[發(fā)明專利]基于可重構(gòu)智能表面互質(zhì)線陣的波達(dá)方向估計方法

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• 申請日: 2022-03-28
• 公開（公告）號: CN114839590A
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蘭天宇;黃開枝;金梁;許曉明;鐘州;樓洋明;陳亞軍;肖帥芳;楊杰;牛戈;耿增超;楊金梅;王益龍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍戰(zhàn)略支援部隊信息工程大學(xué);網(wǎng)絡(luò)通信與安全紫金山實驗室
• 主分類號: G01S3/14
• 分類號: G01S3/14
• 代理公司: 鄭州大通專利商標(biāo)代理有限公司 41111
• 代理人: 劉瑩瑩

本發(fā)明提供一種基于可重構(gòu)智能表面互質(zhì)線陣的波達(dá)方向估計方法。該方法包括：步驟1：將可重構(gòu)智能表面構(gòu)造為等效均勻線陣；步驟2：選擇多組互質(zhì)數(shù)對，作為可重構(gòu)智能表面互質(zhì)線陣的子陣列配置參數(shù)；步驟3：在不同時刻，按照所述子陣配置參數(shù)控制可重構(gòu)智能表面以構(gòu)造子陣列并立即進(jìn)行信號接收，不同時刻下構(gòu)造的子陣列共同組成可重構(gòu)智能表面互質(zhì)線陣；步驟4：對所述可重構(gòu)智能表面互質(zhì)線陣的接收信號進(jìn)行預(yù)處理，構(gòu)造等效差分陣列接收信號；步驟5：基于子空間分解算法對所述等效差分陣列接收信號進(jìn)行DOA估計，得到DOA估計結(jié)果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及陣列信號處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于可重構(gòu)智能表面互質(zhì)線陣的波達(dá)方向估計方法。

背景技術(shù)

隨著無線通信系統(tǒng)的代際演進(jìn)，越來越多的無線通信設(shè)備接入無線網(wǎng)絡(luò)，“萬物互聯(lián)”的愿景正逐步成為現(xiàn)實。但是，海量的接入設(shè)備帶來了兩方面挑戰(zhàn)。首先，接入設(shè)備數(shù)量的快速上升大大增加了無線通信系統(tǒng)的系統(tǒng)容量需求，隨著通信協(xié)議的代際演進(jìn)，無線通信系統(tǒng)內(nèi)空間頻譜資源日益緊張；其次，系統(tǒng)中會同時存在大量終端進(jìn)行通信，空間中的無線信號分布密集而難以區(qū)分。為降低信號之間的互相干擾并提升系統(tǒng)容量，需要對無線電磁環(huán)境進(jìn)行精細(xì)化感知，而其中，對波達(dá)方向(DOA)進(jìn)行估計則是其中的重要基礎(chǔ)性環(huán)節(jié)。根據(jù)DOA估計得到的來波空間信息，通信雙方能夠分辨多路信號并進(jìn)行選擇性收發(fā)，從而有效降低其他信號的干擾并提升通信質(zhì)量。

目前，DOA估計已經(jīng)形成線性預(yù)測、子空間分解、信號子空間擬合等算法類。其中子空間分解類算法以多信號分類(MUSIC)算法及其后續(xù)改進(jìn)算法為典型代表。該算法首次在文獻(xiàn)[Schmidt R.,Schmidt R.O.Multiple emitter location and signal parameterestimation[J].IEEE Transactions on AntennasPropagation,1986,34(3):276-280]中被提出，其基本思想是利用信號協(xié)方差矩陣中信號子空間與噪聲子空間的正交性，對向量空間進(jìn)行劃分，從而將信號處理問題轉(zhuǎn)換為對應(yīng)向量空間的特征矩陣處理問題。隨后的一系列研究對MUSIC算法進(jìn)行了改進(jìn)。例如，基于MUSIC的平滑空間算法實現(xiàn)了使用MUSIC算法對相干信號進(jìn)行DOA估計；而求根MUSIC算法則大大減少了運(yùn)算量，并且實現(xiàn)了算法精度的提升。

MUSIC類算法的角度估計精度與陣列的信號觀測自由度成正比。對傳統(tǒng)均勻陣列，如均勻線陣(ULA)，其信號觀測自由度即是陣列中的陣元數(shù)。而受限于部署條件等因素，無法僅通過增加陣列中的陣元個數(shù)來提升其信號觀測自由度。針對這一問題，互質(zhì)陣列的概念被提出。互質(zhì)陣列(CLA)由一對陣元數(shù)互質(zhì)的ULA構(gòu)成。相較于傳統(tǒng)ULA，CLA通過對陣列結(jié)構(gòu)的設(shè)計和接收信號的預(yù)處理，簡化了陣列結(jié)構(gòu)，同時提升了陣列的信號觀測自由度。上述特點使得基于CLA的改進(jìn)MUSIC算法具備比傳統(tǒng)MUSIC算法更高的DOA估計精度。但是受陣列構(gòu)成限制，傳統(tǒng)CLA和增廣CLA的虛擬差分陣列都存在一些沒有陣元分布的位置，陣列的信號觀測自由度也因此受到了影響。與此同時，傳統(tǒng)CLA一經(jīng)部署就無法對陣列結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，無法通過改變陣列結(jié)構(gòu)的方式提升信號觀測自由度。

發(fā)明內(nèi)容

針對當(dāng)前CLA構(gòu)成不便于調(diào)節(jié)且空間觀測自由度不足導(dǎo)致的DOA估計精度受限問題，本發(fā)明提供一種基于可重構(gòu)智能表面互質(zhì)線陣的波達(dá)方向估計方法。利用RIS CLA進(jìn)行DOA估計的本發(fā)明提供一種基于可重構(gòu)智能表面互質(zhì)線陣的波達(dá)方向估計方法，包括：

步驟1：將可重構(gòu)智能表面構(gòu)造為等效均勻線陣；

步驟2：選擇多組互質(zhì)數(shù)對，作為可重構(gòu)智能表面互質(zhì)線陣的子陣列配置參數(shù)；

步驟3：在不同時刻，按照所述子陣配置參數(shù)控制可重構(gòu)智能表面以構(gòu)造子陣列并立即進(jìn)行信號接收，不同時刻下構(gòu)造的子陣列共同組成可重構(gòu)智能表面互質(zhì)線陣；

步驟4：對所述可重構(gòu)智能表面互質(zhì)線陣的接收信號進(jìn)行預(yù)處理，構(gòu)造等效差分陣列接收信號；