【技术实现步骤摘要】
一种测角方法和测角设备
本申请涉及无线通信
，特别地，涉及一种测角方法和测角设备。
技术介绍
啁啾扩频(ChirpSpreadSpectrum，CSS)是一种扩频技术，CSS主要应用在雷达中，目前，在例如LoRa(LongRangeRadio)和其他一些低功耗广域网(LowPowerWide-AreaNetwork，LPWAN)技术中，也使用CSS技术进行数据传输。由于CSS的信号频率在预设的频带内从初始频率随时间线性变化至终止频率，故又称为线性调频。通过将数据映射到不同的初始频率，可以将数据调制到啁啾信号上，经调制后的啁啾信号称为啁啾调制符号。在无线通信系统中，基于位置提供服务成为一个日益增长的需求。基于方位角的定位系统，或者距离和方位角相结合的定位系统通常都要求设备能够测量信号的入射角。基于方位角的定位系统的接收机一般都安装多根天线，通过对多天线接收的信号进行处理从而对信号的入射角进行测量。在传统的多天线接收机中，每根天线接收的射频信号经各自的射频模块处理后，得到多路基带信号，由基带模块对多路基带信号进行处理，因此，整个接收机的实现复杂度随着天线数量的增加成倍地提高。
技术实现思路
本申请针对基于啁啾扩频调制的通信系统，通过轮流地选择多根天线中的一根所接收的射频信号进行射频处理得到基带信号，利用前导码包含重复的啁啾扩频调制符号的特点，对基带信号进行处理，将多根天线划分为若干个测角天线对，估计每个测角天线对的信号相位差，然后根据相位差估计结果计算候选方位角集合，并基于候选方位角集合...
【技术保护点】
1.一种测角方法，其特征在于，所述方法包括：/n使用M根天线接收从发射天线发射的射频信号，所述射频信号承载无线数据帧，所述无线数据帧包括使用啁啾扩频调制的帧头，所述帧头包括由N
【技术特征摘要】
1.一种测角方法，其特征在于，所述方法包括：
使用M根天线接收从发射天线发射的射频信号，所述射频信号承载无线数据帧，所述无线数据帧包括使用啁啾扩频调制的帧头，所述帧头包括由Np个重复的预设的啁啾扩频调制符号组成的前导码，所述前导码的相邻两个啁啾扩频调制符号之间相位连续，所述M根天线中包括H个测角天线对，所述每个测角天线对包括间距不超过λ/2的第一天线和第二天线，其中，H和Np均为大于或等于2的整数，λ为所述射频信号的载波波长；
按照预定方式轮流地选择所述M根天线中的一根所接收的射频信号进行射频处理以得到每根天线对应的基带信号，检测当前时间窗内的基带信号中是否存在前导码，响应于未检测到所述前导码，将时间窗向前滑动预设时间长度；重复该步骤直至检测到所述前导码；
响应于检测到所述前导码，估计所述H个测角天线对中每个测角天线对的信号相位差，其中，第h个测角天线对的信号相位差估计结果为Δθh；以及
基于所述H个测角天线对的信号相位差估计结果确定所述发射天线的方位角估计值。
2.根据权利要求1所述的测角方法，其特征在于，所述预设时间长度为啁啾扩频调制符号周期的倍数。
3.根据权利要求1所述的测角方法，其特征在于，所述M根天线位于同一平面内。
4.根据权利要求1所述的测角方法，其特征在于，所述检测当前时间窗内的基带信号是否包括所述前导码的步骤包括：
将当前时间窗内所述每根天线对应的基带信号按啁啾扩频调制符号周期划分为若干个接收符号，其中，第m根天线第l个接收符号的第n个采样为rm，l[n]，0≤n＜S，S为一个啁啾扩频调制符号周期所包括的采样数，m＝0，1，...，M-1；
对所述每根天线的每个接收符号按以下公式计算相应的匹配符号以得到所述每根天线的匹配信号：cm，l[n]＝rm，l[n]*p*[n]，其中，cm，l[n]为第m根天线的第l个匹配符号的第n个采样值，p[n]为所述预设的啁啾扩频调制符号的第n个采样值；
对所述每根天线的匹配符号计算离散傅里叶变换以得到相应的频域匹配符号：其中Cm，l[k]为第m根天线的第l个频域匹配符号的第k个频点的值；
对所述每根天线的相邻的频域匹配符号按以下公式计算相应的频域匹配自相关符号：其中，Dm，l[k]为第m根天线的第l个频域匹配自相关符号的第k个频点的值；
按以下公式将所述M根天线的所有频域匹配自相关符号的按频点累加以得到加总的频域匹配自相关符号：E[k]＝∑m∑lDm，l[k]，k＝0，1，...，S-1，其中，E[k]为加总的匹配自相关符号的第k个频点的值；以及
判断所述加总的频域匹配自相关符号的频域峰值Emax是否超过预设阈值，如果超过阈值，则认为检测到所述前导码，否则认为未检测到所述前导码，其中，Emax＝max{|E[k]|，k＝0，1，...，S-1}，所述频域峰值对应的频点号为kmax。
5.根据权利要求4所述的测角方法，其特征在于，所述估计所述H个测角天线对中每个测角天线对的信号相位差的步骤包括：
按以下公式对所述M根天线的每根天线的频域匹配自相关符号的第kmax个频点进行累加，得到所述每根天线的小数倍频偏补偿累加结果：Fm[kmax]＝∑lDm，l[kmax]，其中，Fm[kmax]为第m根天线的频域匹配自相关符号的第kmax个频点累加结果；
按以下公式估计所述H个测角天线对中第h个天线对的信号相位差：其中，h0为第h个测角天线对的第一天线的序号，h1为第h个测角天线对的第二天线的序号。
6.根据权利要求4所述的测角方法，其特征在于，所述估计所述H个测角天线对中每个测角天线对的信号相位差的步骤包括：
按以下公式估计小数倍频偏δf：δf＝angle(E[kmax])/(2π)；
按以下公式对所述M根天线的每根天线的频域匹配自相关符号的第kmax个频点进行小数倍频偏补偿：其中，D′m，l[kmax]为第m根天线的第l个频域匹配自相关符号的第kmax个频点进行小数倍频偏补偿得到的结果，pm，l为第m根天线的第l个接收符号的起始位置相对于当前时间窗的起始位置的符号数偏移；
按以下公式对所述M根天线的每根天线的频域匹配自相关符号的第kmax个频点的小数倍频偏补偿结果进行累加，得到所述每根天线的小数倍频偏补偿累加结果：Fm[kmax]＝∑lD′m，l[kmax]，其中，Fm[kmax]为第m根天线的小数倍频偏补偿累加结果；
按以下公式估计所述H个测角天线对中第h个测角天线对的信号相位差：其中，h0为第h个测角天线对的第一天线的序号，h1为第h个测角天线对的第二天线的序号。
7.根据权利要求1所述的测角方法，其特征在于，所述估计所述H个测角天线对中每个测角天线对的信号相位差的步骤包括：
连续滑动Q个时间窗，在每个时间窗内轮流地选择所述M根天线中的一根所接收的射频信号进行射频处理以得到每根天线对应的基带信号，其中，Q为预设的正整数，所述时间窗滑动和所述天线选择应使得当前时间窗内所述M根天线的每根天线对应的基带信号包括至少2个连续的啁啾扩频调制符号周期；
将第q个时间窗内所述每根天线对应的基带信号按啁啾扩频调制符号周期划分为若干个接收符号，其中，第m根天线第l个接收符号的第n个采样为rq，m，l[n]，0≤n＜S，S为一个啁啾扩频调制符号周期所包括的采样数，m＝0，1，...，M-1，q＝0，1，...，Q-1；
对第q个时间窗内所述每根天线的每个接收符号按以下公式计算相应的匹配符号以得到所述每根天线的匹配信号：cq，m，l[n]＝rq，m，l[n]*p*[n]，其中，cq，m，l[n]为第m根天线的第l个匹配符号的第n个采样值，p[n]为所述预设的啁啾扩频调制符号的第n个采样值；
对所述每根天线的匹配符号计算离散傅里叶变换以得到相应的频域匹配符号：其中Cq，m，l[k]为第m根天线的第l个频域匹配符号的第k个频点的值；
对第q个时间窗内所述每根天线的频域匹配符号按以下公式计算相应的频域匹配自相关符号：其中，Dq，m，l[k]为第m根天线的第l个频域匹配自相关符号的第k个频点的值；
按以下公式将第q个时间窗内所述M根天线的所有频域匹配自相关符号的按频点累加以得到加总的频域匹配自相关符号：Eq[k]＝∑m∑lDq，m，l[k]，k＝0，1，...，S-1，其中，Eq[k]为加总的匹配自相关符号的第k个频点的值；
搜索所述Q个时间窗的所述加总的频域匹配自相关符号的频域峰值Emax，其中，Emax＝max{|Eq[k]|，k＝0，1，...，S-1；q＝0，1，...，Q-1}，所述频域峰值对应的频点号为kmax，时间窗的序号为qmax；
按以下公式估计小数倍频偏δf：
按以下公式对第qmax个时间窗内所述M根天线的每根天线的频域匹配自相关符号的第kmax个频点进行小数倍频偏补偿：其中，D′m，l[kmax]为第qmax个时间窗内第m根天线的第l个频域匹配自相关符号的第kmax个频点进行小数倍频偏补偿得到的结果，pm，l为第qmax个时间窗内第m根天线的第l个接收符号的起始位置相对于当前时间窗的起始位置的符号数偏移；
按以下公式对第qmax个时间窗内所述M根天线的每根天线的频域匹配自相关符号的第kmax个频点的小数倍频偏补偿结果进行累加，得到所述每根天线的小数倍频偏补偿累加结果：Fm[kmax]＝∑lD′m，l[kmax]，其中，Fm[kmax]为第qmax个时间窗内第m根天线的小数倍频偏补偿累加结果；
按以下公式估计所述H个测角天线对中第h个测角天线对的信号相位差：其中，h0为第h个测角天线对中的第一天线的序号，h1为第h个测角天线对的第二天线的序号。
8.根据权利要求1到7任何一项所述的测角方法，其特征在于，所述基于所述H个测角天线对的信号相位差估计结果确定所述发射天线的方位角估计值的步骤包括：
基于所述H个测角天线对中的每个测角天线对的信号相位差估计结果计算基于该测角天线对的候选方位角对，所述候选方位角对包括第一候选方位角和第二候选方位角，其中，基于第h个测角天线对计算得到的第一候选方位角为ξh0，第二候选方位角为ξh1；
将基于所述H个测角天线对中的所有测角天线对的第一候选方位角和第二候选方位角组成候选方位角集合其中，
从所述候选方位角集合中确定方位角子集合Φ；以及
基于所述方位角子集合Φ计算所述发射天线的方位角估计值。
9.根据权利要求8所述的测角方法，其特征在于，所述从所述候选方位角集合中确定方位角子集合Φ的步骤包括：
从所述候选方位角集合的元素个数等于预设数量的子集合中，选择其元素的密集度高于预设阈值的子集合作为所述方位角子集合Φ。
10.根据权利要求8所述的测角方法，其特征在于，所述从所述候选方位角集合中确定方位角子集合Φ的步骤包括：
从所述候选方位角集合的元素个数等于预设数量的子集合中，选择其元素的密集度最高的子集合作为所述方位角子集合Φ。
11.根据权利要求8所述的测角方法，其特征在于，所述基于所述H个测角天线对中的每个测角天线对的信号相位差估计结果计算基于该测角天线对的候选方位角对的步骤包括：
对于所述H个测角天线对中的每个测角天线对，根据以下公式计算基于所述测角天线对的第一候选方位角和所述第二候选方位角：其中dh为第h个测角天线对的第一天线和第二天线的间距，γh为第h个测角天线对的法线方向相对于所述参考方向的旋转角。
12.一种测角设备，其特征在于，所述测角设备包括：
用于接收从发射天线发射的射频信号的M根天线，所述射频信号承载无线数据帧，所述无线数据帧包括使用啁啾扩频调制的帧头，所述M根天线中包括H个测角天线对，所述每个测角天线对包括间距不超过λ/2的第一天线和第二天线，其中，H为大于或等于2的整数，其中，H为大于或等于2的整数，λ为所述射频信号的载波波长；
多...
【专利技术属性】
技术研发人员：张文彦，张玉龙，李铮，
申请(专利权)人：上海感悟通信科技有限公司，感悟科技深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31
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