[发明专利]一种矢量传感器阵列的误差估计方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种矢量传感器阵列的误差估计方法及装置。

背景技术

在无线通信系统中，使用天线阵列可增加系统信道容量，从而为用户提供更高的数据传输速率。一种重要的天线阵列称为矢量传感器阵列。矢量传感器阵列的每个阵元最多可以有6个传感器，包括3个在三维空间中相互垂直，长度相等的线状传感器(如图1所示)和3个在三维空间中相互垂直，面积相等的正方形环状传感器(如图2所示)。其中线状传感器用于感应电场，而环状传感器用于感应磁场。对一个方向确定的来波信号，矢量传感器阵列的一个阵元将最多产生6路接收信号，实际应用中，可能会只采用3个电场感应器或3个磁场感应器。

来波方向估计和波束形成是天线阵列的两大主题。基于矢量传感器阵列，研究者提出了大量基于矢量传感器阵列特性的来波方向估计和波束形成方法。以下文献给出了一些例子：“基于矢量传感器阵列的信号多参数估计方法”，电路与系统学报，2006年第3期；“基于矢量传感器的高分辨频率估计算法研究”，《哈尔滨工程大学学报》，2007年第3期；“一种基于矢量传感器阵的盲波束形成方法研究”，《仪器仪表学报》，2007年第4期。

以上文献中的来波方向估计方法和波束形成方法都基于一个假设，即矢量传感器阵列的安装位置完全准确，并且矢量传感器具有理想的阵列响应，即幅度响应为1，相位响应为0。天线阵列在实际应用中，由于不同传感器老化程度的不同，很难保证所有传感器都具有理想响应。同时，阵元在安装或使用的过程也可能出现位置偏差和朝向偏差。所有这些误差都将影响天线阵列的性能，特别是在来波方向估计方面的性能。因此，对矢量感应器阵列的误差估计和校正，成为一个重要课题，目前已有盲校正方法和基于参考信号的误差估计和校正方法。其中，基于参考信号的误差估计和校正方法，其缺点在于：1)必须有用于产生参考信号的硬件设备，并且必须精确知道信号的方向角，这增加了系统的复杂度；2)参考信号相对用户信号是干扰，因此参考信号的使用相当于增加了系统的干扰水平。现有的盲校正方法的缺陷在于：需要通过参考信道将发送信号传输到基站端，并需要估计参考信道和实际信道的时延差，实际也相当于在接收端产生一个参考信号，其系统复杂度较高。

从以上分析可以看出，在对矢量传感器阵列进行误差估算时，现有技术的方法都需要角度已知的参考信号，因而系统复杂度高；同时，现有技术只能对矢量传感器阵列的通道误差，即幅度响应误差和相位响应误差进行校正，不能进一步区分阵元的位置误差以及朝向误差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种矢量传感器阵列的误差估计方法及装置，无需使用参考信号即可实现对阵列的误差估计。

为解决上述技术问题，本发明提供方案如下：

一种矢量传感器阵列的误差估计方法，包括：

步骤A，计算所述矢量传感器阵列对来波信号的阵列响应估计结果，并对所述阵列响应估计结果进行分解，得到所述矢量传感器阵列中的每个阵元的阵元响应估计结果；

步骤B，对所述矢量传感器阵列中的每个阵元，在忽略阵元的朝向误差和位置误差的情况下，根据所述阵元响应估计结果，估计所述每个阵元的来波信号方向和通道误差；

步骤C，对于每个阵元，在忽略阵元的位置误差的情况下，根据参考阵元的来波信号方向的估计结果、所述每个阵元的阵元响应估计结果、和所述每个阵元的通道误差的估计结果，估计所述每个阵元的朝向误差，所述参考阵元是从所述矢量传感器阵列所有阵元中任意选择的一个阵元；

步骤D，根据所述参考阵元的来波信号方向的估计结果、所述每个阵元的阵元响应估计结果、所述每个阵元的通道误差的估计结果、和所述每个阵元的朝向误差的估计结果，估计所述每个阵元的阵元位置误差。

优选地，上述方法中，所述步骤A中，所述计算所述矢量传感器阵列对来波信号的阵列响应估计结果包括：

步骤A1，根据预先获得的所述来波信号的载波频率，对所述来波信号进行相干解调，提取得到所述来波信号对应的接收信号；

步骤A2，计算所述来波信号对应的接收信号的自相关矩阵，并对所述自相关矩阵进行一次特征值分解，选取最大特征值对应的特征向量作为所述来波信号的阵列响应估计结果。

优选地，上述方法中，所述步骤B包括：

步骤B1，对所述每个阵元，根据未知的所述每个阵元的来波信号方向和未知的所述每个阵元的通道误差，构造来波信号的第一阵列流型；