信号；

s210，以一个wlan信号频域符号为处理单位，对所述第一基带信号与所述单位升余弦信号进行频域滤波，获得自然时域波形信号；

s220，根据wlan协议定义的wlan前导信号中时间估计符号向量产生移位寄存器结构，采用matlab进行仿真，获得二进制的wlan前导信号中的时间估计符号向量；

s230，对所述自然时域波形信号进行时间误差补偿，具体包括：对所述第一基带信号，在每个wlan子帧内，与所述时间估计符号向量进行时域滤波，产生最大峰值向量和所述最大峰值对应的时间门信息向量；进而除去第一个wlan子帧中先于所述时间门信息向量中第一个数的信号，保留后续的信号，即为第一补偿信号；

s240，对所述自然时域波形信号进行频率误差补偿，具体包括，对所述最大峰值信息向量，进行相位提取，获得峰值相位向量；进而对峰值相位向量进行差分操作，获得频率误差向量；进而在所述自然时域波形信号中将其除去，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进行电压偏移补偿，具体包括：对所述第一处理信号，按照一个wlan子帧为处理单位，计算其均方根幅度值，获得电压偏移；进而对所述第一处理信号减去所述电压偏移，获得电压偏移补偿信号；

s310，对所述电压偏移补偿信号进行正交失配补偿，具体包括：对所述电压偏移补偿信号，按照一个wlan子帧为处理单位，计算所述电压偏移补偿信号同向分量与所述电压偏移补偿信号正交分量的失配值；进而对所述电压偏移补偿信号的正交分量消除所述失配值，获得正交失配补偿信号；

s320，对所述正交失配补偿信号进行多载波解调制，具体包括，以单位sin波形为基波，以wlan信号频域子载波间隔为谐波频率域步进，以wlan带宽宽度为谐波频率域长度，以一个wlan信号时域时长为谐波时间域步进，以一个wlan子帧长度为谐波时间域长度，产生多载波解调制矩阵；进而对所述频域滤波信号，与所述多载波解调制矩阵进行乘法运算，获得基带多载波解调制信号和高频多载波解调制信号；进而采用低通滤波器将所述高频多载波解调制信号去除，只保留基带多载波解调制信号，即为多载波解调制矩阵；

s330，对所述多载波解调制矩阵进行格式重排，具体包括，对所述多载波解调制矩阵进行转置处理，获得第二多载波解调制矩阵；进而以第二多载波解调制矩阵的行为单位，将所述第二多载波解调制矩阵的各行依次首尾相连，产生第二处理信号。

进一步的，所述第四子模块的实现方法包括：

s400，在所述第二处理信号提取数据信号和前导信号，具体包括：根据wlan协议，以一个wlan信号频域宽度为处理单元，分别对第二处理信号中所有数据单元的数据信号和前导信号进行资源反映射，获得所有时隙的数据信号和前导信号；进而获取前导信号中的时间估计信息和前导信号特征重构信息；

s410，获取前导信号特征重构需要的数据，具体包括：将第一个处理单元的前导信号特征重构信息和第二个处理单元的前导信号特征重构信息级联，获得第一前导信号特征重构信息向量，将第二个处理单元的前导信号特征重构信息和第三个处理单元的前导信号特征重构信息级联，获得第二前导信号特征重构信息向量，依次级联，直到获得最后一个前导信号特征重构信息向量；进而获取所述第一前导信号特征重构信息向量对应的第一前导信号特征重构信息时间采样向量，第二前导信号特征重构信息向量对应的第二前导信号特征重构信息时间采样向量，依次获取，直到获取最后一个前导信号特征重构信息向量对应的前导信号特征重构信息时间采样向量；

s420，获取数据信号特征重构需要的数据，具体包括：获得第一处理单元中的数据信号，称为第一数据向量，第二时隙中的数据信号，称为第二数据向量，依次获取，直到获取最后一个数据向量；所述数据信号对应的数据时间采样向量；进而获取第一数据向量对应的第一数据时间采样向量，第二数据向量对应的第二数据时间采样向量，依次获取，直到获取最后一个数据向量对应的数据时间采样向量；

s430，对所述第一前导信号特征重构信息向量，进行傅里叶变换，获得第一前导信号特征重构信息变换向量；进而对所述第一前导信号特征重构信息变换向量与协议中定义的单位前导信号，以及wlan发射机额定功率进行，比较计算，获得第一前导信号特征信息；进而对第二前导信号特征重构信息向量以及后续所有前导信号特征重构信息向量进行相同处理，获得第二前导信号特征信息以及后续所有前导信号特征信息；

s440，对所述第一数据时间采样向量为第一内插时间向量，所述第一前导信号特征信息为第一原始内插数值向量，所述第一前导信号特征重构信息时间采样向量为第一原始内插时间向量进行内插计算，获得第一数据信号特征信息；进而对第二数据时间采样向量，第二前导信号特征信息以及第二前导信号特征重构信息时间采样向量进行相同处理，获得第二数据信号特征信息，依次获得所有数据信号特征信息；

s450，根据所述数据信号特征信息，对所有处理单元的数据信号进行最大似然估计计算，获得第三处理信号。

进一步的，所述第五子模块的实现方法包括：

s500，对所述第三处理信号进行降秩处理，获得wlan符号向量，具体包括：根据wlan协议中层解码矩阵结构，采用所述数据信号特征信息，对所述时频资源信号进行解正交处理，获得并行信号矩阵；进而对所述并行信号矩阵进行并串转换，获得层解码信号；

s510，对所述wlan层解码信号进行星座反映射，具体包括：对所述层解码信号，按照一个wlan时间域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，获得第四处理信号。

进一步地，所述第六子模块的实现方法包括：

s600，对所述第四处理信号进行信道解码，获得信道解码信号，具体包括：对所述第四处理信号，按照一个wlan信号频域宽度为一个处理单位，采用wbf算法，获得信道解码符号向量；

s610,对所述信道解码信号进行解扰码处理，获得第五处理信号，具体包括，对所述信道解码信号，与wlan协议定义的扰码根符号向量，进行软异或处理，获得第五处理信号。

进一步地，所述第七子模块的实现方法包括：

s700，产生wlan子帧信号，具体包括，根据wlan协议定义的子帧信号结构，采用随机信号进行仿真，获取wlan子帧信号；

s710，获得参考信号，具体包括，根据wlan协议规定的数据信号流程，对第六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wlan子帧信号中，获得参考信号。

进一步的，所述第八子模块的实现方法包括：

s800，获得距离压缩信号，具体包括，将所述第二、三、四、五、六、七、八、九、十基带信号，以一个wlan信号频域宽度符号长度为行长度，转换成第二、三、四、五、六、七、八、九、十基带矩阵；将所述参考信号以信号本身为一行，扩展到与所述第二、三、四、五、六、七、八、九、十基带矩阵相同列数的参考矩阵；进而将所述第二、三、四、五、六、七、八、九、十基带矩阵与所述参考矩阵以行为单位进行时域滤波，获得第二、三、四、五、六、七、八、九、十距离压缩信号；

s810，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；

s820，获得成像区域的二维图像，具体包括，对所述方位向时域滤波组件对系统坐标，wlan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第二、三、四、五、六、七、八、九、十距离压缩信号，以列为单位进行时域滤波，获得成像区域的第一、二、三、四、五、六、七、八、九图像。

进一步的，所述第九子模块的实现方法包括：

以所述第一图像作为基图像，分别将所述第二、三、四、五、六、七、八、九图像分别和所述第一图像作匹配计算，获得第一、二、三、四、五、六、七、八、九匹配图像，以所述第二图像和所述第一图像作匹配计算为例，具体步骤为：

s900，获得第一差值均值，具体包括：设定所述第一图像面积2/3的面积块为处理单元，将所述第一图像最左上方占被所述面积块相同面积覆盖区域为第一图像面积块；将所述面积块放置在所述第二图像的最左上方，获得第二图像面积块；进而将所述第一图像面积块和所述第二图像面积块求差值，获得面积块差值矩阵；进而依次以所述面积块差值矩阵的每个元素为中心元素，对中心元素周围所有元素进行均值计算，获得差值均值矩阵；进而对所述差值均值矩阵进行均值计算，获得第一差值均值；

s910，获得差值均值向量，具体包括：依次将面积块向左移动一位，根据所述第一差值均值的处理方法，进而产生所述第一图像与变化后的第二图像的第二差值均值。当所述面积块移动至最右边时，将所述面积块移动至下一行最左边。直至面积块移动至最右下角。每移动一次，计算进而产生差值均值。最后，将所有产生的差值均值进行组合，获得差值均值向量；

s920，获得第二匹配图像，具体包括：对所述差值均值向量求其中元素的最大值和所述最大值对应的位置；进而根据最大值对应的位置，获得对应面积块位置；进而以所述面积块位置作为起始位置，将第二图像进行循环移位，产生第二匹配图像。

进一步的，所述第十子模块的实现方法包括：

s1000，对所述第一、二、三、四、五、六、七、八、九地理匹配图像进行合并，获得地理匹配三维矩阵，具体包括：构造一个空的三维矩阵，使得所述三维矩阵的第一维长度为所述第一地理匹配图像的行长度，所述三维矩阵的第二维长度为所述第一地理匹配图像的列长度，所述三维矩阵的第三维长度为所述地理匹配图像个数；进而依次将所述第一、二、三、四、五、六、七、八、九地理匹配图像对所述三维矩阵，以第一、二维组成的平面为单位，进行填充，获得地理匹配三维矩阵；

s1010，依次对所述地理匹配三维矩阵的第三维的每个向量进行傅里叶变换变换，获得地理匹配频域矩阵。

进一步的，所述第十一子模块的实现方法包括：

s1100，构造频域二项式滤波器矩阵，具体包括：构造一个空的三维矩阵，使得所述三维矩阵的尺寸和所述地理匹配矩阵相同；依次以所述第二、三、四、五、六、七、八、九、十天线高度作为二项式的基，进行二项式计算，获得频域二项式滤波器向量；进而将所述频域二项式滤波器向量对所述三维矩阵，以第三维向量为处理单位，进行填充，获得频域二项式滤波器矩阵；

s1110，将所述频域二项式滤波器矩阵与所述地理匹配频域矩阵对应元素共轭相乘，获得地理匹配频域滤波矩阵；

s1120，将所述地理匹配频域滤波矩阵的第三维的每个向量进行傅里叶逆变换，获得三维图像。

本发明的有益效果是：本发明的三维成像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)本发明的三维成像系统为被动式系统，使用的硬件模块均为常用器件，价格低廉。

2)本发明的三维成像系统采用能力压缩的方式进行目标像点聚焦，能够提供高分辨率。

3)本方面的三维成像系统采用微波频率信号进行目标成像，不受白昼、天气的影响。

附图说明

图1是本发明提供的基于wlan信号的三维成像系统成像场景示意图。

图2是本发明提供的基于wlan信号的三维成像系统内部结构示意图。

图3是发明提供的基于wlan信号的三维成像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。

图10是第七子模块结构示意图。

图11是第八子模块结构示意图。

图12是第九子模块结构示意图。

图13是第十子模块结构示意图。

图14是第十一子模块结构示意图。

附图中的符号说明：1.wlan基站，2.三维成像系统部署所在高楼，3.成像区域，4.第一射频信号，5.第二、三、…九射频信号，6.第一天线，7.第二、三、…九天线，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.坐标接收模块，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wlan信号的三维成像系统成像场景示意图，本系统部署高楼上，成像区域3在高楼下方。wlan基站1向地面360度发射电磁波。本系统通过对从成像区域3反射的电磁波进行信号处理，获得区域目标图像。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wlan信号的三维成像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wlan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wlan基站发射的第一射频信号以及从成像区域返回的第二、三、四、五、六、七、八、九、十射频信号。信号接收模块包括天线组件，射频组件及模数转换组件。通信模块将信号接收模块输出的第一、二、三、四、五、六、七、八、九、十信号传输至所述软件模块。坐标接收模块与天线组件绑定，用于获取天线组件的实时坐标，并传输至软件模块。

所述天线组件安装在水平轨道上并在系统工作时一直处于水平移动状态。所述天线组件包括第一、二、三、四、五、六、七、八、九、十天线，其中，所述第二、三、四、五、六、七、八、九、十天线从高到低垂直部署，所述第二天线在最高处，所述第十天线在最低处，相邻天线间隔0.5米，所述三维成像系统搭载在高楼楼顶上，天线组件在楼顶上水平移动，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、三、四、五、六、七、八、九、十天线指向成像区域，用于接收所述第二、三、四、五、六、七、八、九、十射频信号。第一天线为全向天线，第二、三…十天线为定向天线。具体实施时，第二、三…十天线例如可以采用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wlan的信号频率同频，带宽为40mhz。

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、二、三…十信号。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、二、三…十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200mbps的串口通信模块。

坐标接收模块12将天线组件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，第七子模块，第八子模块，第九子模块，第十子模块，第十一子模块。

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、三…十信号从射频频段降低至基带，产生第一基带信号和第二、三…十基带信号。图4为第一子模块结构示意图，以第一信号为例，具体是：第一信号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。

第二子模块对所述第一基带信号进行第一处理，恢复所述第一基带信号的自然波形，消除时频误差，输出第一处理信号。图5为第一子模块结构示意图，该模块包括波形恢复组件，时频误差补偿组件。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信号；

其中，所述时频误差补偿组件用于获取所述自然时域波形信号的频率偏移，并进行补偿，产生第一处理信号。

所述第二子模块的实现方法包括：

s210，以一个wlan信号频域符号为处理单位，对所述第一基带信号与所述单位升余弦信号进行频域滤波，获得自然时域波形信号；

s220，根据wlan协议定义的wlan前导信号中时间估计符号向量产生移位寄存器结构，采用matlab进行仿真，获得二进制的wlan前导信号中的时间估计符号向量；

第三子模块对所述第一处理信号进行第二处理，消除电压偏移，消除正交失配，进行多载波解调制，输出第二处理信号。图6为第三子模块结构示意图，该模块包括电压偏移补偿组件，正交失配补偿组件和多载波解调制组件。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时域信号从时间域变换到频率域；

其中，所述电压偏移补偿组件用于获取所述第一处理信号的采样时间偏移，并进行补偿，获得电压偏移补偿信号；

其中，所述正交失配补偿组件用于获取所述电压偏移补偿信号正交分量和差分分量的失配，并进行补偿，进而获得正交失配补偿信号；

其中，所述多载波解调制组件对所述正交失配补偿信号进行多载波解调制，将多路多载波信号变换为单路基带信号，获得第二处理信号。

所述第三子模块的实现方法包括：

s310，对所述电压偏移补偿信号进行正交失配补偿，具体包括：对所述电压偏移补偿信号，按照一个wlan子帧为处理单位，计算所述电压偏移补偿信号同向分量与所述电压偏移补偿信号正交分量的失配值；进而对所述电压偏移补偿信号的正交分量消除所述失配值，获得正交失配补偿信号。

第四子模块对所述第二处理信号进行第三处理，完成导频信号特征重构、数据信号特征重构，数据信号相位补偿，输出第三处理信号。图7为第四子模块结构示意图，该模块包括数据前导资源反映射组件，前导信号特征重构组件，数据信号特征重构组件，数据相位补偿组件。

其中，所述数据前导资源反映射组件用于对所述第二处理信号的数据和前导进行分离，分别提取出数据信号和前导信号；

其中，所述前导信号特征重构组件用于通过对所述前导信号进行信号特征重构处理获得前导信号特征信息；

其中，所述数据信号特征重构组件用于通过对所述前导信号特征信息和数据信号进行信号特征重构处理获得数据信号特征信息；

其中，所述数据相位补偿组件用于对数据前导资源反映射组件输出的数据信号和所述数据信号特征信息进行频域滤波，获得第三处理信号。

所述第四子模块的实现方法包括：

s450，根据所述数据信号特征信息，对所有处理单元的数据信号进行最大似然估计计算，获得第三处理信号。

第五子模块对所述第三处理信号进行第四处理，完成数据资源反映射，层解码，星座反映射，输出第四处理信号。图8为第五子模块结构示意图，该模块包括层解码组件，星座反映射组件。

其中，所述层解码组件对所述多载波解调制组件输出的单路基带信号进行空时逆变换，获得层解码信号；

其中，所述星座反映射组件用于对所述层解码信号进行星座反映射，获得第四处理信号。

所述第五子模块的实现方法包括：

第六子模块对所述第四处理信号进行信道解码和解扰码处理，输出第五处理信号。图9为第六子模块结构示意图，该模块包括信道解码组件以及解扰码组件。

其中，所述信道解码组件对所述第四处理信号进行信道解码，获得信道解码信号；

其中，所述解扰码组件对所述信道解码信号进行解扰码处理，获得第五处理信号。

所述第六子模块的实现方法包括：

第七子模块对第六子模块输出的第五处理信号进行调制编码处理并结合wlan标准帧结构，输出参考信号。图10为第七子模块结构示意图，该模块包括帧信号生成组件和资源映射组件。

其中，所述帧信号生成组件产生wlan信号的子帧信号；

其中，所述资源映射组件将第五处理信号和所述子帧信号进行资源映射，获得参考信号。

所述第七子模块的实现方法包括：

s700，产生wlan子帧信号，具体包括，根据wlan协议定义的子帧信号结构，采用随机信号进行仿真，获取wlan子帧信号；

第八子模块对第七子模块输出的参考信号、第一子模块输出的第二、三、四、五、六、七、八、九、十基带信号，坐标接收模块获取的天线组件坐标以及wlan基站坐标进行二维时域滤波处理，获取成像区域的第一、二、三、四、五、六、七、八、九图像。图11为第八子模块结构示意图，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、三、四、五、六、七、八、九、十基带信号进行距离向时域滤波，获得第二、三、四、五、六、七、八、九、十距离压缩信号。

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天线组件坐标，wlan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；进而对所述第二、三、四、五、六、七、八、九、十距离压缩信号和方位向参考信号进行方位向时域滤波，获得成像区域的第一、二、三、四、五、六、七、八、九图像。

所述第八子模块的实现方法包括：

第九子模块将第八子模块输出的第一、二、三、四、五、六、七、八、九图像进行地理匹配处理，获得第一、二、三、四、五、六、七、八、九地理匹配图像。图12为第九子模块结构示意图，该模块包括差值均值计算组件和匹配图像获取组件。

其中，所述差值均值计算组件对所述第一图像和任意其他图像进行差值均值计算，获得差值均值向量。

其中，所述匹配图像获取组件采用差值均值向量的最大值和最大值所在位置，获取地理匹配图像。

所述第九子模块的实现方法包括：

以所述第一图像作为基图像，分别将所述第二、三、四、五、六、七、八、九图像分别和所述第一图像作匹配计算，获得第一、二、三、四、五、六、七、八、九匹配图像。以所述第二图像和所述第一图像作匹配计算为例，具体步骤为：

第十子模块将第九子模块输出的第一、二、三、四、五、六、七、八、九地理匹配图像进行合并，形成地理匹配三维矩阵；进而对所述地理匹配三维矩阵沿第三维进行时频变换，获得地理匹配频域矩阵。图13为第十子模块结构示意图，该模块包括图像合并组件和傅里叶变换组件。

其中，所述图像合并组件对所述第一、二、三、四、五、六、七、八、九地理匹配图像进行合并处理，形成地理匹配三维矩阵。

其中，所述傅里叶变换组件对所述地理匹配三维矩阵沿第三维进行时频变换，获得地理匹配频域矩阵。

所述第十子模块的实现方法包括：

s1010，依次对所述地理匹配三维矩阵的第三维的每个向量进行傅里叶变换变换，获得地理匹配频域矩阵。

第十一子模块将第十子模块输出的地理匹配频域矩阵的第三维进行频率二项式滤波，获得地理匹配频域滤波矩阵；进而对所述地理匹配频域滤波矩阵的第三维进行傅里叶逆变换，获得三维图像。图14为第十一子模块结构示意图，该模块包括频率二项式滤波组件和傅里叶逆变换组件。

其中，所述频率二项式滤波组件对所述地理匹配频域矩阵第三维进行频域二项式滤波，获得地理匹配频域滤波矩阵。

其中，所述傅里叶逆变换组件对所述地理匹配频域滤波矩阵第三维进行傅里叶逆变换，获得三维图像。

所述第十一子模块的实现方法包括：