[发明专利]一种到达角估计的装置及方法

权利要求书

1.一种到达角估计的装置，其特征在于，包括信号转换模块、混合双极化天线阵列和到达角估计模块，其中，

所述信号转换模块将所述混合双极化天线阵列接收到的模拟信号波束成型并转换为数字信号；

所述到达角估计模块将多个信号转换模块的输出进行信号处理，并估计来波到达角，到达角估计模块包括互相关计算子模块、子阵相位控制子模块、数字波束成型子模块和功率计算子模块，所述互相关计算子模块对所有空间相邻的信号转换模块的输出信号在两个正交极化方向分别进行互相关运算；所述子阵相位控制子模块将互相关计算子模块输出的结果反馈控制信号转换模块；所述数字波束成型子模块将互相关计算子模块输出的结果对多个信号转换模块输出的信号进行加权波束成型；所述功率计算子模块计算数字波束成型子模块输出信号总功率，进行比较确定波束，输出来波到达角估计。

2.根据权利要求1所述的到达角估计的装置，其特征在于，所述混合双极化天线阵列包括若干个双极化子阵，所述双极化子阵包括若干个x轴极化阵子和y轴极化阵子。

3.根据权利要求2所述的到达角估计的装置，其特征在于，所述信号转换模块包括若干x轴模拟相移器、y轴模拟相移器、x轴模拟信号合并器、y轴模拟信号合并器和转换子模块，所述x轴模拟相移器与x轴极化阵子数量相同，调节x轴极化阵子接收信号的相位；所述y轴模拟相移器与y轴极化阵子数量相同，调节y轴极化阵子接收信号的相位；所述x轴模拟信号合并器将x轴模拟相移器输出的模拟信号进行合并；所述y轴模拟信号合并器将y轴模拟相移器输出的模拟信号进行合并；所述转换子模块将x轴模拟信号合并器和y轴模拟信号合并器的输出信号分别转换到数字基带。

4.根据权利要求1所述的到达角估计的装置，其特征在于，所述混合双极化天线阵列为平面阵列，包括若干双极化子阵，每个双极化子阵包括若干双极化阵子，每个双极化阵子包括x轴极化阵子和y轴极化阵子。

5.根据权利要求1所述的到达角估计的装置，其特征在于，所述混合双极化天线阵列为线性阵列。

6.一种采用权利要求1-5之一所述装置的到达角估计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10，初始化索引p_x和p_y,其设置范围为：

其中，M_xM_y为双极化子阵数量，M_x和M_y分别为沿x轴和y轴方向子阵的数量；N_xN_y为每个双极化子阵中双极化阵子的数量，N_x和N_y分别为沿x轴极化阵子和y轴极化阵子的数量，[·]为取整操作；

S20，在互相关计算子模块中，计算所有相邻的信号转换模块输出互相关，对两个极化方向的信号求和，由下式分别对沿x轴和y轴方向子阵互相关结果进行滤波，得到第i个时刻滤波后的互相关R_x和R_y：

其中，为第m_yM_x+m_x个信号转换模块沿着t轴极化方向上的输出信号；0＜μ＜1是滤波系数，根据仿真选择最优的滤波系数；

S30，在子阵相位控制子模块中，对于给定的p_x和p_y，由下式得到估算候选的x轴波束搜索方向和y轴波束搜索方向，

S40，在子阵相位控制子模块中，对于给定的p_x和p_y，由下式对第n_yN_x+n_x个模拟相移器第i+1个时刻的相移值进行设置，

其中，n_x＝0,1,……,N_x-1,n_y＝0,1,……,N_y-1；

S50，在数字波束成型子模块中，对于给定的p_x和p_y，由下式对第m_yM_x+m_x个信号转换模块沿着t轴极化方向上的输出信号进行加权，得到并产生数字波束成型信号y^t(i,p_x,p_y)，

S60，在功率计算子模块中，对于给定的p_x和p_y，由下式对数字波束成型子模块的输出总功率进行滤波，得到第i个时刻滤波后的总功率，

其中，为信号转换模块输出信号的噪声功率；0＜β＜1是滤波系数；

S70，在功率计算子模块中，对于给定的p_x和p_y，判断迭代的样点数量是否达到要求；

S80，否，则进行样点更新，返回到S20；

S90，是，则跳出循环，记录S60得到的总功率，在功率计算子模块中，判断p_x和p_y是否遍历所有情况；

S100，否，则更新p_x和p_y，返回到S20；

S110，是，则跳出循环，在功率计算子模块中，将S90中记录的所有总功率进行比较，并由下式找到具有最大功率对应的和

其中，I为S70中迭代样点的要求数量，可按照角度估计的精度要求进行设定；

S120，在功率计算子模块中，由下式进行到达角估计并输出，

其中，和分别为来波天顶角和方位角的估计；d_x和d_y分别为沿x轴和y轴方向相邻子阵的间距；λ为来波波长。