一种低时延目标跟踪方法、装置和系统

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，具体涉及一种低时延目标跟踪方法、装置和系统。

背景技术

在一些应用中，例如高速飞行的对象或者无人驾驶飞行器等中，地面终端需要持续且低时延的获取目标的位置信息。低轨卫星作为高空平台，对地面目标的感知更具有优势，基于此，通常使用低轨卫星搭载的合成孔径雷达成像，对地面目标进行扫描并成像。

但是，低轨卫星收发通信信号和收发感知信号的频段接近，因此，低轨卫星的通信过程和成像感知过程无法同时进行。若地面终端想要获得感知信息，通常需要至少两个低轨卫星配合作业，至少两个低轨卫星中的一个对地面目标进行感知，之后，将感知信息传输给另一个低轨卫星，另一个低轨卫星将感知信息进行处理之后发送给地面终端。可见，由于低轨卫星的通信过程和成像感知过程无法同时进行，导致地面终端获得目标的感知信息，存在较大时延，无法实现低时延目标跟踪。

发明内容

本发明目的在于提供一种低时延目标跟踪方法、装置和系统，解决地面终端无法低时延实时进行目标跟踪等技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种低时延目标跟踪方法，用于低轨卫星，所述方法包括：

在第一时长内，周期性向测绘区域发送线性调频信号，以及获得所述线性调频信号对应的感知数据，所述感知数据包括所述测绘区域在所述第一时长内的图像数据；

将所述感知数据调制为通信数据；

在第二时长内，将所述通信数据发送到地面终端，以使所述地面终端解调所述通信数据，以及根据解调后的通信数据获得所述测绘区域在所述第一时长内的图像，及根据所述图像获得待跟踪目标的最新位置信息；

接收来自所述地面终端的上行感知数据，以及从所述上行感知数据中获得所述待跟踪目标的最新位置信息；

根据所述待跟踪目标的最新位置信息调整线性调频信号的配置信息，并重复执行在第一时长内，周期性向测绘区域发送线性调频信号，以及获得所述线性调频信号对应的感知数据的操作。

一些可选的实施方式中，所述周期性向测绘区域发送线性调频信号，包括：

在第一时长内，按照预设脉冲重复频率PRF向所述测绘区域发送所述线性调频信号，所述线性调频信号的配置信息根据所述待跟踪目标在所述测绘区域中的第一位置信息得到。

一些可选的实施方式中，所述将所述感知数据调制为通信数据的调制方式为以下任意一种：正交频分复用技术OFDM、码分多址调制CDMA或多载波调制。

一些可选的实施方式中，所述根据所述待跟踪目标的最新位置信息调整线性调频信号的配置信息包括：

从所述上行感知数据中获得第二线性调频信号；

从所述第二线性调频信号中获得所述地面终端在第二时长内的位置信息；

根据所述待跟踪目标的最新位置信息和所述地面终端的位置信息调整线性调频信号的配置信息。

根据本发明实施例的另一个方面，提供了一种低时延目标跟踪方法，应用于地面终端，所述方法包括：

在第二时长内，接收通信数据，所述通信数据是低轨卫星在第一时长内，周期性向测绘区域发送线性调频信号，以及调制所述线性调频信号对应的感知数据得到的；

解调所述通信数据，得到所述测绘区域在所述第一时长内的图像数据；

根据所述图像数据获得所述测绘区域在所述第一时长内的图像；

从所述第一时长内的图像中获得待跟踪目标的最新位置信息；

根据所述待跟踪目标的最新位置信息调制得到上行感知数据；

将所述上行感知数据发送到所述低轨卫星，以使所述低轨卫星根据所述待跟踪目标的最新位置信息调整线性调频信号的配置信息，并重复执行在第一时长内，周期性向测绘区域发送线性调频信号，以及获得所述线性调频信号对应的感知数据的操作。

一些可选的实施方式中，所述根据所述待跟踪目标的最新位置信息调制得到上行感知数据，包括：

使用目标调制方式调制所述待跟踪目标的最新位置信息，得到所述上行感知数据，所述目标调制方式是指调制得到所述通信数据的调制方式。

一些可选的实施方式中，所述根据所述待跟踪目标的最新位置信息调制得到上行感知数据，还包括：

生成第二线性调频信号，所述第二线性调频信号的频率和脉冲宽度与所述低轨卫星发送的线性调频信号的频率和脉冲宽度相同；

通过相移键控PSK调制方式将所述待跟踪目标的最新位置信息携带在所述第二线性调频信号之中；

在包含所述待跟踪目标的最新位置信息的第二线性调频信号内插入有预定义相位的参考信号，以得到所述上行感知数据。

一些可选的实施方式中，所述第二线性调频信号还包括：校验结果，所述校验结果是所述地面终端对所述通信数据进行解码并校验得到的结果。

根据本发明实施例的另一个方面，提供了一种低时延目标跟踪装置，用于低轨卫星，所述装置包括：

第一收发模块，在第一时长内，周期性向测绘区域发送线性调频信号，以及获得所述线性调频信号对应的感知数据，所述感知数据包括所述测绘区域在所述第一时长内的图像数据；在第二时长内，将所述通信数据发送到地面终端，以使所述地面终端解调所述通信数据，以及根据解调后的通信数据获得所述测绘区域在所述第一时长内的图像，及根据所述图像获得待跟踪目标的最新位置信息；接收来自所述地面终端的上行感知数据；

第一调制模块，用于将所述感知数据调制为通信数据；

第一解调模块，用于从所述上行感知数据中获得所述待跟踪目标的最新位置信息；

第一处理模块，用于根据所述待跟踪目标的最新位置信息调整线性调频信号的配置信息，并重复执行在第一时长内，周期性向测绘区域发送线性调频信号，以及获得所述线性调频信号对应的感知数据的操作。

根据本发明实施例的另一个方面，提供了一种低时延目标跟踪装置，用于地面终端，所述装置包括：

第二收发模块，在第二时长内，接收通信数据，所述通信数据是低轨卫星在第一时长内，周期性向测绘区域发送线性调频信号，以及调制所述线性调频信号对应的感知数据得到的；将所述上行感知数据发送到所述低轨卫星，以使所述低轨卫星根据所述待跟踪目标的最新位置信息调整线性调频信号的配置信息，并重复执行在第一时长内，周期性向测绘区域发送线性调频信号，以及获得所述线性调频信号对应的感知数据的操作；

第二解调模块，解调所述通信数据，得到所述测绘区域在所述第一时长内的图像数据；

第二处理模块，用于根据所述图像数据获得所述测绘区域在所述第一时长内的图像；从所述第一时长内的图像中获得待跟踪目标的最新位置信息；

第二调制模块，根据所述待跟踪目标的最新位置信息调制得到上行感知数据。

根据本发明实施例的另一个方面，提供了一种通信系统，包括至少一个低轨卫星和至少一个地面终端，所述至少一个低轨卫星中的每个低轨卫星用于执行权利要求1-4中任一项所述的方法；所述至少一个地面终端用于执行权利要求5-8中所述的方法。

根据本发明实施例的另一个方面，提供了一种计算机存储介质，所述存储介质中存储有至少一可执行指令，所述可执行指令运行时使计算设备执行如权利要求1-8中任一项所述的低时延目标跟踪方法。

根据本发明上述实施例提供的方案，提供了一种低时延目标跟踪方法，用于低轨卫星，所述方法包括：在第一时长内，周期性向测绘区域发送线性调频信号，以及获得所述线性调频信号对应的感知数据，所述感知数据包括所述测绘区域在所述第一时长内的图像数据；将所述感知数据调制为通信数据；在第二时长内，将所述通信数据发送到地面终端，以使所述地面终端解调所述通信数据，以及根据解调后的通信数据获得所述测绘区域在所述第一时长内的图像，及根据所述图像获得待跟踪目标的最新位置信息；接收来自所述地面终端的上行感知数据，以及从所述上行感知数据中获得所述待跟踪目标的最新位置信息；根据所述待跟踪目标的最新位置信息调整线性调频信号的配置信息，并重复执行在第一时长内，周期性向测绘区域发送线性调频信号，以及获得所述线性调频信号对应的感知数据的操作。

由于低轨卫星通信使用的频段与合成孔径雷达成像感知使用的频段接近，例如二者均可以使用Ka波段配合相控天线来进行信号的接收和发送，因此同一波束，可以是低轨卫星通信信号的收发波束，也可以是成像感知的收发波束，基于此，可以实现低轨卫星的通信感知一体化。通过本发明实施例提供的方案，可以实现对实时跟踪目标，并能根据目标或者地面终端的最新位置进行实时调整，需要注意的是，第一时长与第二时长的时间长度均很短，对于人体的感知来说可以忽略不计，因此可以认为是低时延的实时目标跟踪。

附图说明

图1A示出了本发明实施例提供的一种低时延目标跟踪方法流程图；

图1B示出了本发明实施例提供的一种具体的低时延目标跟踪方法流程图；

图2示出了本发明实施例提供的其中一种低轨卫星在一个感知通信周期内收发的信号示意图；

图3示出了本发明实施例提供的其中一种将感知数据调制为通信数据的调制方法流程图；

图4示出了本发明实施例提供的应用于地面终端的一种低时延目标跟踪方法流程图；

图5示出了本发明实施例提供的其中一种地面终端解调通信数据再进行处理调制的流程图；

图6示出了本发明实施例提供的其中一种低轨卫星在一个感知通信周期内收发的信号示意图；

图7示出了本发明实施例提供的其中一种地面终端解调通信数据再进行处理调制的流程图；

图8示出了本发明实施例提供的其中一种上行感知数据的示意图；

图9示出了本发明实施例提供的其中一种地面终端成像示意图；

图10示出了本发明实施例提供的一种低时延目标跟踪装置的结构示意图；

图11示出了本发明实施例提供的用于地面终端的一种低时延目标跟踪装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

图1A示出了本发明实施例提供的一种低时延目标跟踪方法流程图。如图1A所示，该方法包括以下步骤：

步骤11，在第一时长内，周期性向测绘区域发送线性调频信号，以及获得所述线性调频信号对应 的感知数据，所述感知数据包括所述测绘区域在所述第一时长内的图像数据；

步骤12，将所述感知数据调制为通信数据；

步骤13，在第二时长内，将所述通信数据发送到地面终端，以使所述地面终端解调所述通信数据，以及根据解调后的通信数据获得所述测绘区域在所述第一时长内的图像，及根据所述图像获得待跟踪目标的最新位置信息；

步骤14，接收来自所述地面终端的上行感知数据，以及从所述上行感知数据中获得所述待跟踪目标的最新位置信息；

步骤15，根据所述待跟踪目标的最新位置信息调整线性调频信号的配置信息，并重复执行在第一时长内，周期性向测绘区域发送线性调频信号，以及获得所述线性调频信号对应的感知数据的操作。

图1B示出了本发明实施例提供的一种具体的低时延目标跟踪方法流程图，该实施例中，低轨卫星使用收发波束周期性的交替发送感知帧和通信帧，来实现低时延目标跟踪。其中，感知帧包括周期向测绘区域发送线性调频信号，并在发送间隔内接收回波信号，进一步，对回波信号进行调制以得到通信数据。通信帧包括下行帧和上行帧，低轨卫星在下行帧发送调制好的通信数据。地面终端对通信数据进行解调，得到测绘区域的图像数据，并进一步获得待跟踪目标的最新位置信息，并在上行帧发送调制好的上行感知数据。低轨卫星在上行帧接收地面终端发送的上行感知数据，并进行处理，调整线性调频信号的配置信息，完成一次感知通信的过程，之后循环进行上述操作，实现低时延目标持续跟踪。

在本发明一些实施方式中，图2示出了本发明实施例提供的其中一种低轨卫星在一个感知通信周期内收发的信号示意图，如图2所示，低轨卫星交替发送感知帧和通信帧，每个通信帧内包括至少一个下行帧和至少一个上行帧，在下行帧和上行帧之间包含一个保护间隔。一个下行帧或上行帧包括至少一个OFDM部分，该调制信号包括循环前缀（CP）部分和OFDM符号部分（OFDM）。

在本发明一些实施方式中，所述周期性向测绘区域发送线性调频信号，包括：

在第一时长内，按照预设脉冲重复频率PRF向所述测绘区域发送所述线性调频信号，所述线性调频信号的配置信息根据所述待跟踪目标在所述测绘区域中的第一位置信息得到。

该实施例中，线性调频信号的配置信息根据所述待跟踪目标在所述测绘区域中的第一位置信息得到，第一位置信息是根据上一个通信感知周期得到的。

在本发明一些实施方式中，图3示出了本发明实施例提供的其中一种将感知数据调制为通信数据的调制方法流程图，如图3所示，感传一体控制器用于控制低轨卫星向下发送线性调频信号和下行帧的时隙。并且，低轨卫星将雷达回波信号进行解调、量化之后重新调至到下行帧的多个OFDM符号之上，按照如图3所示的流程完成通信数据的调制。

在本发明一些实施方式中，所述将所述感知数据调制为通信数据的调制方式为以下任意一种：正交频分复用技术OFDM、码分多址调制CDMA或多载波调制。

该实施例中，图3示出了本发明可选的其中一种调制方式，当然本发明并不限于该调制方式，也可以使用其他的调制方式。

在本发明一些实施方式中，所述根据所述待跟踪目标的最新位置信息调整线性调频信号的配置信息包括：

从所述上行感知数据中获得第二线性调频信号；

从所述第二线性调频信号中获得所述地面终端在第二时长内的位置信息；

根据所述待跟踪目标的最新位置信息和所述地面终端的位置信息调整线性调频信号的配置信息。

该实施例中，除了根据待跟踪目标的最新位置信息调整配置信息之外，还可以根据地面终端的位置信息一起调整线性调频信号的配置信息。

图4示出了本发明实施例提供的应用于地面终端的一种低时延目标跟踪方法流程图，如图4所示，该方法包括以下步骤：

步骤41，在第二时长内，接收通信数据，所述通信数据是低轨卫星在第一时长内，周期性向测绘区域发送线性调频信号，以及调制所述线性调频信号对应的感知数据得到的；

步骤42，解调所述通信数据，得到所述测绘区域在所述第一时长内的图像数据；

步骤43，根据所述图像数据获得所述测绘区域在所述第一时长内的图像；

步骤44，从所述第一时长内的图像中获得待跟踪目标的最新位置信息；

步骤45，根据所述待跟踪目标的最新位置信息调制得到上行感知数据；

步骤46，将所述上行感知数据发送到所述低轨卫星，以使所述低轨卫星根据所述待跟踪目标的最新位置信息调整线性调频信号的配置信息，并重复执行在第一时长内，周期性向测绘区域发送线性调频信号，以及获得所述线性调频信号对应的感知数据的操作。

在本发明一些实施方式中，地面终端接收到通信数据以后，对通信数据进行解调获得雷达图像。图5示出了本发明实施例提供的其中一种地面终端解调通信数据再进行处理调制的流程图，如图5所示，地面终端先通过OFDM解调通信数据，得到回波信号，进一步，地面终端将回波信号输入至雷达成像算法（例如RD或CS算法）获得雷达成像图像。进一步，地面终端将图像输入至图像处理模块，图像处理模块根据预定的方法提取目标信息，例如提取一个移动中的目标车辆。进一步，地面终端根据提取目标所在雷达图像中的像素位置，生成待跟踪目标的位置信息。进一步，地面终端将生成的位置信息进行调制、IFFT、增加CP等步骤，最后在通信帧的上行帧发送。

在本发明一些实施方式中，所述根据所述待跟踪目标的最新位置信息调制得到上行感知数据，包括：

使用目标调制方式调制所述待跟踪目标的最新位置信息，得到所述上行感知数据，所述目标调制方式是指调制得到所述通信数据的调制方式。

该实施例中，调制得到上行感知数据的调制方式可以有很多种，图5示出了本发明可选的其中一种调制方式，当然本发明并不限于该调制方式，也可以使用其他的调制方式，但是需要与低轨卫星的调制方式保持一致。

在本发明一些实施方式中，所述根据所述待跟踪目标的最新位置信息调制得到上行感知数据，还包括：

生成第二线性调频信号，所述第二线性调频信号的频率和脉冲宽度与所述低轨卫星发送的线性调频信号的频率和脉冲宽度相同；

通过相移键控PSK调制方式将所述待跟踪目标的最新位置信息携带在所述第二线性调频信号之中；

在包含所述待跟踪目标的最新位置信息的第二线性调频信号内插入有预定义相位的参考信号，以得到所述上行感知数据。

该实施例中，地面终端除了对待跟踪目标的最新位置信息进行调制得到上行感知数据之外，还可以使用线性调频信号进行调制。图6示出了本发明实施例提供的其中一种低轨卫星在一个感知通信周期内收发的信号示意图，如图6所示，地面终端在上行帧内周期发送线性调频信号，以使得低轨卫星获得地面终端的当前位置信息。

该实施例中，图7示出了本发明实施例提供的其中一种地面终端解调通信数据再进行处理调制的流程图，如图7所示，地面终端先解调通信数据，得到回波信号，进一步，地面终端将回波信号输入至雷达成像算法（例如RD或CS算法）获得雷达成像图像。进一步，地面终端将图像输入至图像处理模块，图像处理模块根据预定的方法提取目标信息，例如提取一个移动中的目标车辆。进一步，地面终端根据提取目标所在雷达图像中的像素位置，生成待跟踪目标的位置信息。进一步地面终端通过PSK调制第二线性调频信号。

地面终端首先生成一个与低轨卫星发送的线性调频信号的频率和脉冲宽度相同的第二线性调频信号，由于合成孔径雷达成像依靠线性调频信号的幅度进行处理，因此调制方式需要保证幅度一致，也就是说使用线性调频信号的相位来携带扫描参数。假设

图8示出了本发明实施例提供的其中一种上行感知数据的示意图，如图8所示，为一个调制好的第二线性调频信号，即上行感知数据，随后将上行感知数据发送给低轨卫星。低轨卫星接收到上行感知数据进行解调，得到第二线性调频信号，低轨卫星将第二线性调频信号输入至合成孔径雷达成像算法，获得地面终端在成像中的位置。此时，由于地面终端发送线性调频信号相当于测绘区域内存在唯一一个强反射点，因此成像结果将为一个图像中仅存一个幅度值较大的像素点，该像素点对应地面终端的位置信息，图9示出了本发明实施例提供的其中一种地面终端成像示意图。同时低轨卫星还能得到待跟踪目标的最新位置信息和所述地面终端的位置信息，并根据这些信息调整下一个通信感知周期内的线性调频信号的配置信息，以实现对待跟踪目标的持续跟踪。

在本发明一些实施方式中，所述第二线性调频信号还包括：校验结果，所述校验结果是所述地面终端对所述通信数据进行解码并校验得到的结果。

该实施例中，在下行帧内，低轨卫星通过下行帧发送了回波信号，并且该信号是经过信道编码的，该编码还应用循环冗余校验（Cyclic Redundancy Check）。因此，地面终端能够对接收的下行帧进行信道解码并校验数据包的正确性，在发生校验错误时，地面终端应能够反馈接收结果。因此在第二线性调频信号中，还包括校验结果。因此，用于调制Chirp信号的信号流为

图10示出了本发明实施例提供的一种低时延目标跟踪装置100的结构示意图，如图10所示，该装置包括：

第一收发模块101，在第一时长内，周期性向测绘区域发送线性调频信号，以及获得所述线性调频信号对应的感知数据，所述感知数据包括所述测绘区域在所述第一时长内的图像数据；在第二时长内，将所述通信数据发送到地面终端，以使所述地面终端解调所述通信数据，以及根据解调后的通信数据获得所述测绘区域在所述第一时长内的图像，及根据所述图像获得待跟踪目标的最新位置信息；接收来自所述地面终端的上行感知数据；

第一调制模块102，用于将所述感知数据调制为通信数据；

第一解调模块103，用于从所述上行感知数据中获得所述待跟踪目标的最新位置信息；

第一处理模块104，用于根据所述待跟踪目标的最新位置信息调整线性调频信号的配置信息，并重复执行在第一时长内，周期性向测绘区域发送线性调频信号，以及获得所述线性调频信号对应的感知数据的操作。

图11示出了本发明实施例提供的用于地面终端的一种低时延目标跟踪装置110的结构示意图，如图11所示，该装置包括：

第二收发模块111，在第二时长内，接收通信数据，所述通信数据是低轨卫星在第一时长内，周期性向测绘区域发送线性调频信号，以及调制所述线性调频信号对应的感知数据得到的；将所述上行感知数据发送到所述低轨卫星，以使所述低轨卫星根据所述待跟踪目标的最新位置信息调整线性调频信号的配置信息，并重复执行在第一时长内，周期性向测绘区域发送线性调频信号，以及获得所述线性调频信号对应的感知数据的操作；

第二解调模块112，解调所述通信数据，得到所述测绘区域在所述第一时长内的图像数据；

第二处理模块113，用于根据所述图像数据获得所述测绘区域在所述第一时长内的图像；从所述第一时长内的图像中获得待跟踪目标的最新位置信息；

第二调制模块114，根据所述待跟踪目标的最新位置信息调制得到上行感知数据。

需要说明的是，该实施例是与上述方法实施例对应的装置实施例，上述方法实施例中的所有实现方式均适用于该装置的实施例中，也能达到相同的技术效果。

本发明实施例提供了一种通信系统，包括至少一个低轨卫星和至少一个地面终端，所述至少一个低轨卫星中的每个低轨卫星用于执行上述任意方法实施例中的低时延目标跟踪方法；所述至少一个地面终端用于执行上述任意方法实施例中的低时延目标跟踪方法。

本发明实施例提供了一种计算机存储介质，所述存储介质中存储有至少一可执行指令，所述可执行指令运行时使计算设备执行上述任意方法实施例中的低时延目标跟踪方法。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。