[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

本發明公開了一種到達角估計的裝置及方法，裝置包括信號轉換模塊、混合雙極化天線陣列和到達角估計模塊，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；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。本發明利用混合雙極化陣列輸出信號合并，提高接收信號信噪比，使得到達角估計精度及收斂速度性能提高。

技術領域

本發明屬于通信技術領域，涉及一種到達角估計的裝置及方法。

背景技術

毫米波頻段具有相當大的頻譜資源，可以為未來的無線通信系統提供高速率的數據傳輸。基于毫米波的應用在近些年來也受到很多關注，例如在目標跟蹤，檢測和感知方面。毫米波信號傳播以視線傳播為主，因此來波到達角的信息對于接收機解調非常重要。目前，一般采用單極化天線接收信號來進行到達角估計，對于具有極化特性的來波，這很可能會造成接收信號功率損失，從而造成到達角估計性能的下降。

傳統的數字天線陣列要求每根天線連接一個射頻鏈路實現聯合的信號處理，盡管可以獲得很好的性能，但是其實現所帶來的硬件成本，功率消耗和實時信號處理復雜度很高。特別針對未來大規模陣列應用，數字陣列難于實現。然而，混合天線陣列可以解決以上帶來的問題，為基于陣列的收發機設計提供一種實際的解決方法。混合陣列由多個模擬子陣構成，每個子陣連接一個數字鏈路。這種結構既可以提供陣列天線增益，也可以提供復用增益。

目前，在采用混合單一極化陣列進行到達角估計時，常采用差分波束搜索方法，該方法主要包括以下步驟：

步驟一：對所有相鄰子陣輸出的基帶信號進行相關運算得到輻角估計；

步驟二：利用輻角信息設定多個初始波束搜索方向，依次對所有相移器和數字波束成型的加權系數進行設置；

步驟三：分別計算波束成型輸出功率，確定最大功率對應的波束為備選波束；

步驟四：在備選波束的方向估計到達角。

當接收信噪比低或者來波極化方向與天線極化方向不匹配的時候，步驟一中輻角估計準確度降低，導致步驟二中波束搜索方向不準確；同時步驟三中輸出功率變小引起相位模糊度識別變難，從而導致到達角估計的精度下降以及估計收斂速度變慢。

發明內容

為解決上述問題，本發明的目的在于提供一種提高接收信噪比，從而提高到達角估計的精度和收斂速度，以及相位模糊度的識別能力的到達角估計的裝置及方法。

為實現上述目的，本發明的技術方案為：

一種到達角估計的裝置，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。

優選地，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。