[发明专利]基于分布排列的1bit编码超表面阵列信号波达方向估计方法

权利要求书

1.一种基于分布排列的1bit编码超表面阵列信号波达方向估计方法，其特征在于，包括：

(1)构建分布式1bit编码超表面阵列U：

(1a)构建由M个1bit编码超表面阵元线性排列而成的1bit编码超表面子阵列，构建由M个传统阵元线性排列而成的传统子阵列，每个子阵列的任意两个相邻阵元的间距为d，d≤λ/2，λ为入射到阵列的窄带信号波长，M的取值范围是：M≥2；

(1b)由Q₁个1bit编码超表面子阵列和Q₂个传统子阵列在一个空间平面上任意分布排列，形成分布式1bit编码超表面阵列其中，U_q表示分布式阵列U的第q个子阵列，定义表示子阵列U_q与水平面的角度偏移，Q₁≥1，Q₂≥1，2≤q≤Q₁+Q₂；

(2)获取分布式1bit编码超表面阵列的接收信号Y(t)：

(2a)假设空间中有K个远场信号源发射的窄带信号，使用子阵列U_q中的阵元对空间中目标信号进行采样，得到子阵列接收信号Y_q(t)：

Y_q(t)＝[Y_q1(t),Y_q2(t),…,Y_qm(t),…,Y_qM(t)]^T，

其中，Y_qm(t)表示子阵列U_q中第m个阵元的接收信号，t表示离散时间，1≤t≤L，L表示信号在时域上的采样点数，[·]^T表示转置运算，m的取值范围是：1≤m≤M，K的取值范围是：1≤K≤(Q₁+Q₂)M；

(2b)用所有的子阵列接收信号Y_q(t)共同组成分布式1bit编码超表面阵列U的接收信号：

(3)构造分布式1bit编码超表面阵列接收信号Y(t)的测向向量

(3a)利用子阵列接收信号Y_q(t)，计算子阵列协方差矩阵

其中，[·]^H表示共轭转置运算；

(3b)根据协方差矩阵构建分布式1bit编码超表面阵列接收信号Y(t)的测向向量：

其中，为第q个子阵列的测向向量，vec{·}表示矩阵按列拉直操作；

(4)构造分布式1bit编码超表面阵列U的阵列流形字典

(4a)采用空域划分方法，并根据信号源的空域稀疏特性，将观测空域[-90°,90°]等间隔划分成V个固定值的角度其中，V＞＞K，表示第v个固定角度值；

(4b)通过子阵列U_q和固定角度值构造对应子阵列U_q的导向矢量其中B_q表示超表面子阵列的阵列权值编码矩阵，G_q是由超表面子阵列每个阵元到接收馈源的距离引入的波程差矩阵，为该子阵列的波程差偏移矢量，如果该子阵列是传统阵列，则导向矢量I表示对角单位矩阵；

(4c)计算子阵列U_q的导向矢量的克罗内克积

其中，代表克罗内克积运算；

(4d)用子阵列U_q在观测空域所有角度的导向矢量克罗内克积构建子阵列U_q的字典矩阵

其中，

(4e)用所有的子阵列字典矩阵共同组成分布式1bit编码超表面阵列的阵列流形字典

(5)基于压缩感知方法获取信号的波达方向估计值

(5a)采用求解凸优化问题的公式，通过测量向量和阵列流形字典构造约束条件：计算得到目标向量X＝[X₁,...,X_v,...,X_V]^T，其中，||·||₂表示求向量的2-范数，ε表示噪声估计值；

(5b)以的值为x轴坐标，以目标向量X＝[X₁,...,X_v,...,X_V]^T的值为y轴坐标，绘制幅度谱图，从该幅度谱图中按照从高到低的顺序寻找幅值较大的前K个谱峰，这些谱峰的峰值点所对应的x轴坐标即为所求的K个远场信号的波达方向估计值其中代表第k个信号的波达方向，1≤k≤K。