[发明专利]基于大规模天线阵列的波达角测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于大规模天线阵列的波达角测量装置及方法，包括横向间隔设置的第一接收天线和第二接收天线、以及纵向间隔设置的第三接收天线和第四接收天线，第一接收天线、第二接收天线、第三接收天线和第四接收天线均通过连接装置安装在导轨运动装置上；第一接收天线和第二接收天线均连接同一第一相位检测模块，第三接收天线和第四接收天线均连接同一第二相位检测模块，第一相位检测模块和第二相位检测模块的输出端连接有单片机；单片机还分别连接有导轨控制单元和上位机；本发明通过少量天线数量模拟大规模天线阵列，降低天线成本和计算复杂度。

【技术领域】

本发明属于阵列天线技术领域，具体涉及一种基于大规模天线阵列的波达角测量装置及方法。

【背景技术】

无线通信系统发展非常迅速，得到了广泛的应用。第五代移动通信系统正在进入商用，相关的技术已经得到了广泛而深入的研究，而大规模天线阵列的测量是实际应用时候需要考虑的重要内容。波达角(DOA)估计就是利用天线阵列的这个特性进行方向估计。接收空间中不同方向的信号，并且利用估算方法进行快速准确的计算。现有的子空间谱估计技术利用信号到达不同天线的时间不同，导致天线接收到的信号的相位不同的特点进行来波方向的估计。

在近几十年中，人们已经对于波达角测定问题做了大量的研究，并提出了不少的方法，例如，ESPRIT(rotational variance technique)方法，MUSIC(multiple signalclassfication)方法，基于波束成形(beam-forming)的方法，基于WSF(weighted subspacefitting)的方法和基于最大似然估计(ML)的方法等。但是现有算法大多需要一维或者二维的谱搜索，有时还设置多维非线性优化，导致数据的处理复杂度比较高，难以实现实时的DOA估计。

对于大规模天线阵列系统来说，其天线数非常大，传统算法的复杂度是难以承受的。另一方面，现在虽然有基于传播算子的低复杂度算法，但是其估计精度较低，一般用于DOA预估或者对DOA估计精度要求不高的场景。

【发明内容】

本发明的目的是提供基于大规模天线阵列的波达角测量装置及方法，通过少量天线数量模拟大规模天线阵列，降低天线成本和计算复杂度。

本发明采用以下技术方案：基于大规模天线阵列的波达角测量装置，包括横向间隔设置的第一接收天线和第二接收天线、以及纵向间隔设置的第三接收天线和第四接收天线，第一接收天线、第二接收天线、第三接收天线和第四接收天线均通过连接装置安装在导轨运动装置上；

第一接收天线和第二接收天线均连接同一第一相位检测模块，第三接收天线和第四接收天线均连接同一第二相位检测模块，第一相位检测模块和第二相位检测模块的输出端连接有单片机；单片机还分别连接有导轨控制单元和上位机；

单片机用于向导轨控制单元发送控制信息，以驱动连接装置带动第一接收天线、第二接收天线、第三接收天线和第四接收天线在模拟大规模天线阵列范围内移动；还用于分别接收第一相位检测模块和第二相位检测模块发出的相位差信息，并发送至上位机，以供上位机计算待测信源的波达角。

进一步地，导轨运动装置包括横向同步带滑台和纵向同步带滑台，横向同步带滑台固定安装于纵向同步带滑台的滑块上，横向同步带滑台的滑块上固定安装连接装置。

进一步地，纵向同步带滑台固定安装于横向同步带滑台的滑块上，纵向同步带滑台的滑块上固定安装连接装置。

进一步地，连接装置为一连接板，连接板一面上分别设置有两横向接口和两个纵向接口，连接板的另一面固定安装在导轨运动装置上。

进一步地，导轨控制单元包括与单片机连接的步进电机驱动器，步进电机驱动器的两个输出端分别连接有两个步进电机，两个步进电机分别安装在横向同步带滑台和纵向同步带滑台的电机座上。