[發明專利]一種到達角估計的裝置及方法

在審

• 申請號: 201910974901.3
• 申請日: 2019-10-14
• 公開（公告）號: CN110824414A
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: 李航;程知群
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G01S3/14
• 分類號: G01S3/14
• 代理公司: 浙江永鼎律師事務所 33233
• 代理人: 陸永強

1.一種到達角估計的裝置，其特征在于，包括信號轉換模塊、混合雙極化天線陣列和到達角估計模塊，其中，

所述信號轉換模塊將所述混合雙極化天線陣列接收到的模擬信號波束成型并轉換為數字信號；

所述到達角估計模塊將多個信號轉換模塊的輸出進行信號處理，并估計來波到達角，到達角估計模塊包括互相關計算子模塊、子陣相位控制子模塊、數字波束成型子模塊和功率計算子模塊，所述互相關計算子模塊對所有空間相鄰的信號轉換模塊的輸出信號在兩個正交極化方向分別進行互相關運算；所述子陣相位控制子模塊將互相關計算子模塊輸出的結果反饋控制信號轉換模塊；所述數字波束成型子模塊將互相關計算子模塊輸出的結果對多個信號轉換模塊輸出的信號進行加權波束成型；所述功率計算子模塊計算數字波束成型子模塊輸出信號總功率，進行比較確定波束，輸出來波到達角估計。

2.根據權利要求1所述的到達角估計的裝置，其特征在于，所述混合雙極化天線陣列包括若干個雙極化子陣，所述雙極化子陣包括若干個x軸極化陣子和y軸極化陣子。

3.根據權利要求2所述的到達角估計的裝置，其特征在于，所述信號轉換模塊包括若干x軸模擬相移器、y軸模擬相移器、x軸模擬信號合并器、y軸模擬信號合并器和轉換子模塊，所述x軸模擬相移器與x軸極化陣子數量相同，調節x軸極化陣子接收信號的相位；所述y軸模擬相移器與y軸極化陣子數量相同，調節y軸極化陣子接收信號的相位；所述x軸模擬信號合并器將x軸模擬相移器輸出的模擬信號進行合并；所述y軸模擬信號合并器將y軸模擬相移器輸出的模擬信號進行合并；所述轉換子模塊將x軸模擬信號合并器和y軸模擬信號合并器的輸出信號分別轉換到數字基帶。

4.根據權利要求1所述的到達角估計的裝置，其特征在于，所述混合雙極化天線陣列為平面陣列，包括若干雙極化子陣，每個雙極化子陣包括若干雙極化陣子，每個雙極化陣子包括x軸極化陣子和y軸極化陣子。

5.根據權利要求1所述的到達角估計的裝置，其特征在于，所述混合雙極化天線陣列為線性陣列。

6.一種采用權利要求1-5之一所述裝置的到達角估計方法，其特征在于，包括以下步驟：

S10，初始化索引p_x和p_y,其設置范圍為：

其中，M_xM_y為雙極化子陣數量，M_x和M_y分別為沿x軸和y軸方向子陣的數量；N_xN_y為每個雙極化子陣中雙極化陣子的數量，N_x和N_y分別為沿x軸極化陣子和y軸極化陣子的數量，[·]為取整操作；

S20，在互相關計算子模塊中，計算所有相鄰的信號轉換模塊輸出互相關，對兩個極化方向的信號求和，由下式分別對沿x軸和y軸方向子陣互相關結果進行濾波，得到第i個時刻濾波后的互相關R_x和R_y：

其中，為第m_yM_x+m_x個信號轉換模塊沿著t軸極化方向上的輸出信號；0＜μ＜1是濾波系數，根據仿真選擇最優的濾波系數；

S30，在子陣相位控制子模塊中，對于給定的p_x和p_y，由下式得到估算候選的x軸波束搜索方向和y軸波束搜索方向，

S40，在子陣相位控制子模塊中，對于給定的p_x和p_y，由下式對第n_yN_x+n_x個模擬相移器第i+1個時刻的相移值進行設置，

其中，n_x＝0,1,……,N_x-1,n_y＝0,1,……,N_y-1；

S50，在數字波束成型子模塊中，對于給定的p_x和p_y，由下式對第m_yM_x+m_x個信號轉換模塊沿著t軸極化方向上的輸出信號進行加權，得到并產生數字波束成型信號y^t(i,p_x,p_y)，

S60，在功率計算子模塊中，對于給定的p_x和p_y，由下式對數字波束成型子模塊的輸出總功率進行濾波，得到第i個時刻濾波后的總功率，

其中，為信號轉換模塊輸出信號的噪聲功率；0＜β＜1是濾波系數；

S70，在功率計算子模塊中，對于給定的p_x和p_y，判斷迭代的樣點數量是否達到要求；

S80，否，則進行樣點更新，返回到S20；

S90，是，則跳出循環，記錄S60得到的總功率，在功率計算子模塊中，判斷p_x和p_y是否遍歷所有情況；

S100，否，則更新p_x和p_y，返回到S20；

S110，是，則跳出循環，在功率計算子模塊中，將S90中記錄的所有總功率進行比較，并由下式找到具有最大功率對應的和

其中，I為S70中迭代樣點的要求數量，可按照角度估計的精度要求進行設定；

S120，在功率計算子模塊中，由下式進行到達角估計并輸出，

其中，和分別為來波天頂角和方位角的估計；d_x和d_y分別為沿x軸和y軸方向相鄰子陣的間距；λ為來波波長。