一种信号的波达方向确定方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供了一种信号的波达方向确定方法及装置，获取待处理信号的流型矩阵，作为待处理矩阵；根据当前的待处理矩阵，计算得到待处理信号的功率谱函数；确定当前的功率谱函数中波峰处的波达方向；获取本次确定的波达方向中与本次之前已确定出的波达方向不同的波达方向，作为当前的待处理波达方向；如果未达到第一收敛条件，基于当前的待处理波达方向更新当前的待处理矩阵；并返回执行根据当前的待处理矩阵，计算得到待处理信号的功率谱函数的步骤；如果达到第一收敛条件，基于当前已确定出的各波达方向确定各原始信号各自的波达方向。基于上述处理，可以提高信号的波达方向确定方法的有效性。

【技术实现步骤摘要】
一种信号的波达方向确定方法及装置
本专利技术涉及通信
，特别是涉及一种信号的波达方向确定方法及装置。
技术介绍
DOA(DirectionofArrival，波达方向)表示信号到达接收端的天线阵列时的方向角。接收端可以根据信号的波达方向，确定发送信号的发送端的位置。然而，当多个信号(可以称为原始信号)同时到达接收端时，该多个原始信号可能会叠加形成一个信号(可以称为待处理信号)，此时，接收端可以根据接收到的待处理信号，确定各原始信号的波达方向，进而，可以根据各原始信号的波达方向，确定发送各原始信号的各发送端的位置。现有技术中，确定原始信号的波达方向的方法可以包括以下步骤：在接收端的天线阵列中的每一个天线处，按照预设的采样时间，对待处理信号进行采样接收，可以得到表示待处理信号的特征的矩阵(可以称为特征矩阵)，该特征矩阵中的每一列向量与每一采样时间对应，该特征矩阵中的每一行向量与天线阵列中的每一个天线对应，该特征矩阵中的每一元素可以包括待处理信号的幅度和相位。然后，可以计算该特征矩阵对应的协方差矩阵，并对协方差矩阵进行特征分解，得到待处理信号中包含的噪声信号的噪声子空间。另外，还可以获取待处理信号对应的流型矩阵，流型矩阵包含一个列向量，该列向量中的每一元素表示接收端的天线阵列中，每一个天线与天线阵列中指定天线接收到的同一个原始信号的相位的差值，该差值可以用该原始信号的波达方向的函数表示。然后，根据流型矩阵与噪声子空间，计算得到待处理信号对应的功率谱函数，功率谱函数可以表示各原始信号的功率谱密度与各原始信号的波达方向的函数关系。功率谱密度可以表示为：P(θn)表示第n个原始信号的功率谱密度，θn表示第n个原始信号的波达方向，C(θn)表示待处理信号的流型矩阵，C(θn)H表示矩阵C(θn)的共轭转置矩阵，E表示待处理信号中包含的噪声信号的噪声子空间，EH表示矩阵E的共轭转置矩阵，|C(θn)HEEHC(θn)|表示矩阵C(θn)HEEHC(θn)的模。在对协方差矩阵进行特征分解时，如果能够完全分离出噪声子空间，噪声子空间与各原始信号完全正交，此时，|C(θn)HEEHC(θn)|的值接近0，相应的，计算得到的P(θn)的值较大，也就是说，原始信号对应的P(θn)的值较大，进而，可以确定功率谱函数的各波峰处的波达方向，即为各原始信号的波达方向。然而，波达方向较为接近的两个原始信号的功率可能会叠加，形成不同于该两个原始信号的另一个信号(可以称为干扰信号)，且当噪声信号的功率较大时，在对上述协方差矩阵进行特征分解时，不能完全分离出噪声子空间。进而，可能会导致噪声子空间与该两个原始信号均不完全正交，且与干扰信号正交，也就是说，干扰信号的功率谱密度位于功率谱函数的波峰处，而该两个原始信号的功率谱密度并不位于功率谱函数的波峰处，即只能确定出干扰信号的波达方向，而无法确定出该两个原始信号的波达方向，即现有技术中信号的波达方向确定方法的有效性较低。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种信号的波达方向确定方法及装置，可以准确的确定出波达方向较为接近的原始信号的波达方向，进而，可以提高信号的波达方向确定方法的有效性。具体技术方案如下：第一方面，为了达到上述目的，本专利技术实施例提供了一种信号的波达方向确定方法，所述方法应用于接收端，所述方法包括：获取待处理信号的流型矩阵，作为待处理矩阵；其中，所述待处理信号包含发送端发送的各原始信号，所述待处理矩阵中的目标列向量中每一元素表示所述接收端的天线阵列中，每一个天线与所述天线阵列中的指定天线接收到的同一个原始信号的相位的差值，该差值用该原始信号的波达方向的函数表示；根据当前的待处理矩阵，计算得到所述待处理信号的功率谱函数，其中，所述功率谱函数表示各原始信号的功率谱密度，与各原始信号的波达方向的函数关系；确定当前的功率谱函数中波峰处的波达方向；获取本次确定的波达方向中，与本次之前已确定出的波达方向不同的波达方向，作为当前的待处理波达方向；如果未达到第一收敛条件，基于当前的待处理波达方向，更新当前的待处理矩阵；并返回执行所述根据当前的待处理矩阵，计算得到所述待处理信号的功率谱函数的步骤；如果达到所述第一收敛条件，基于当前已确定出的各波达方向，确定所述各原始信号各自的波达方向。可选的，所述天线阵列中各天线具有不同的编号，最小的编号为1，且其他编号依次递增1；所述指定天线的编号为1；所述获取待处理信号的流型矩阵，作为待处理矩阵，包括：根据第一预设公式，计算得到待处理信号的流型矩阵，作为待处理矩阵；其中，所述第一预设公式为：am为所述待处理矩阵中的所述目标列向量中的第m个元素，am表示所述天线阵列中编号为m的天线与所述指定天线接收到的，同一个原始信号的相位的差值，j表示虚数单位，d表示所述天线阵列中相邻两个天线之间的物理距离，λ表示所述待处理信号的波长，θ表示所述天线阵列中编号为m的天线与所述指定天线接收到的，同一个原始信号的波达方向。可选的，所述基于当前的待处理波达方向，更新当前的待处理矩阵，包括：基于所述第一预设公式，计算当前的待处理波达方向各自对应的流型向量，其中，一个待处理波达方向对应的流型向量表示所述天线阵列中，每一个天线与所述指定天线接收到的该待处理波达方向所属的信号的相位的差值；将各个流型向量作为列向量，增加至当前的待处理矩阵中，其中，在当前的待处理矩阵中所述各个流型向量位于所述目标列向量之前。可选的，所述根据当前的待处理矩阵，计算得到所述待处理信号的功率谱函数，包括：根据第二预设公式，计算得到当前的待处理矩阵对应的特征矩阵，作为第一特征矩阵，其中，所述第二预设公式为：C＝AHEEHAC表示所述第一特征矩阵，A表示当前的待处理矩阵，AH表示矩阵A的共轭转置矩阵，E表示所述待处理信号包含的噪声信号的噪声子空间，EH表示矩阵E的共轭转置矩阵；基于所述第一特征矩阵，计算得到所述待处理信号的功率谱矩阵；其中，所述功率谱矩阵中的元素为所述第一特征矩阵中对应的元素的倒数；基于所述功率谱矩阵的行列式，生成所述待处理信号的功率谱函数。可选的，所述第一收敛条件包括：本次确定出的波达方向中，不存在与本次之前已确定出的波达方向不同的波达方向；或者，当前已确定出的波达方向的数目达到第一数目。可选的，所述基于已确定出的各波达方向，确定所述各原始信号各自的波达方向，包括：获取当前已确定出的各波达方向对应的字典矩阵；其中，所述字典矩阵中的每一列向量与当前已确定出的每一波达方向对应，所述字典矩阵中的每一列向量表示所述天线阵列中，每一个天线与所述指定天线接收到的该列向量对应的波达方向所属的信号的相位的差值；根据第三预设公式和所述字典矩阵进行迭代计算，直至计算得到的所述待处理信号的功率向量满足第二收敛条件；其中，所述功率向量中的元素与当前已确定出的各波达方向一一对应，所述第三预设公式包括：Uk＝Ψk-1BH(μI+BΨk-1BH)-1SVk＝Ψk-1-Ψk-1BH(μI+BΨk-1BH)-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种信号的波达方向确定方法，其特征在于，所述方法应用于接收端，所述方法包括：/n获取待处理信号的流型矩阵，作为待处理矩阵；其中，所述待处理信号包含发送端发送的各原始信号，所述待处理矩阵中的目标列向量中每一元素表示所述接收端的天线阵列中，每一个天线与所述天线阵列中的指定天线接收到的同一个原始信号的相位的差值，该差值用该原始信号的波达方向的函数表示；/n根据当前的待处理矩阵，计算得到所述待处理信号的功率谱函数，其中，所述功率谱函数表示所述各原始信号的功率谱密度，与所述各原始信号的波达方向的函数关系；/n确定当前的功率谱函数中波峰处的波达方向；/n获取本次确定的波达方向中，与本次之前已确定出的波达方向不同的波达方向，作为当前的待处理波达方向；/n如果未达到第一收敛条件，基于当前的待处理波达方向，更新当前的待处理矩阵；并返回执行所述根据当前的待处理矩阵，计算得到所述待处理信号的功率谱函数的步骤；/n如果达到所述第一收敛条件，基于当前已确定出的各波达方向，确定所述各原始信号各自的波达方向。/n

【技术特征摘要】
1.一种信号的波达方向确定方法，其特征在于，所述方法应用于接收端，所述方法包括：
获取待处理信号的流型矩阵，作为待处理矩阵；其中，所述待处理信号包含发送端发送的各原始信号，所述待处理矩阵中的目标列向量中每一元素表示所述接收端的天线阵列中，每一个天线与所述天线阵列中的指定天线接收到的同一个原始信号的相位的差值，该差值用该原始信号的波达方向的函数表示；
根据当前的待处理矩阵，计算得到所述待处理信号的功率谱函数，其中，所述功率谱函数表示所述各原始信号的功率谱密度，与所述各原始信号的波达方向的函数关系；
确定当前的功率谱函数中波峰处的波达方向；
获取本次确定的波达方向中，与本次之前已确定出的波达方向不同的波达方向，作为当前的待处理波达方向；
如果未达到第一收敛条件，基于当前的待处理波达方向，更新当前的待处理矩阵；并返回执行所述根据当前的待处理矩阵，计算得到所述待处理信号的功率谱函数的步骤；
如果达到所述第一收敛条件，基于当前已确定出的各波达方向，确定所述各原始信号各自的波达方向。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述天线阵列中各天线具有不同的编号，最小的编号为1，且其他编号依次递增1；所述指定天线的编号为1；
所述获取待处理信号的流型矩阵，作为待处理矩阵，包括：
根据第一预设公式，计算得到待处理信号的流型矩阵，作为待处理矩阵；其中，所述第一预设公式为：



am为所述待处理矩阵中的所述目标列向量中的第m个元素，am表示所述天线阵列中编号为m的天线与所述指定天线接收到的，同一个原始信号的相位的差值，j表示虚数单位，d表示所述天线阵列中相邻两个天线之间的物理距离，λ表示所述待处理信号的波长，θ表示所述天线阵列中编号为m的天线与所述指定天线接收到的，同一个原始信号的波达方向。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于当前的待处理波达方向，更新当前的待处理矩阵，包括：
基于所述第一预设公式，计算当前的待处理波达方向各自对应的流型向量，其中，一个待处理波达方向对应的流型向量表示所述天线阵列中，每一个天线与所述指定天线接收到的该待处理波达方向所属的信号的相位的差值；
将各个流型向量作为列向量，增加至当前的待处理矩阵中，其中，在当前的待处理矩阵中所述各个流型向量位于所述目标列向量之前。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据当前的待处理矩阵，计算得到所述待处理信号的功率谱函数，包括：
根据第二预设公式，计算得到当前的待处理矩阵对应的特征矩阵，作为第一特征矩阵，其中，所述第二预设公式为：
C＝AHEEHA
C表示所述第一特征矩阵，A表示当前的待处理矩阵，AH表示矩阵A的共轭转置矩阵，E表示所述待处理信号包含的噪声信号的噪声子空间，EH表示矩阵E的共轭转置矩阵；
基于所述第一特征矩阵，计算得到所述待处理信号的功率谱矩阵；其中，所述功率谱矩阵中的元素为所述第一特征矩阵中对应的元素的倒数；
基于所述功率谱矩阵的行列式，生成所述待处理信号的功率谱函数。


5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一收敛条件包括：本次确定出的波达方向中，不存在与本次之前已确定出的波达方向不同的波达方向；
或者，
当前已确定出的波达方向的数目达到第一数目。


6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于已确定出的各波达方向，确定所述各原始信号各自的波达方向，包括：
获取当前已确定出的各...

【专利技术属性】
技术研发人员：范绍帅，周梦凡，田辉，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11