一种基于软件无线电设备的DOA估计系统及估计方法技术方案

本发明专利技术属于技术领域，具体地说，涉及一种基于软件无线电设备的DOA估计系统及估计方法，该系统包括：时钟源、至少一个信号源、至少四个软件无线电设备、均匀线阵和处理器；均匀线阵包括至少四个阵元；每个阵元设置在软件无线电设备上的接收端，并与对应的软件无线电设备通过等长的射频线进行通信连接；每个信号源对应至少四个软件无线电设备，信号源位于至少四个软件无线电设备的一侧，时钟源位于至少四个软件无线电设备的另一侧，且分别与每个软件无线电设备通过时钟同步线进行通信连接，提供同一个时钟脉冲信号；至少四个软件无线电设备均与处理器通信连接；所述处理器，用于采用MUSIC算法，对经过校准的接收数据矩阵进行波达方向估计。达方向估计。达方向估计。

【技术实现步骤摘要】
一种基于软件无线电设备的DOA估计系统及估计方法


[0001]本专利技术属于辐射源定位和波达方向估计
，具体地说，涉及一种基于软件无线电设备的DOA估计系统及估计方法。

技术介绍

[0002]DOA(direction of arrival，简写DOA)估计也叫信号的来波方向估计，主要是对空间传感器阵接收到的含有噪声的信号数据进行处理，获取目标的方向信息。目前，DOA估计已经被应用到了无线通信、导航、语音处理、声呐、雷达以及射电天文学等很多领域。
[0003]作为阵列信号处理的重要部分，信号的波达方向估计出现了许多高精度、低计算复杂度的算法，例如，多重信号分类(MUSIC)算法、旋转不变子空间(ESPRIT)算法、传播算子(PM)算法等。
[0004]但是，能够实现射频通道间，时间同步和相位相干的信号接收设备制作过程非常复杂且成本高昂，因此，上述这些算法在实际应用中受到一定的成本限制。
[0005]基于传统同源接收机的DOA估计系统复杂，现有的估计系统中，基于数字信号处理系统(Digital Signal Proc本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于软件无线电设备的DOA估计系统，其特征在于，该系统包括：时钟源、至少一个信号源、至少四个软件无线电设备、均匀线阵和处理器；均匀线阵包括至少四个阵元；每个阵元设置在软件无线电设备上的接收端，并与对应的软件无线电设备通过等长的射频线进行通信连接；每个信号源对应至少四个软件无线电设备，信号源位于至少四个软件无线电设备的一侧，时钟源位于至少四个软件无线电设备的另一侧，且分别与每个软件无线电设备通过时钟同步线进行通信连接，提供同一个时钟脉冲信号，完成频率的同步；将其中一个软件无线电设备的SYNC_CMD引脚分别连接至剩余的每个软件无线电设备的SYNC_IN引脚，提供同一个脉冲信号，完成时间的同步；至少四个软件无线电设备均与处理器通信连接；软件无线电设备之间是等间隔放置的；所述时钟源，用于提供一个时钟脉冲信号，同时控制至少四个软件无线电设备进行待测信号的同步采集；所述信号源，用于发射具有某一特定的入射角的待测信号；所述至少四个软件无线电设备，用于在同一个时钟信号下，分别对接收的具有某一特定的入射角的待测信号进行放大、变频、下变频和模数转换处理，得到至少四路处理后的信号，并将其发送至处理器；所述处理器，用于对每个处理后的信号进行相位差校准，得到由多个校准后的信号组成的经过校准的接收数据矩阵；还用于采用MUSIC算法，对经过校准的接收数据矩阵进行波达方向估计，得到均匀线阵的空间谱估计，并根据预先设定的信号搜索范围，确定其谱峰，则根据该谱峰，获得待测信号的估计入射角度。2.根据权利要求1所述的基于软件无线电设备的DOA估计系统，其特征在于，所述阵元为天线。3.根据权利要求1所述的基于软件无线电设备的DOA估计系统，其特征在于，所述软件无线电设备为HackRF One信号采集设备；其工作频率范围为1MHz至6GHz，支持8位采样，采样率最高可达20Msps，工作于半双工模式；其上增设SMA时钟输入输出口以及多个具有不同功能的扩展接口；所述时钟源为HackRF One信号采集设备，其上增设SMA时钟输入输出口以及多个具有不同功能的扩展接口；将每个软件无线电设备上设置的CLK_IN扩展接口，通过时钟同步线与时钟源上设置的CLK_OUT扩展接口连接，从该CLK_OUT扩展接口输出一个时钟脉冲信号，并同时输入至每个软件无线电设备上设置的CLK_IN扩展接口，作为每个软件无线电设备的时钟输入，作为频率同步的信号；针对至少四个软件无线电设备，将其中一个软件无线电设备上设置的扩展接口P28的Pin15，作为同步脉冲SYNC_CMD的输出端；将剩余的软件无线电设备中的每个软件无线电设备上设置的扩展接口P28的Pin16，作为同步脉冲SYNC_IN输入端；通过杜邦线和面包板将同步脉冲SYNC_CMD输出端接入同步脉冲SYNC_IN输入端，作为时间同步的脉冲信号；并将每个软件无线电设备上的扩展接口P28的Pin2接口均连接在一
起共地，控制多个软件无线电设备同时开始采样或采集待测信号。4.根据权利要求1所述的基于软件无线电设备的DOA估计系统，其特征在于，所述HackRF One信号采集设备具有多个采集通道，每个采集通道包括依次顺序连接的低噪声放大器、混频器、收发器、模数转换器、复杂可编程逻辑器和MCU主控器；所述低噪声放大器，用于将每个阵元接收的待测信号进行一级放大，得到放大后的信号；所述混频器，用于对放大后的信号进行混频处理，得到中频信号；所述收发器，用于对中频信号下变频为基带信号；所述模数转换器，用于将基带信号进行模数转换，得到数字信号，并将其作为处理后的信号；所述复杂可编程逻辑器，用于控制将处理后的信号传输至MCU主控器；所述MCU主控器，用于控制对应的采集通道中的处理后的信号通过该采集通道上设置的USB接口传输至处理器。5.根据权利要求1所述的基于软件无线电设备的DOA估计系统，其特征在于，所述每个信号源与均匀线阵中的阵元之间的距离满足远场条件，该远场条件为至少大于3
‑
4个待测信号的波长。6.根据权利要求1所述的基于软件无线电设备的DOA估计系统，其特征在于，所述处理器包括校准模块和估计模块；所述校准模块，用于对每个软件无线电设备中的每个采集通道所接收的处理后的信号进行相位差校准，得到由多个校准后的信号组成的经过校准的接收数据矩阵；所述估计模块，用于采用MUSIC算法，对经过校准的接收数据矩阵进行波达方向估计，得到均匀线阵的空间谱估计，并根据预先设定的信号搜索范围，确定其谱峰，根据该谱峰，获得待测信号的估计入射角度。7.根据权利要求6所述的基于软件无线电设备的DOA估计系统，其特征在于，所述校准模块的具体实现过程为：假设共有D个通道，以通道1为...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵文杰，张紫晗，黄永辉，安军社，朱岩，师雨杰，
申请(专利权)人：中国科学院国家空间科学中心，
类型：发明
国别省市：