一种基于阵列天线的相位恢复方法技术

本发明专利技术提供了一种基于阵列天线的相位恢复方法，通过天线阵列采集待相位恢复的接收信号，将所述接收信号传输至用于相位恢复的接收机；所述接收机利用采用迭代插值算法对接收信号进行相位恢复，并将相位恢复后的接收信号输出。本发明专利技术所公开的方法，将光学和图像处理领域的相位恢复理论引入阵列信号处理领域，以阵列天线为研究背景，假设阵列天线只量测到了信号的强度，建立以测量值幅度为基础的相位恢复模型，利用迭代插值算法进行相位恢复，从而实现入射信号的完整恢复。

【技术实现步骤摘要】
一种基于阵列天线的相位恢复方法
本专利技术涉及阵列天线信号处理
，尤其涉及的是一种基于阵列天线的相位恢复方法。
技术介绍
仅依据信号的线性量测强度/幅值信息，如傅里叶变换，来恢复该完整信号的技术通常称为相位恢复。相位恢复技术广泛应用于天文学、晶体学、光学成像、显微镜和音频信号处理等领域。相位恢复问题在过去的几十年里得到了广泛研究，并涌现出多种不同的算法，主要有传统的基于傅里叶变换的迭代算法，基于强度传输方程(TIE,TransportofIntensityEquation)的算法，以及近年来提出的基于凸优化的相位恢复算法等。从数学角度来分析，相位恢复是从若干个测量信号的强度中去恢复原始的、含有相位信息的复杂向量信号。假设在噪声环境下，阵列天线量测到了N个幅值，表示为则天线阵列所量测到的信号模型表示为：上式中，向量x是一个M维的原始入射信号，向量n为一个N维的噪声，A为入射信号的导向矢量矩阵。相位恢复问题是一个非凸非线性问题，一般需要测量次数N远大于信号的维度M，才能够准确的恢复出原始信号。在理论方面，量测次数N至少需要满足O(MlogM)才能高概率恢复原始信号。相位恢复算法大致分为两类，一类是光学测量，就测量方法而言，可以建立一个光学系统来实现它，如建立一个Hilbert变换系统。也可以避开数字算法的思想，直接设计一个试验系统来测量相位因子，如利用高阶光学相关，或者利用四波混频技术产生一个镜像光场等；另一类是数字算法，由光强反复迭代得到相位分布Gerchberg-Saxton(GS)算法、和通过解光强分布传输方程得到相位分布的方法(Fourier变换法、格林函数法、泽尔尼克多项式法、波前传输方程)等。其中的GS算法，他的迭代控制是根据均方误差的走向来控制的，GS算法在解决相位恢复问题的计算中有容易陷入局部极小困境的缺点。因此，现有技术有待于进一步的改进。
技术实现思路
鉴于上述现有技术中的不足之处，本专利技术的目的在于提供一种相位恢复方法，克服现有技术中入射期望信号载波相位丢失，无法完整恢复原始信号的缺陷。本专利技术实施例公开了一种用于阵列天线的相位恢复方法，其中，包括：步骤A、利用天线阵列采集待相位恢复的接收信号；步骤B、将所述接收信号传输至用于相位恢复的接收机；步骤C、所述接收机采用迭代插值算法对接收信号进行相位恢复，并将相位恢复后的接收信号输出。可选的，所述步骤C还包括：步骤C1、根据与接收信号所对应原始信号的导向矢量，建立基于阵列天线的相位恢复模型；步骤C2、采用交替迭代方法和最小二乘法，建立所述相位恢复模型所对应目标函数；步骤C3、利用迭代插值算法对所述目标函数进行迭代求解，得到恢复出的原始信号。可选的，所述步骤C1之后还包括：步骤C11、引入替代函数，将非凸形式的相位恢复模型转化为易求解的凸函数。可选的，所述步骤B1中入射信号的导向矢量矩阵为：在上面的式子中ai是列向量，且其中i＝1,2,...,M，d为天线阵元间的间距，λ为入射信号波长,M为信号的维数，N为天线阵元数目，ψi为第i个信号入射所对应的角度。可选的，所述利用迭代插值算法对所述目标函数进行迭代求解的步骤包括：根据x(k)值，计算一个新的插值变量z，并利用最小二乘法求得；其中，包括：步骤C31，在第k次迭代时，令根据步骤C11中的目标函数，并结合最小二乘法，得到一个参数x1为：上式中，(·)H表示共轭转置；步骤C32，令同理得到:根据中间变量x1和x2，再定义两个新的向量f和g，分别表示为f＝x1-x(k)g＝(x2-x1)-f步骤C33，根据向量f和g，计算一个中间参数:定义中间变量z，表示为:z＝x(k)-2αf+α2g步骤C34，再根据最小二乘法，令c3＝ej∠(Az)，则第k+1次时，所恢复向量表示为:可选的，所述步骤A中阵列天线为等间隔均匀线阵分布，且采集的所述接收信号中包含了N个信号幅值。有益效果，本专利技术提供了一种基于阵列天线的相位恢复方法，通过天线阵列采集待相位恢复的接收信号，将所述接收信号传输至用于相位恢复的接收机；所述接收机采用迭代插值算法对接收信号进行相位恢复，并将相位恢复后的接收信号输出。本专利技术所公开的方法，将光学和图像处理领域的相位恢复理论引入阵列信号处理领域，以阵列天线为研究背景，假设阵列天线只量测到了信号的强度，建立以测量值幅度为基础的相位恢复模型，利用迭代插值算法进行相位恢复，从而实现入射信号的完整恢复。附图说明图1是本专利技术所提供的所述基于阵列天线的相位恢复方法的步骤流程图；图2是本专利技术所述相位恢复方法与GS方法在不同迭代次数时，恢复信号与原始信号之间的均方误差曲线比较图；图3a是一种基于阵列天线的迭代插值相位恢复方法中，迭代次数为1时恢复信号仿真图；图3b是一种基于阵列天线的迭代插值相位恢复方法中，迭代次数为10时恢复信号仿真图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。在现有技术中的基带信号处理操作中，传统的基带信号处理过程分别为：通过射频前端的天线阵列进行信号接收，然后使用传统导航接收机对接收到的信号进行捕获和跟踪，然后再把跟踪到的信号传输至信息解算设备中进行信息解算。本专利技术中所公开的相位恢复方法是应用在导航接收机中的一种新的信号处理方法，其通过迭代插值技术实现对天线阵列中接收信号的捕获和跟踪，实现原始信号的完整还原。本专利技术实施例公开了一种用于阵列天线的相位恢复方法，如图1所示，包括：步骤S1、利用天线阵列采集待相位恢复的接收信号。步骤S2、将所述接收信号传输至用于相位恢复的接收机。步骤S3、所述接收机采用迭代插值算法对接收信号进行相位恢复，并将相位恢复后的接收信号输出。设置在射频前端的天线阵列接收信号，并将接收到的信号传输至接收机中，进行相位恢复。具体的，本方法中设置的阵列天线为等间隔均匀线阵分布，且采集的所述接收信号中包含了N个信号幅值。接收机采用迭代插值算法对接收信号进行相位恢复后，输出。具体的，所述步骤S3中所述接收机采用迭代插值算法对接收信号进行相位恢复，并将相位恢复后的接收信号输出的内容还包括：步骤S31、根据与接收信号所对应原始信号的导向矢量，建立基于阵列天线的相位恢复模型；步骤S32、采用交替迭代方法和最小二乘法，建立所述相位恢复模型所对应目标函数；步骤S33、利用迭代插值算法对所述目标函数进行迭代求解，得到恢复出的原始信号。较佳的，为了实现所述目标函数的建立，所述步骤S31之后还包括：步骤S311、引入替代函数，将非凸形式的相位恢复模型转化为易求解的凸函数。所述利用迭代插值算法对所述目标函数进行迭代求解的步骤包括：根据x(k)值，计算一个新的插值变量z，并利用最小二乘法求得；其中，包括：步骤S331，在第k次迭代时，令根据步骤S311中的目标函数，并结合最小二乘法，得到一个参数x1为：上式中，(·)H表示共轭转置；步骤S332，令同理得到:根据中间变量x1和x2，再定义两个新的向量f和g，分别表示为f＝x1-x(k)g＝(x2-x1)-f步骤S333，根据向量f和g，计算一个中间参数:定义中间变量z，表示为:z＝x(k)-2αf+α2g步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于阵列天线的相位恢复方法，其特征在于，包括：步骤A、利用天线阵列采集待相位恢复的接收信号；步骤B、将所述接收信号传输至用于相位恢复的接收机；步骤C、所述接收机采用迭代插值算法对接收信号进行相位恢复，并将相位恢复后的接收信号输出。

【技术特征摘要】
1.一种用于阵列天线的相位恢复方法，其特征在于，包括：步骤A、利用天线阵列采集待相位恢复的接收信号；步骤B、将所述接收信号传输至用于相位恢复的接收机；步骤C、所述接收机采用迭代插值算法对接收信号进行相位恢复，并将相位恢复后的接收信号输出。2.根据权利要求1用于阵列天线的相位恢复方法，其特征在于，所述步骤C还包括：步骤C1、根据与接收信号所对应原始信号的导向矢量，建立基于阵列天线的相位恢复模型；步骤C2、采用交替迭代方法和最小二乘法，建立所述相位恢复模型所对应目标函数；步骤C3、利用迭代插值算法对所述目标函数进行迭代求解，得到恢复出的原始信号。3.根据权利要求2所述的用于阵列天线的相位恢复方法，其特征在于，所述步骤C1之后还包括：步骤C11、引入替代函数，将非凸形式的相位恢复模型转化为易求解的凸目标函数，表示为其中，矩阵A为入射信号x的导向矢量矩阵，为阵列天线量测到的信号，是由将向量设为其主对角线而形成的对角矩阵，向量c＝ej∠(Ax)，∠为取角度操作，||||2表示L2或Frobenius范数。4.根据权利要求3所述的用于阵列天线的相位恢复方法，其特征在于，所述步骤C11中...

【专利技术属性】
技术研发人员：李强，黄磊，裴灿，黄敏，赵博，张亮，周汉飞，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44