一种智能反射面辅助的全向单天线接收机辐射源测向方法技术

本发明专利技术属于辐射源测向技术领域，具体涉及一种智能反射面辅助的全向单天线接收机辐射源测向方法。该方案利用智能反射面对多径信号的重构能力，通过设计特殊的周期时变系数，弥补了全向单天线接收机无法估计辐射源来波方向的固有系统局限。针对慢变和快变的辐射信号源，分别构造了拟MUSIC空间谱和LS空间谱，实现了对辐射源方向的估计。在慢变辐射信号源的情况下，本发明专利技术具有与传统阵列天线接收机相近的估计精度；在快变辐射信号源的情况下，本发明专利技术虽然性能有所下降，但也具有较高的精度。同时由于不需要配置大量的射频链，接收机也无需与RIS相连，只需RIS维持给定周期变化的反射系数即可，大大降低了设备对于硬件设施的要求，具备更高的实用性。备更高的实用性。备更高的实用性。

【技术实现步骤摘要】
一种智能反射面辅助的全向单天线接收机辐射源测向方法


[0001]本专利技术属于辐射源测向
，具体涉及一种智能反射面辅助的全向单天线接收机辐射源测向方法。

技术介绍

[0002]无线电测向是依据电磁波的传播特性，使用仪器设备测定无线电波来波方向的过程。来波方向是指测向机所在地实在的电磁环境中电波达到的方向，测向通常的最终目的是要确定辐射源的方向乃至于辐射源的具体位置。测向技术的基本原理可分为两类，一是利用定向天线接收各个方向的来波信号，通过比较各方向上的信号强度与给定阈值的大小来判断哪些方向存在信号源；二是利用阵列天线的阵列响应，通过阵列信号处理技术进行空间谱估计来判断信号源的方向。采用定向天线进行测向其精度往往较低，而阵列天线的测向精度与天线数量成正相关。
[0003]全向单天线接收机受制于系统的固有局限，无法完成辐射源来波方向的估计。智能反射面(Reconfigurable Intelligent Surface，RIS)的提出为解决该问题提供了可能。RIS是一种电磁特性可重构的新型材料，往往由大量可以动态改变自身电磁参数的单元组成，实现对于反射信号幅度、相位乃至于极化方式的调整。RIS以其无源、低成本、部署灵活的优势在移动通信领域受到了广泛的研究，这是由于RIS可以在不改变当前无线网络基础设施架构的基础上，在无线信道上提供额外的自由度，以提升通信质量。因此，如何利用RIS可操纵信号的能力，解决全向单天线接收机无法测得辐射源方向的问题，是值得研究的课题。

技术实现思路

[0004]针对全向单天线接收机无法进行辐射源测向的问题，本专利技术提出一种智能反射面辅助的全向单天线接收机辐射源测向方法。
[0005]为更好地对本专利技术进行说明，先介绍本专利技术技术方案所用到的术语和系统结构。
[0006]AoA：Angle of Arrival，到达角。
[0007]DFT，Discrete Fourier Transformation，离散傅里叶变换。
[0008]LS：Least Squares，最小二乘法。
[0009]MUSIC：Multiple Signal Classification，多重信号分类算法。
[0010]RIS：Reconfigurable Intelligent Surface，智能反射面，可以动态改变自身电磁特性，从而调整反射信号的幅度、相位甚至极化方式。
[0011]RMSE：Root ofMean Squared Error，根均方误差.
[0012]ULA：Uniform Linear Array，均匀直线阵列。
[0013]图1所示为本专利技术RIS辅助的全向单天线接收机辐射源测向系统示意图：
[0014]在该系统中，假定辐射源Tx与接收机Rx天线数均为1，均采用全向天线；RIS单元数为N，假设采用水平均匀直线阵列。用α0，α1以及α2分别表示Tx
‑
Rx，Tx
‑
RIS以及RIS
‑
Rx三段信
道的复衰落系数，Tx
‑
Rx，Tx
‑
RIS以及RIS
‑
Rx三段信道的方位角分别为以及因此Tx
‑
RIS与Rx
‑
RIS的信道向量可表示为：
[0015][0016]与
[0017][0018]其中，表示RIS的天线阵列响应矢量。对于阵元个数为N的水平均匀直线阵列，有
[0019][0020]式中λ与Δ分别表示信号波长与RIS单元间距。考虑RIS配置如下周期时变反射系数：
[0021][0022]其中T表示一个RIS循环周期(不妨定义为一帧)所含时隙数，因此第m帧第t个时隙的接收信号可以表示为：
[0023]y
tm
＝[α0+g
H
diag(φ
t
)q]s
tm
+w
tm
，
[0024]其中，s
tm
～CN(0，P)为功率为P的辐射信号，w
tm
～CN(0，N0)为功率为N0的接收机噪声。将各帧内的接收信号拉成列向量，即y
m
＝[y
1m
，y
2m
，
…
，y
Tm
]T
，并进行M帧观测，则可将接收信号表示为矩阵Y＝[y1，y2，
…
，y
M
]。
[0025]本专利技术采用的技术方案为：
[0026]S1.构造RIS系数矩阵满足
[0027][0028]S2.令第m帧第t个时隙的接收信号表示为：
[0029]y
tm
＝[α0+g
H
diag(φ
t
)q]s
tm
+w
tm
[0030]判断辐射源信号类型，若s
1m
＝s
2m
＝
…
＝S
Tm
＝s
m
则为慢变信号，进入S3；若s
1m
≠s
2m
≠
…
≠s
Tm
则为快变信号，进入S4；
[0031]S3.将接收信号进一步表示为：
[0032][0033]其中
[0034]s
T
＝[s1，s2，
…
，s
M
]，[W]tm
＝w
tm
。
[0035]估计放缩信道自相关矩阵，具体为：对接收信号左乘以的左逆消去RIS的影响，
即
[0036][0037]因此放缩信道自相关矩阵可表示为：
[0038][0039]当帧数趋于无穷时，有
[0040][0041]对[R
z
]2：end.2：end
进行特征值分解，提取噪声空间，即
[0042][R
z
]2：end.2：end
＝UΛU
H
，
[0043]其中Λ为对角阵，对角元为[R
z
]2：end.2：end
的特征值按从大到小顺序依次排列，U为对应的特征向量组成的特征矩阵。注意到帧数趋于无穷时，Λ可进一步表示为：
[0044][0045]因此，噪声空间对应的特征矩阵即为U
n
＝U
：，2：end
。
[0046]构造拟MUSIC空间谱，估计Tx
‑
RIS信道方位角。
[0047]MUSIC空间谱是根据信号子空间与噪声子空间的正交性构造得到，遍历角度网格找到与噪声特征矩阵相关性最低的角度，即为所求方向。对于本专利技术所提方案，也可根据信道子空间与噪声子空间的正交性构造拟MUSIC空间谱进行角度估计。具体地，拟MU本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能反射面辅助的全向单天线接收机辐射源测向方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.构造智能反射面RIS的系数矩阵满足ΦΦ
T
＝T I
N
，sum(Φ,row)＝0
N
，其RIS单元数为N，采用水平均匀直线阵列，T表示一个RIS循环周期所含时隙数，Φ满足：S2.令第m帧第t个时隙的接收信号表示为：y
tm
＝[Δ0+g
H
diag(φ
t
)q]s
tm
+w
tm
，其中，s
tm
～CN(0,P)为功率为P的辐射信号，w
tm
～CN(0,N0)为功率为N0的接收机噪声，辐射源Tx与接收机Rx天线数均为1，采用全向天线；Δ0表示Tx
‑
Rx信道复衰落系数，Tx
‑
RIS以及RIS
‑
Rx的复信道分别为与其中，Δ1以及Δ2分别为对应的复衰落系数，以及为对应的方位角，表示RIS的天线阵列响应矢量；对于阵元个数为N的水平均匀直线阵列，有式中λ与
△
分别表示信号波长与RIS单元间距；将各帧内的接收信号拉成列向量，即y
m
＝[y
1m
,y
2m
,
…
,y
Tm
]
T
，并进行M帧观测，将接收信号表示为矩阵Y＝[y1,y2,
…
,y
M
]；判断辐射源信号类型，若s
1m
＝s
2m
＝
…
＝s
Tm
＝s
m
则为慢变信号，进入S3；若s
1m
≠s
2m
≠
…
≠s
Tm
则为快变信号，进入S4；S3、将接收信号进...

【专利技术属性】
技术研发人员：马滕，刘丽哲，雷霞，李勇，王斌，李行健，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：