[发明专利]一种天线阵列来波方向的到达角估计方法

权利要求书

1.一种天线阵列来波方向的到达角估计方法，其特征在于，该方法包括，

从每个符号周期的接收信号中消除导频符号，得到第一接收信号矢量；

将至少一个以上符号周期的第一接收信号矢量拼接为M×K维第一接收信号矩阵，其中，M为接收天线阵列的阵元数量，K为信号源数量；

将第一接收信号矩阵分成两个具有最大重合度的子阵，将所述两个子阵的每行对应元素分别进行相消处理，得到各行包含来波方向信息的第一最大重合子阵；

对所述第一最大重合子阵所有行向量的相位求平均值，得到各信号源来波方向到达角的初始估计值；

根据所述到达角的初始估计值，消除第一最大重合子阵中的到达角分量，得到第二最大重合子阵；基于第二最大重合子阵，计算得到除第一根天线阵元之外其他各阵元与第一根天线阵元的相位校准误差之差的初始估计值；

按照如下步骤进行迭代：

归一化第一接收信号矩阵中第一根天线的随机误差，得到第二接收信号；

对第二接收信号的协方差矩阵进行奇异值分解，得到信号子空间特征向量矩阵、和噪声子空间特征向量矩阵；

基于所述信号子空间特征向量矩阵与噪声子空间特征向量矩阵正交，根据各阵元的相位校准误差初始估计值，构造当前代价函数，并根据各信号源来波方向到达角的初始估计值求解变换阵；

根据所述变换阵最小化当前代价函数，求解各阵元的相位校准误差第一估计值；

通过对信号子空间特征向量矩阵的结构分解，得到两个信号子空间特征向量子矩阵；

根据所述两个信号子空间特征向量子矩阵和各阵元的相位校准误差第一估计值，求解各信号源来波方向到达角第一估计值；

根据所述各阵元的相位校准误差第一估计值、和各信号源来波方向到达角第一估计值，计算第一代价函数；

判断第一代价函数与第二代价函数之差的绝对值是否小于预设的阈值，其中，第一次迭代时所述第二代价函数为零，

如果是，则停止迭代，并将所述各阵元的相位校准误差第一估计值、和各信号源来波方向到达角第一估计值作为估计结果输出，

否则，将所述各阵元的相位校准误差第一估计值作为各阵元的相位校准误差初始估计值，将各信号源来波方向到达角第一估计值作为各信号源来波方向到达角初始估计值，将所述第一代价函数作为第二代价函数，进行下一次迭代。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述每个符号周期的接收信号的信号模型为：

Y＝GAS+n

其中，是由阵元相位校准误差构成的M维对角矩阵，diag(·)表示对角矩阵，φ_m为第m个阵元上的相位校准误差；A＝[a(θ₁)，a(θ₂)，...，a(θ_K)]是M×K维的阵元导引矢量构成的导引矩阵，其中，

为信号导引矢量，θ_k为第k个信号源的到达角，d与λ分别是阵元间距与波长，且d＝λ/2；S是能量归一化的导频信号矩阵，且E{SS^H}＝I_K；n是白噪声矢量，且有I为单位矩阵；

所述从每个符号周期的接收信号中消除导频符号，得到第一接收信号矢量包括：按照式得到所述第一接收信号矢量，其中，为消除导频符号后的白噪声；

所述将第一接收信号矩阵分成两个具有最大重合度的子阵，将所述两个子阵的每行对应元素分别进行相消处理，得到各行包含来波方向信息的第一最大重合子阵包括，

将第一接收信号矩阵的第一行到第M-1行、K维作为第一接收信号的第一子阵，将第一接收信号矩阵的第二行到第M行、K维作为第一接收信号的第二子阵；

将所述第二子阵中的每行元素与第一子阵中的每行元素分别对应进行点除，得到(M-1)×K维第一最大重合子阵。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述到达角的初始估计值，消除第一最大重合子阵中的到达角分量，得到第二最大重合子阵包括，按照公式计算得到所述第二最大重合子阵R′，其中，R为第一最大重合子阵，θ_k为信号源k的来波方向到达角初始估计值。