[发明专利]一种基于混合天线子阵列的到达角估计方法

权利要求书

1.一种基于混合天线子阵列的到达角估计方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一、对各个子阵列的天线个数进行优化；

N^x行N^y列共计N^xN^y根天线在水平和垂直方向上均匀排列，水平方向的排列间隔为d_y，垂直方向上的排列间隔为d_x；垂直方向上，N^x行天线被分成L块，其中第l块的行数为水平方向上，N^y列天线被分成K块，其中第k块的列数为由此得到L×K个天线子阵列，其中第(l,k)个子阵列有根天线；为了避免到达角估计的角度模糊效应，对子阵列的天线个数做如下的优化：

1)保证L和K都大于或者等于3；

2)保证存在某个下标i，其对应的为奇数，1≤i≤L-1；

3)保证存在某个下标j，其对应的为奇数，1≤j≤K-1；

4)对于2)中的下标i，保证存在另一个不同的下标其对应的与互质，

5)对于3)中的下标j，保证存在另一个不同的下标其对应的与互质，

在各个天线子阵列中，每根天线与移相器直接相连，这些移相器的输出信号叠加在一起，送入与子阵列一一对应的射频通道进行数字采样；

步骤二、在优化后的混合天线子阵列结构下，构建子阵列的输出信号模型；

令θ和φ分别表示来波的天顶角和方位角；再令

和

其中λ表示电磁波信号波长，那么(l,k)个子阵列对应的射频通道输出表示为

其中表示第(l,k)个子阵列的波束指向，s(t)表示接收复信号，w_k(t)表示噪声项；

步骤三、计算各个子阵列输出信号之间的互相关；

固定下标k获得L-1个互相关观测量

其中k是从1到K之间的任意值，T表示采样个数，(x)^*表示对x取共轭；

固定下标l可以获得K-1个互相关观测量

其中l是从1到L之间的任意值；

步骤四、提取互相关的相位并作取模操作；

对观测量作如下处理得到

和

其中∠(x)表示取x的相位，mod_(-π,π]{x}表示对x在区间(-π,π]内取模；

步骤五、构建用于到达角估计的优化问题并求得最优解；

令再令q＝[q₁,...,q_L-1]^T为任意L-1维向量，定义新的向量

其中表示对应元素相乘，然后利用穷举法求解如下优化问题

其中max{x}表示向量x的最大值，min{x}表示向量x的最小值，D_q表示解空间：

将该优化问题的最优解记为并记

令其元素由步骤四给出，再令p＝[p₁,...,p_K-1]^T为任意K-1维向量，定义新的向量

然后利用穷举法求解如下优化问题

其中D_p表示解空间

将该优化问题的最优解记为并记

步骤六、根据优化问题的最优解转换得到来波的天顶角和方位角

和

其中λ表示电磁波波长，sign(x)表示x的符号，tan^-1(·)和sin^-1(·)分别表示反正切和反正弦函数。