[发明专利]一种天线阵列来波方向的到达角估计方法

摘要

本申请公开了一种天线阵列来波方向的到达角估计方法，通过基于子空间的自校准，根据接收天线阵列第一个阵元的相位中仅包含校准误差信息、相邻阵元的校准误差相互独立、且相位差中包含来波方向的到达角信息分量，构建最大重合子阵，并获得阵列相位校准误差、到达角较为准确的初始估计值，然后利用信号子空间与噪声子空间的正交性，设计迭代优化算法，实现到达角、相位校准误差的迭代更新估计，获得精确的角度估计。该发明可在阵元存在较大的相位校准误差时仍获得优异的角度估计性能。

主权项

1.一种天线阵列来波方向的到达角估计方法，其特征在于，该方法包括，从每个符号周期的接收信号中消除导频符号，得到第一接收信号矢量；将至少一个以上符号周期的第一接收信号矢量拼接为M×K维第一接收信号矩阵，其中，M为接收天线阵列的阵元数量，K为信号源数量；将第一接收信号矩阵分成两个具有最大重合度的子阵，将所述两个子阵的每行对应元素分别进行相消处理，得到各行包含来波方向信息的第一最大重合子阵；对所述第一最大重合子阵所有行向量的相位求平均值，得到各信号源来波方向到达角的初始估计值；根据所述到达角的初始估计值，消除第一最大重合子阵中的到达角分量，得到第二最大重合子阵；基于第二最大重合子阵，计算得到除第一根天线阵元之外其他各阵元与第一根天线阵元的相位校准误差之差的初始估计值；按照如下步骤进行迭代：归一化第一接收信号矩阵中第一根天线的随机误差，得到第二接收信号；对第二接收信号的协方差矩阵进行奇异值分解，得到信号子空间特征向量矩阵、和噪声子空间特征向量矩阵；基于所述信号子空间特征向量矩阵与噪声子空间特征向量矩阵正交，根据各阵元的相位校准误差初始估计值，构造当前代价函数，并根据各信号源来波方向到达角的初始估计值求解变换阵；根据所述变换阵最小化当前代价函数，求解各阵元的相位校准误差第一估计值；通过对信号子空间特征向量矩阵的结构分解，得到两个信号子空间特征向量子矩阵；根据所述两个信号子空间特征向量子矩阵和各阵元的相位校准误差第一估计值，求解各信号源来波方向到达角第一估计值；根据所述各阵元的相位校准误差第一估计值、和各信号源来波方向到达角第一估计值，计算第一代价函数；判断第一代价函数与第二代价函数之差的绝对值是否小于预设的阈值，其中，第一次迭代时所述第二代价函数为零，如果是，则停止迭代，并将所述各阵元的相位校准误差第一估计值、和各信号源来波方向到达角第一估计值作为估计结果输出，否则，将所述各阵元的相位校准误差第一估计值作为各阵元的相位校准误差初始估计值，将各信号源来波方向到达角第一估计值作为各信号源来波方向到达角初始估计值，将所述第一代价函数作为第二代价函数，进行下一次迭代。