[發明專利]一種多徑傳播環境下天線陣列流形的測定方法

有效

• 申請號: 201210403138.7
• 申請日: 2012-10-22
• 公開（公告）號: CN102882571A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 萬群;徐保根;萬義和;湯四龍;樊榮;方芳;丁學科;龔輝
• 申請（專利權）人: 電子科技大學;同方電子科技有限公司
• 主分類號: H04B7/04
• 分類號: H04B7/04;H04B17/00
• 代理公司: 成都和睿達專利代理事務所(普通合伙) 51217
• 代理人: 潘育敏

1.一種多徑傳播環境下天線陣列流形的測定方法，其特征在于：在多徑傳播環境的天線陣列的接收信號向量的模型表示基礎上，采用放置于不同方向的兩個標準信號源分別發射信號，利用這兩個標準信號源的發射信號確定兩組接收數據矩陣，實現從受到多徑傳播信號影響的天線陣列的接收信號向量中恢復標準信號源發射的信號方向對應的陣列天線方向向量，進而為天線陣列的測向提供準確的天線陣列流形；所述兩個標準信號源分別為1號標準信號源和2號標準信號源，在測定天線陣列流形時，天線陣列放置在一個轉臺上；放置在0度方向的1號標準信號源發射信號而2號標準信號源不工作的情況下轉臺轉到θ_k度時確定的天線陣列的接收信號向量x₁(θ_k)和當放置在度方向的2號標準信號源發射信號而1號標準信號源不工作的情況下轉臺轉到θ_k度時確定的天線陣列的接收信號向量，其中，k=1,2,…,K，為需要測定的天線陣列方向向量對應離散方向的個數；根據放置在0度方向的1號標準信號源發射信號而2號標準信號源不工作的情況下轉臺轉到θ_k度時確定的天線陣列的接收信號向量x₁(θ_k)和當放置在度方向的2號標準信號源發射信號而1號標準信號源不工作的情況下轉臺轉到θ_k度時確定的天線陣列的接收信號向量，確定第一組數據矩陣X₁和第二組數據矩陣X₂；利用這兩組確定的數據從受到多徑信號影響的天線陣列的接收信號向量中恢復標準信號源發射的信號方向對應的陣列天線方向向量，實現在多徑傳播環境下測定天線陣列流形。

2.如權利要求1所述的測定方法，其特征在于：多徑傳播環境下天線陣列流形的測定的具體步驟是：

初始化：確定需要測定的天線陣列方向向量對應離散方向的個數K；

步驟1．在2號標準信號源不工作的情況下，確定1號標準信號源放置在0度方向，并發射信號，在轉臺轉到方向θ_k時，通過天線陣列接收信號，確定天線陣列的接收信號向量x₁(θ_k)，k=1,2,…,K，并確定第一組數據矩陣X₁=[x₁(θ₁)??x₁(θ₂)??…??x₁(θ_K)]；

步驟2．在1號標準信號源不工作的情況下，確定2號標準信號源放置在度方向，并發射信號，在轉臺轉到方向θ_k時，通過天線陣列接收信號，確定天線陣列的接收信號向量，k=1,2,…,K，并確定第二組數據矩陣X₂=[x₂(θ₁)??x₂(θ₂)??…??x₂(θ_K)]；

步驟3．利用步驟1、2確定的第一組數據矩陣X₁和第二組數據矩陣X₂，針對每一組(λ₁,λ₂)的取值，其中λ₁=1,2,…,K/2和λ₂=1,2,…,K，先確定殘差ε(λ₁,λ₂)：

其中表示矩陣的廣義逆，g=vec(X₂)，Q=-vec(X2Pλ1)vec(X1)vec(X1Pλ2)]]>；然后確定最小的殘差ε(λ₁,λ₂)對應的(λ₁,λ₂)為(μ₁,μ₂)；

步驟4．利用步驟1、2確定第一組數據矩陣X₁和第二組數據矩陣X₂以及步驟3確定的(μ₁,μ₂)，確定向量：

其中Q~=-vec(X2Pμ1)vec(X1)vec(X1Pμ2)]]>，表示矩陣的廣義逆，g=vec(X₂)；

步驟5．利用步驟1、2確定第一組數據矩陣X₁和第二組數據矩陣X₂、步驟3確定的(μ₁,μ₂)以及步驟4確定的β1α2β2]]>，確定天線陣列流形：

其中B即為本發明測定的天線陣列流形，寫成向量的形式為B=b(θ1)b(θ2)...b(θK)]]>；

為檢驗測定的方向向量b(θ_k)與實際方向向量a(θ_k)之間的近似程度，定義二者之間的相關系數為

ρ(θk)=|aH(θk)b(θk)||aH(θk)a(θk)||bH(θk)b(θk)|]]>

相關系數越接近1，則說明測定的方向向量b(θ_k)越接近實際方向向量a(θ_k)。

3.如權利要求2所述的測定方法，其特征在于：在步驟3，先由第一組數據矩陣X₁和第二組數據矩陣X₂按照如下過程確定第一組數據矩陣X₁和第二組數據矩陣X₂中的參數λ₁、λ₂、α₁、β₁、α₂和β₂的取值，其中

λ₁為1號標準信號源發射信號時多徑傳播信號與直達傳播信號之間的方向差相對于相鄰離散方向的角度間隔的四舍五入整數倍，

λ₂為2號標準信號源發射信號時多徑傳播信號與直達傳播信號之間的方向差相對于相鄰離散方向的角度間隔的四舍五入整數倍，

α₁為1號標準信號源發射信號的幅度、β₁為1號標準信號源發射信號的多徑信號的幅度，

α₂為2號標準信號源發射信號的幅度、β₂為2號標準信號源發射信號的多徑信號的幅度；

暫不考慮噪聲，在多徑傳播環境下由天線陣列的接收信號向量組成的第一組數據矩陣X₁和第二組數據矩陣X₂的表達式分別為：

X1=α1A+β1APλ1=A(α1IM+β1Pλ1)]]>

X2=α2A+β2APλ2=A(α2IM+β2Pλ2)]]>

其中

P=01×(M-1)1IM-10(M-1)×1]]>

是左移列變換矩陣，0_1×(M-1)是M-1階元素都等于0的行向量，I_M-1是M-1階單位矩陣，0_(M-1)×1是M-1階元素都等于0的列向量，λ₁和λ₂分別對應1號和2號標準信號源發射信號時多徑傳播信號與直達傳播信號之間的方向差相對于相鄰離散方向的角度間隔的四舍五入取整的整數倍；

由第一組數據矩陣X₁和第二組數據矩陣X₂確定參數λ₁、λ₂、α₁、β₁、α₂和β₂，通過下式確定天線陣列流形，即：

其中表示矩陣的廣義逆，設定α₁=1；

由第一組數據矩陣X₁和第二組數據矩陣X₂的表達式可得：

α1X2=-β1X2Pλ1+α2X1+β2X1Pλ2]]>

設定α₁=1，上式寫成向量形式，即：g=Oh，其中g=vec(X₂)，Q=-vec(X2Pλ1)vec(X1)vec(X1Pλ2)]]>，h=β1α2β2]]>，

P=01×(M-1)1IM-10(M-1)×1]]>是左移列變換矩陣，0_1×(M-1)是M-1階元素都等于0的行向量，I_M-1是M-1階單位矩陣，0_(M-1)×1是M-1階元素都等于0的列向量，vec()表示將括號內的矩陣的所有列向量按從左到右的順序組成一個列向量。