高精度阵列天线接收系统角度估计的装置及其方法

摘要

本发明公开一种高精度阵列天线接收系统角度估计的装置及其方法，主要解决现有技术角度估计精度低、运算复杂度高和系统稳定性差的问题。其装置包括阵列天线接收信号模块、射频模块、自适应权值设置模块、角度估计模块。其方法步骤包括：(1)阵列天线接收系统接收信号；(2)对各个阵元设置自适应权值；(3)计算该系统的输出信号功率；(4)选择自适应迭代方法及确定该迭代过程的初值和停止迭代条件；(5)搜索最佳权值向量。本发明具有角度估计精度高、运算复杂度低和系统稳定性好的优点。

主权项

1.一种高精度阵列天线接收系统角度估计方法，包括如下步骤： (1)阵列天线接收信号模块中的各阵元分别接收远场信号； (2)设置权值 在自适应权值设置模块中按照下式设置自适应权值向量： w＝[w₁，w₂，…，w_M]^T＝[1，e^-jφ，…，e^-j(M-1)φ]^T其中，w为自适应权值向量，w₁，w₂，…w_M分别为阵元1、阵元2…阵元M的权值，上标T表示向量的转置，e为自然常数，j为虚数单位，φ是给定的权值参数； (3)计算输出功率 在角度估计模块的计算单元中按下式计算阵列天线接收系统的输出信号功率 P＝w^Hxx^Hw 其中，P为阵列天线输出信号功率，w为自适应权值向量，x为阵列天线接收信号向量，上标H表示矩阵的共轭转置； (4)确定自适应迭代参量 4a)采用Capon法估计接收信号的到达角度，将与该角度对应的权值参数作为自适应迭代的初值； 4b)求阵列天线接收系统输出功率对权值参数的导数，得到权值参数导数； 4c)按公式p＝｜x(t)|²求阵元接收信号的功率，其中，p为阵元的接收信号功率，x(t)为阵元的接收信号，t为时间变量，|·|²表示取模的平方； 4d)用权值参数导数除以阵元的接收信号功率，得到比值，将该比值的绝对值小于允许误差ε作为自适应迭代停止条件； 4e)对权值参数进行自适应迭代； (5)搜索最佳权值参数 5a)对迭代参数初始化：置迭代序数k＝1，采用Capon法确定权值参数的初值 φ₁、允许误差ε＝10^-5； 5b)分别计算三个参数：求阵列天线接收系统输出功率对权值参数的一阶导数求该导数与阵元接收信号功率的比值求阵列天线接收系统输出功率对权值参数的二阶导数其中，P为阵列天线接收系统输出功率，φ_k为第k个权值参数；5c)判断是否成立，其中ε是允许误差，若成立，则停止迭代，得到最佳权值参数φ^* =φ_k；否则，转步骤5d)；5d)修改权值参数：其中，φ_k+1为第k+1个权值参数，φ_k为第k个权值参数，为阵列天线接收系统输出功率对权值参数的二阶导数的倒数，为阵列天线接收系统输出功率对权值参数的一阶导数，置迭代序数k：＝k+1，转步骤5b)；(6)获得角度值 按下式求出阵列天线接收系统的角度估计值， 其中，θ^*为阵列天线接收系统的角度估计值，λ为信号波长，φ^*为最佳权值参数，d为阵元间距。