【技术实现步骤摘要】
基于单比特量化信号虚拟域统计量重建的互质阵列波达方向估计方法
本专利技术属于信号处理
，尤其涉及对雷达信号、声学信号及电磁信号的低成本高效波达方向估计，具体是一种基于单比特量化信号虚拟域统计量重建的互质阵列波达方向估计方法，可用于无源定位、目标探测以及新一代无线通信系统。
技术介绍
波达方向估计(Direction-of-ArrivalEstimation)通过利用阵列天线接收空域信号，并通过统计信号处理技术和各类优化方法对接收信号进行处理，以恢复信号中所包含的波达方向信息，是阵列信号处理领域的基本问题之一，在雷达、声呐、语音、射电天文、地震学、无线通信、医学成像等领域有着广泛的应用。随着用户需求与数据规模的不断增加，基站端的大规模天线部署是新一代无线通信系统中的典型特征之一。与此同时，随着角度域信道建模理论在毫米波大规模MIMO(MassiveMultiple-InputMultiple-Output,MassiveMIMO)系统中的推广应用，传统的波达方向估计面临巨大的技术挑战。一方面，传统的波达方...
【技术保护点】
1.一种基于单比特量化信号虚拟域统计量重建的互质阵列波达方向估计方法，其特征在于，包含以下步骤：/n(1)接收端使用M+N-1个天线布设互质阵列
【技术特征摘要】
1.一种基于单比特量化信号虚拟域统计量重建的互质阵列波达方向估计方法，其特征在于，包含以下步骤：
(1)接收端使用M+N-1个天线布设互质阵列互质阵列的每个阵元连接单比特模数转换器用于接收信号的单比特量化，其中M与N为互质整数；
(2)互质阵列单比特接收信号建模。假设有K个来自θ1；θ2；···；θK角度方向的远场窄带非相干信号源，采用步骤(1)架构的互质阵列及单比特模数转换器接收入射信号，得到第l个时刻的互质阵列单比特接收信号可建模为：
其中，为单比特量化操作符，x(l)为未量化的互质阵列原始接收信号，sk(l)为第k个信号的波形，为与各信号源相互独立的噪声项，为对应于θk方向的互质阵列的导引向量，表示为
其中，ui；i＝1；2，···；M+N-1表示互质阵列中第i个物理天线阵元的实际位置，且u1＝0，[·]T表示转置操作。利用采集的L个采样快拍，得到互质阵列单比特接收信号的采样协方差矩阵
这里(·)H表示共轭转置；
(3)计算互质阵列单比特接收信号所对应的等价虚拟信号。向量化互质阵列单比特接收信号的采样协方差矩阵获得单比特量化信号所对应的虚拟阵列等价接收信号
对应于非均匀的虚拟阵列
其中，vec(·)表示向量化操作，即把矩阵中的各列依次堆叠以形成一个新的向量，为未量化原始互质阵列接收信号的协方差矩阵，diag(·)表示取对角线元素构成对角化矩阵操作，E[·]为取期望操作，表示克罗内克积，为取实部操作，为取虚部操作，
其中，表示第k个信号源的功率，表示噪声功率，I为单位矩阵，为对应于θk方向的非均匀虚拟阵列的导引向量，可计算为：其中，(·)*为共轭操作；
(4)构造初始化单比特量化信号虚拟域增广协方差矩阵。为了克服互质阵列的非均匀虚拟阵列所带来的信号模型失配问题，构造一个与非均匀虚拟阵列正半轴孔径相同、且间距为d的虚拟域均匀线性阵列其中单位间隔d为入射窄带信号波长的一半：
其中，max(·)为取集合最大值操作。相应地，该虚拟域均匀线性阵列所对应的等价虚拟信号可通过以下方式获得：针对所对应的各虚拟阵元位置所对应的等价虚拟信号，若该虚拟阵元位置包含于非均匀虚拟阵列中，则该位置的等价虚拟信号与中相应虚拟阵元位置所对应的虚拟信号相同；其余非均匀虚拟阵列中非连续虚拟阵元部分所对应的等价虚拟信号置零。然后，初始化单比特量化信号虚拟域增广协方差矩阵可构造为：
其中，Toep(·)表示取向量为该厄米特Toeplitz矩阵的第一列；
(5)基于单比特量化信号与原始未量化信号统计量间的统计关联性分析，设计基于量化信号虚拟域统计量重建的优化问题，得到对应于虚拟均匀阵列的单比特量化信号协方差矩阵。根据统计量特性分析，本发明基于单比特量化信号协方差矩阵与原始未量化信号协方差矩阵的极大线性无关组相同这一特性发掘，说明信号的单比特量化过程不改变协方差矩阵的秩。因此，由推导而来...
【专利技术属性】
技术研发人员：周成伟，史治国，顾宇杰，陈积明，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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