[发明专利]基于MIMO的双层混合模拟数字结构的DOA估计方法

权利要求书

1.一种基于MIMO的双层混合模拟数字结构的DOA估计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将基于MIMO的混合模拟数字接收机结构，划分为混合模拟数字天线阵列结构、全数字天线阵列结构和组合器三个部分，初始化接收机结构的基本参数，接收远场的窄带信号；

步骤2、混合模拟数字天线阵列结构部分，通过使用测向算法生成一组候选解集合；

步骤3、全数字天线阵列结构部分，采用测向算法生成唯一真解；

步骤4、组合器部分，利用候选解到唯一真解的最小化欧式距离准则消除候选解集合中的伪解，获得混合模拟数字天线阵列结构部分的近似真解；运用最大比合并器，将唯一真解与近似真解合成，得到最优的DOA估计结果。

2.根据权利要求1所述的基于MIMO的双层混合模拟数字结构的DOA估计方法，其特征在于，所述混合模拟数字天线阵列结构、全数字天线阵列结构，两部分共同组成基于MIMO的双层混合模拟数字结构。

3.根据权利要求1所述的基于MIMO的双层混合模拟数字结构的DOA估计方法，其特征在于，步骤1中所述接收远场的窄带信号，具体如下：

接收远场的窄带信号其中s(t)为基带信号，f_c为信号的载波频率，t为时间。

4.根据权利要求3所述的基于MIMO的双层混合模拟数字结构的DOA估计方法，其特征在于，步骤2所述混合模拟数字天线阵列结构部分，具体如下：

混合模拟数字天线阵列结构部分的接收机阵列含N副天线，天线被分为K个子阵列，每个子阵列含有M副天线，即N＝MK；

由于模拟波束成形部分移相器的特性，第k个子阵的输出为：

其中，τ_k,m为入射信号相对于天线方阵的传播时延，表达式为α_k,m表示移相器对应于第k个子阵的第m副天线的相移，ω_k(t)是对应的高斯白噪声，τ₀是入射波信号到阵列上参考点的传播时延，c是光速，d是阵列间的距离，θ₀是入射波信号的DOA；

上式写为向量形式，则：

V_A是天线整列的波束成形矩阵，设定第k个子阵列的模拟波束成形向量v_A,k的初始相位均为0，即其中M是每个子阵列的天线数；

在第一时间块，子阵的所有输出经射频链，ADC和下变频得到的向量表达式为：

其中将a_M(θ₀)看作每一个子阵的阵列流形，g(θ₀)是子阵导向向量元素求和所得到的常数，定义阵列流形a_D(θ₀)为：

a_D(θ₀)＝g(θ₀)a_M(θ₀)，

采用谱估计算法来估计DOA，第一时间块的输出向量的协方差矩阵R_yy＝yy^H；

对输出向量的协方差矩阵进行特征值分解，即：

R_yy＝[E_S E_N]Σ[E_S E_N]^H

其中E_S是信号子空间向量，对应于最大特征值的K×1维特征向量，E_N是噪声子空间向量，对应于K-1个较小特征值的特征向量组成的矩阵；

利用MUSIC算法中伪谱的定义，混合结构下的MUSIC算法的伪谱P_MU(θ)写为：

为获得上式P_MU(θ)的峰值点，采用线性搜索或者Root-MUSIC算法；

考虑到等式右边的分母在θ≈θ₀时接近于0，于是，定义多项式f_θ(θ)为：

上述多项式，最高阶为2K-2，解析该方程得2K-2个根；令z₀为f_z(z)的根，则同样也为它的根；将所有根组成集合Z_HAD＝{z_i,i∈{1,2,...,2K-2}}，则得到DOA估计值集合：其中