[發明專利]一種基于二維矩陣束的時延與角度聯合估計方法

在審

• 申請號: 201810331151.3
• 申請日: 2018-04-13
• 公開（公告）號: CN108761383A
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發明（設計）人: 李海文;余剛;肖玲娜;黃偉;林勝斌;范曄
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍陸軍工程大學
• 主分類號: G01S5/02
• 分類號: G01S5/02;G01S5/06
• 代理公司: 重慶市恒信知識產權代理有限公司 50102
• 代理人: 劉小紅;陳棟梁

本發明請求保護一種基于二維矩陣束的時延與角度聯合估計方法，屬于無線定位技術領域，包括步驟：根據各陣元上的信道頻域響應矢量，從頻率和空間兩個維度對含有時延和角度參數信息矢量的數據進行重構，進而構建擴展陣元的增強型數據矩陣，并利用二維矩陣束方法實現時延與角度的聯合估計。本發明的優點是在單快拍、低信噪比條件下估計精度遠高于求根多重信號分類方法，相比于一維矩陣束方法，以較小的復雜度代價獲得了估計性能的較大提升，估計效率高；同時以閉式解求解，避免了偽譜峰值搜索，僅通過單接收機就可以確定目標的位置坐標，減少了定位系統的開銷。

技術領域

本發明屬于無線定位技術領域，具體涉及一種基于二維矩陣束的時延與角度聯合估計方法。

背景技術

由于在頻譜效率、對抗多徑衰落、實現復雜度低等方面具有顯著優勢，正交頻分復用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技術已被廣泛應用于IEEE802.11a/g/n/ac、OFDM新體制雷達、衛星通信系統、WiMAX系統、3GPP LTE/LTE-Advanced及5G移動通信等系統中。在享用OFDM技術提供數據服務的同時，軍民各方對無線目標定位信息的需求也日益增加。因此，利用 OFDM陣列天線接收系統實現對目標信號的準確定位成為了當前研究熱點。

定位參數估計可分為：目標信號到達時間(Time of Arrival，TOA)，到達角度(Angle of Arrival，AOA)，到達時間差和接收信號強度等，其中TOA是無線定位中常用的測距方法。若同時利用陣列天線獲得信號AOA進行聯合估計，那么一個接收機就能鎖定目標源的位置，可有效減少定位系統的開銷。利用 2D-MUSIC子空間類方法可以實現TOA和AOA的聯合估計，但計算復雜度極高，難以實際應用，而在給定固定計算量的同時也限制了其估計的精度，但最重要的一點是都需要大樣本觀測數據。

子空間類方法在慢時變、多快拍的情況下能獲得優異的估計性能，但在實際應用中，尤其是處理短時突發信號或快速運動目標信號時，只有單快拍數據可用，由于協方差矩陣的秩虧損，使得時延和角度估計性能急劇下降。解決辦法一般是采用空間平滑類技術使協方差矩陣滿秩，但會造成有效陣元和帶寬的損失，因此參數估計性能也受到了影響。

矩陣束(Matrix Pencil,MP)方法不需要計算信號的協方差矩陣，能直接對接收到的信號數據進行處理，同時具有超分辨率、計算速度快的優勢，只需單快拍就能估計定位參數，同時針對多徑環境中的相干信號，也不用采用空間平滑處理就能完成參數估計。缺點是對信噪比要求高。

結合OFDM信號自身特點，為保證在單快拍、低信噪比條件下二維定位參數估計性能不下降，目前幾乎無較好的解決方案。

發明內容

本發明旨在解決以上現有技術的問題。提出了一種提高了時間和空間分辨能力，通過求閉式解，避免了偽譜峰搜索，計算速度快，能降低接收機的開銷，實現了單快拍數據在低信噪比下的高精度參數聯合估計的基于二維矩陣束的時延與角度聯合估計方法。本發明的技術方案如下：

一種基于二維矩陣束的時延與角度聯合估計方法，其包括以下步驟：

步驟1：對單陣元接收到的OFDM信號，估計出其信道頻域響應矢量，采用單陣元信道頻域響應矢量對含有時延和角度信息的參數矢量進行重構，得到M個擴展陣元的信道頻域響應信息重構矢量矩陣；

步驟2：根據步驟1得到的M個擴展陣元的信道頻域響應信息重構矢量矩陣，從空間和頻率兩個方面得到空間二維信道頻域響應數據矩陣和空間二維信道頻域響應數據矩陣對應的增廣矩陣X_e；