一种到达角计算方法及装置制造方法及图纸

技术编号:18656625 阅读:69 留言:0更新日期:2018-08-11 13:53
本发明专利技术实施例提供了一种到达角计算方法,应用于安装多根天线的信号接收端,包括:获取多根天线接收到的多个多径叠加信号;提取多个多径叠加信号的信道状态信息矩阵;将得到的信道状态信息矩阵划分为预设大小的多个子阵,根据所述多个子阵,计算得到去相关矩阵、及根据所述各个子阵的子阵导向矢量矩阵;根据所述去相关矩阵,计算多径叠加信号的路径个数、噪声子空间矩阵;计算多径叠加信号的各个路径的飞行时间参数;根据每个多径叠加信号在每个路径的飞行时间参数、得到的各个子阵导向矢量矩阵及噪声子空间矩阵,获得每个多径叠加信号在每个路径的到达角。应用本方案,可以减少计算信号到达角时的计算量,提高AoA定位效率。

Method and device for calculating angle of arrival

The embodiment of the invention provides a method for calculating the angle of arrival, which is applied to the receiving terminal of a multi-antenna installation, including: acquiring a plurality of multi-path superposition signals received by a plurality of antennas; extracting the channel state information matrix of a plurality of multi-path superposition signals; dividing the obtained channel state information matrix into a plurality of preset sizes. A subarray, according to the plurality of subarrays, calculates a decorrelation matrix and a subarray steering vector matrix according to the subarrays; calculates the number of paths and noise subspace matrix of the multipath superposition signal according to the decorrelation matrix; calculates the flight time parameters of each path of the multipath superposition signal; and calculates the flight time parameters of each path according to each multipath superposition signal. The flight time parameters of each path, the guidance vector matrix of each subarray and the noise subspace matrix of the path superposition signal are obtained, and the arrival angle of each multipath superposition signal in each path is obtained. This scheme can reduce the amount of calculation when calculating the angle of arrival and improve the efficiency of AoA positioning.

【技术实现步骤摘要】
一种到达角计算方法及装置
本专利技术涉及定位
,特别是涉及一种到达角计算方法及装置。
技术介绍
基站可以利用AoA(AngleofArrival,到达角)定位方法对移动终端进行定位,AoA定位方法是基于信号到达信号接收端的到达角进行定位,其中,到达角是指基站接收到的信号与水平面之间的夹角。具体的,首先,信号发送端向信号接收端发射信号;然后,信号接收端通过配备的天线阵列获取信号,计算出信号的到达角,再利用三角测量法或其他方式进行解算,得到信号发送端的位置信息,将位置信息返回至信号发送端,从而实现对信号发送端的定位。由以上描述可见,对信号到达角的计算是AoA定位方法中的一个重要环节。目前,通常采用MUSIC(MultipleSignalClassification,多重信号分类)算法计算信号的到达角,但是,利用这种算法计算到达角是在二维空间上进行谱峰搜索,在计算过程中有两个未知参数,即到达角和飞行时间参数,搜索空间大,需要同时对这两个参数求解,因此存在计算量较大的问题,从而降低AoA定位的效率。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种到达角计算方法,以减少信号接收端计算信号到达角时的计算量,提高AoA定位的效率。具体技术方案如下:本专利技术实施例提供了一种到达角计算方法,应用于信号接收端,所述信号接收端安装多根天线;所述方法包括:获取所述多根天线接收到的多个多径叠加信号;其中,一根天线接收一个多径叠加信号;提取所述多个多径叠加信号的信道状态信息矩阵;将得到的信道状态信息矩阵划分为预设大小的多个子阵,根据所述多个子阵,计算得到去相关矩阵、及根据所述各个子阵的子阵导向矢量矩阵;根据所述去相关矩阵,计算得到所述多径叠加信号的路径个数及噪声子空间矩阵;根据得到的各个子阵导向矢量矩阵、所述多径叠加信号的路径个数及噪声子空间,得到所述多径叠加信号的各个路径的飞行时间参数;针对每个多径叠加信号的路径,根据该多径叠加信号在该路径的飞行时间参数、得到的各个子阵导向矢量矩阵及所述噪声子空间矩阵,获得该多径叠加信号在该路径的到达角。可选的,所述根据所述去相关矩阵,计算得到所述多径叠加信号的路径个数及噪声子空间矩阵,包括:根据所述去相关矩阵,得到所述多径叠加信号的协方差矩阵;对所述协方差矩阵进行特征分解,得到所述协方差矩阵的噪声子空间矩阵;根据所述协方差矩阵的噪声子空间矩阵及最小描述长度准则,得到所述多径叠加信号的路径个数。可选的,所述根据得到的各个子阵导向矢量矩阵、所述多径叠加信号的路径个数及噪声子空间,得到所述多径叠加信号的各个路径的飞行时间参数,包括:根据得到的各个子阵导向矢量矩阵及所述噪声子空间,建立飞行时间参数求根函数;对所述飞行时间参数求根函数进行求解;从求解得到的所有根中,获取与所述多径叠加信号的路径个数相同的数量的、且模值最大的根作为所述多径叠加信号的各个路径的飞行时间参数。可选的,所述飞行时间参数求根函数为:其中,在上述函数中,UN表示噪声子空间,τ表示所述去相关矩阵内的元素,Ω(τ)表示所述去相关矩阵内各个元素的相位旋转因子,m表示所述去相关矩阵的阵元数量,表示各个子阵的导向矢量矩阵中的飞行时间参数导向矢量,fδ表示相邻子载波之间的间隔;j表示虚数单位,z表示去相关矩阵内各个元素在路径k中的相位旋转因子;所述各个路径的飞行时间参数表示为:其中,L表示所述多径叠加信号的路径个数,表示对所述飞行时间参数求根函数进行求解得到的根的相位角。可选的,所述根据该多径叠加信号在该路径的飞行时间参数、得到的各个子阵导向矢量矩阵及所述噪声子空间矩阵,获得所述多径叠加信号在该路径的到达角,包括:利用预设的多重信号分类空间谱函数,根据该多径叠加信号在该路径的飞行时间参数、得到的各个子阵导向矢量矩阵及所述噪声子空间矩阵,获得所述多径叠加信号在该路径的到达角。可选的,所述预设的多重信号分类空间谱函数为:其中,PMU(θ,τ)表示所述多径叠加信号在该路径的多重信号分类空间谱;τ表示所述各个路径的飞行时间参数,θ表示所述多径叠加信号在该路径的到达角,表示所述多径叠加信号在该路径的导向向量,H表示共轭转置操作,UN表示所述噪声子空间矩阵。本专利技术实施例还提供了一种到达角计算装置,应用于信号接收端,所述信号接收端安装多根天线;所述装置包括:信号获取模块,用于获取所述多根天线接收到的多个多径叠加信号;其中,一根天线接收一个多径叠加信号;信息提取模块,用于提取所述多个多径叠加信号的信道状态信息矩阵;去相关模块,用于将得到的信道状态信息矩阵划分为预设大小的多个子阵,根据所述多个子阵,计算得到去相关矩阵、及根据所述各个子阵的子阵导向矢量矩阵;矩阵处理模块,用于根据所述去相关矩阵,计算得到所述多径叠加信号的路径个数及噪声子空间矩阵;飞行时间参数计算模块,用于根据得到的各个子阵导向矢量矩阵、所述多径叠加信号的路径个数及噪声子空间,得到所述多径叠加信号的各个路径的飞行时间参数;到达角计算模块,用于针对每个多径叠加信号的路径,根据该多径叠加信号在该路径的飞行时间参数、得到的各个子阵导向矢量矩阵及所述噪声子空间矩阵,获得该多径叠加信号在该路径的到达角。可选的,所述飞行时间参数计算模块,包括:函数建立子模块,用于根据得到的各个子阵导向矢量矩阵及所述噪声子空间,建立飞行时间参数求根函数;函数求解子模块,用于对所述飞行时间参数求根函数进行求解;参数选择子模块,用于从求解得到的所有根中,获取与所述多径叠加信号的路径个数相同的数量的、且模值最大的根作为所述多径叠加信号的各个路径的飞行时间参数。本专利技术实施例还提供了一种电子设备,包括处理器、通信接口、存储器和通信总线,其中,处理器,通信接口,存储器通过通信总线完成相互间的通信;存储器,用于存放计算机程序;处理器,用于执行存储器上所存放的程序时,实现上述任一所述的到达角计算方法。本专利技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一所述的到达角计算方法。本专利技术实施例还提供了一种包含指令的计算机程序产品,当其在计算机上运行时,使得计算机执行上述任一所述的到达角计算方法。本专利技术实施例提供的到达角计算方法及装置,计算多径叠加信号在各个路径的到达角之前,先计算出各个路径对应的飞行时间参数,使得在计算到达角时,飞行时间参数由未知参数变为已知参数,实现将二维峰值搜索问题转化为一维峰值搜索问题,从而减少信号接收端计算信号到达角时的计算量,提高AoA定位的效率。当然,实施本专利技术的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为信号发送端向信号接收端发送信号的示意图;图2为本专利技术实施例提供的一种到达角计算方法的流程示意图;图3为信号接收端的多根天线接收信号的模型示意图;图4为利用前向平滑对信道状态信息矩阵进行去相关的过程示意图;图5为本专利技术实施例提供的另一种到达角计算方法的流程示意图;图6本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种到达角计算方法,应用于信号接收端,所述信号接收端安装多根天线;其特征在于,所述方法包括:获取所述多根天线接收到的多个多径叠加信号;其中,一根天线接收一个多径叠加信号;提取所述所述多个多径叠加信号的信道状态信息矩阵;将得到的信道状态信息矩阵划分为预设大小的多个子阵,根据所述多个子阵,计算得到去相关矩阵、及根据所述各个子阵的子阵导向矢量矩阵;根据所述去相关矩阵,计算得到所述多径叠加信号的路径个数及噪声子空间矩阵;根据得到的各个子阵导向矢量矩阵、所述多径叠加信号的路径个数及噪声子空间,得到所述多径叠加信号的各个路径的飞行时间参数;针对每个多径叠加信号的路径,根据该多径叠加信号在该路径的飞行时间参数、得到的各个子阵导向矢量矩阵及所述噪声子空间矩阵,获得该多径叠加信号在该路径的到达角。

【技术特征摘要】
1.一种到达角计算方法,应用于信号接收端,所述信号接收端安装多根天线;其特征在于,所述方法包括:获取所述多根天线接收到的多个多径叠加信号;其中,一根天线接收一个多径叠加信号;提取所述所述多个多径叠加信号的信道状态信息矩阵;将得到的信道状态信息矩阵划分为预设大小的多个子阵,根据所述多个子阵,计算得到去相关矩阵、及根据所述各个子阵的子阵导向矢量矩阵;根据所述去相关矩阵,计算得到所述多径叠加信号的路径个数及噪声子空间矩阵;根据得到的各个子阵导向矢量矩阵、所述多径叠加信号的路径个数及噪声子空间,得到所述多径叠加信号的各个路径的飞行时间参数;针对每个多径叠加信号的路径,根据该多径叠加信号在该路径的飞行时间参数、得到的各个子阵导向矢量矩阵及所述噪声子空间矩阵,获得该多径叠加信号在该路径的到达角。2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述去相关矩阵,计算得到所述多径叠加信号的路径个数及噪声子空间矩阵,包括:根据所述去相关矩阵,得到所述多径叠加信号的协方差矩阵;对所述协方差矩阵进行特征分解,得到所述协方差矩阵的噪声子空间矩阵;根据所述协方差矩阵的噪声子空间矩阵及最小描述长度准则,得到所述多径叠加信号的路径个数。3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据得到的各个子阵导向矢量矩阵、所述多径叠加信号的路径个数及噪声子空间,得到所述多径叠加信号的各个路径的飞行时间参数,包括:根据得到的各个子阵导向矢量矩阵及所述噪声子空间,建立飞行时间参数求根函数;对所述飞行时间参数求根函数进行求解;从求解得到的所有根中,获取与所述多径叠加信号的路径个数相同的数量的、且模值最大的根作为所述多径叠加信号的各个路径的飞行时间参数。4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于:所述飞行时间参数求根函数为:其中,z=Ω(τk);在上述函数中,UN表示噪声子空间,τ表示所述去相关矩阵内的元素,Ω(τ)表示所述去相关矩阵内各个元素的相位旋转因子,m表示所述去相关矩阵的阵元数量,表示各个子阵的导向矢量矩阵中的飞行时间参数导向矢量,fδ表示相邻子载波之间的间隔;j表示虚数单位,z表示去相关矩阵内各个元素在路径k中的相位旋转因子;所述各个路径的飞行时间参数表示为:其中,L表示所述多径叠加信号的路径个数,表示对所述飞行时间参数求根函数进行求解得到的根的相位角。5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据该多径叠加信号在该路径的飞行时间参数、得到的各个子阵导向矢量矩阵及所述噪声子空间矩...

【专利技术属性】
技术研发人员:邓中亮吴志国尹露胡恩文朱棣
申请(专利权)人:北京邮电大学
类型:发明
国别省市:北京,11

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