[發明專利]一種天線陣列來波方向的到達角估計方法

有效

• 申請號: 201811529049.0
• 申請日: 2018-12-14
• 公開（公告）號: CN109738854B
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 彭岳星;孟晗;李倩
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: G01S3/14
• 分類號: G01S3/14
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 謝安昆;宋志強

1.一種天線陣列來波方向的到達角估計方法，其特征在于，該方法包括，

從每個符號周期的接收信號中消除導頻符號，得到第一接收信號矢量；

將至少一個以上符號周期的第一接收信號矢量拼接為M×K維第一接收信號矩陣，其中，M為接收天線陣列的陣元數量，K為信號源數量；

將第一接收信號矩陣分成兩個具有最大重合度的子陣，將所述兩個子陣的每行對應元素分別進行相消處理，得到各行包含來波方向信息的第一最大重合子陣；

對所述第一最大重合子陣所有行向量的相位求平均值，得到各信號源來波方向到達角的初始估計值；

根據所述到達角的初始估計值，消除第一最大重合子陣中的到達角分量，得到第二最大重合子陣；基于第二最大重合子陣，計算得到除第一根天線陣元之外其他各陣元與第一根天線陣元的相位校準誤差之差的初始估計值；

按照如下步驟進行迭代：

歸一化第一接收信號矩陣中第一根天線的隨機誤差，得到第二接收信號；

對第二接收信號的協方差矩陣進行奇異值分解，得到信號子空間特征向量矩陣、和噪聲子空間特征向量矩陣；

基于所述信號子空間特征向量矩陣與噪聲子空間特征向量矩陣正交，根據各陣元的相位校準誤差初始估計值，構造當前代價函數，并根據各信號源來波方向到達角的初始估計值求解變換陣；

根據所述變換陣最小化當前代價函數，求解各陣元的相位校準誤差第一估計值；

通過對信號子空間特征向量矩陣的結構分解，得到兩個信號子空間特征向量子矩陣；

根據所述兩個信號子空間特征向量子矩陣和各陣元的相位校準誤差第一估計值，求解各信號源來波方向到達角第一估計值；

根據所述各陣元的相位校準誤差第一估計值、和各信號源來波方向到達角第一估計值，計算第一代價函數；

判斷第一代價函數與第二代價函數之差的絕對值是否小于預設的閾值，其中，第一次迭代時所述第二代價函數為零，

如果是，則停止迭代，并將所述各陣元的相位校準誤差第一估計值、和各信號源來波方向到達角第一估計值作為估計結果輸出，

否則，將所述各陣元的相位校準誤差第一估計值作為各陣元的相位校準誤差初始估計值，將各信號源來波方向到達角第一估計值作為各信號源來波方向到達角初始估計值，將所述第一代價函數作為第二代價函數，進行下一次迭代。

2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述每個符號周期的接收信號的信號模型為：

Y＝GAS+n

其中，是由陣元相位校準誤差構成的M維對角矩陣，diag(·)表示對角矩陣，φ_m為第m個陣元上的相位校準誤差；A＝[a(θ₁)，a(θ₂)，...，a(θ_K)]是M×K維的陣元導引矢量構成的導引矩陣，其中，

為信號導引矢量，θ_k為第k個信號源的到達角，d與λ分別是陣元間距與波長，且d＝λ/2；S是能量歸一化的導頻信號矩陣，且E{SS^H}＝I_K；n是白噪聲矢量，且有I為單位矩陣；

所述從每個符號周期的接收信號中消除導頻符號，得到第一接收信號矢量包括：按照式得到所述第一接收信號矢量，其中，為消除導頻符號后的白噪聲；

所述將第一接收信號矩陣分成兩個具有最大重合度的子陣，將所述兩個子陣的每行對應元素分別進行相消處理，得到各行包含來波方向信息的第一最大重合子陣包括，

將第一接收信號矩陣的第一行到第M-1行、K維作為第一接收信號的第一子陣，將第一接收信號矩陣的第二行到第M行、K維作為第一接收信號的第二子陣；

將所述第二子陣中的每行元素與第一子陣中的每行元素分別對應進行點除，得到(M-1)×K維第一最大重合子陣。

3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據所述到達角的初始估計值，消除第一最大重合子陣中的到達角分量，得到第二最大重合子陣包括，按照公式計算得到所述第二最大重合子陣R′，其中，R為第一最大重合子陣，θ_k為信號源k的來波方向到達角初始估計值。