[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

说明书

本发明公开了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，主要解决现有波达方向估计方法中阵列灵活性差和成本高的问题。其实现方案为：构建分布排列的1bit编码超表面阵列U，通过U获取接收信号Y(t)；构造接收信号Y(t)的测量向量构造U的阵列流形字典基于压缩感知方法通过测量向量和阵列流形字典求解目标向量X；通过对目标向量X谱峰搜索获取信号的波达方向估计值本发明成本低，阵列组合自由度好，阵列孔径大，对信号的波达方向角度估计精度高，可用于复杂环境下的目标定位。

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，特别涉及一种分布排列的阵列信号波达方向估计方法，可用于目标定位。

背景技术

阵列信号处理是信号处理问题中的一个研究重点，随着人民生活需求日益提升，阵列信号处理技术毫无疑问成为解决人民生活的关键应用技术。阵列信号处理技术是指利用传感器按照特定的几何结构组成的传感器阵列，传感器阵列接收空间目标信号，然后根据指定方法来提取空间信号的特征参数，如目标信号的波达角度、频率和极化等参数。

超表面是将亚波长的超材料单元在分界面上按一定规律排布而形成的平面型复合结构，也称为二维超材料，超表面依靠其结构能够引起电磁波在其表面产生相位或幅度的突变，从而实现对电磁波的调控作用。数字编码超表面是将物理与信息科学互相融合的信息论以及数字信号处理当中的一些观念和方法，是利用超表面针对信息的一种表征，且可以直接引入到超表面的设计之中，并当作一种新型阵列应用到雷达及通信系统等多种领域。

信号的波达方向DOA是指空间信号的到达方向，即各个信号到达阵列参考阵元的方向角。信号达波方向估计一直以来是阵列信号处理领域的研究重点，在通信、勘探、生物医学和雷达等领域有着潜在的应用价值，分布式阵列即利用多个阵列共同进行信号的接收且将数据进行融合处理，相较于单个均匀线阵，分布式阵列不仅能够对干扰、噪声等进行有效抑制，而且拥有较大的阵列孔径，具有较高的角度分辨力，从而拥有较好的估计精度。例如申请公布号CN113406620A的专利申请，提供了一种阵列分解的分布式阵列测角方法。该方法基于子阵划分的思想，将阵列分解为多个子阵列，以在保证低计算复杂度的条件下，增大分布式阵列的口径，有效抑制干扰，同时精确测量目标角度。但这种分解阵列的方式增加了阵列天线的成本，且阵列分布排列的灵活度受到限制，使得在许多特定条件下构建波达方向估计天线阵列时，不能满足构建要求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提出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，采用分布式排列方式提高布阵时的灵活性，以满足在许多特定条件下对波达方向估计天线阵列的构建要求，通过超表面阵元权值编码，提高了波达方向估计的精度，采用超表面阵列和传统阵列结合使用的方式减少阵列天线成本。

为实现上述目的，本发明的技术方案包括如下：

(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)：