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申请/专利权人：西安电子科技大学

摘要：本发明提出了一种基于1bit编码超表面的相干信号波达方向估计方法，主要解决现有技术中传统阵列体积大、成本高的问题。其实现方案为：构建编码超表面阵列U及单次编码下的阵列输出信号；设计编码获取U的子阵列输出信号矢量Xt；计算Xt中各个子阵列输出信号矢量的协方差矩阵，得到Xt的协方差矩阵估计值对进行特征值分解，得到噪声子空间矩阵En；根据En构造代价函数Vc，并通过代价函数绘制幅度谱图，获取相干信号角度估计结果。本发明能在超表面阵列的前提下实现相干信号的高精度波达方向估计，同时降低了采样成本。可用于复杂环境下的目标定位。

主权项：1.一种基于1bit编码超表面的相干信号波达方向估计方法，其特征在于，包括：1构建编码超表面阵列U及单次编码下的阵列输出信号模型U＝{U1,U2,...,Um,...,UM}，其中，Um表示编码超表面阵列U的第m个编码超表面阵元，1≤m≤M，M是编码超表面阵列中的阵元个数，M≥2，每两个阵元的间距为d，d≤λ2，λ为入射到阵列的窄带信号波长，每一个阵元都有各自的权值b，权值为-1或1，bM,iU是第i次权值编码中由M个阵元权值组成的权值编码向量，1≤i≤N，N是权值编码总次数，bi,m是阵列U中第m个阵元在第i次权值编码中的权值，gm是第m个阵元的传输线对其接收信号增加的时延量，smt表示第m个阵元的接收信号，其包含K个远场窄带相干信号的角度信息，1≤K＜M，t表示离散时间，t＝[t1,…,tl,…,tL]，tl为第l时刻，1≤l≤L，L表示信号在时域上的采样点数，ni是单次编码时的噪声；2设计编码，获取编码超表面阵列U的子阵列输出信号矢量Xt：2a对超表面阵列U进行子阵列划分，将M个编码超表面阵元划分为P个互相重叠的子阵列，每个子阵由Z个阵元组成，K＜Z＜M；2b选取超表面第r子阵列ur＝{Ur,...,Uh,...,UZ+r-1}，1≤r≤P，对阵列U进行二次抵消编码，获取第i次权值编码下超表面第r子阵列ur的输出信号 其中，Uh代表编码超表面阵列U的第h个阵元，r≤h≤Z+r-1，为第r子阵列ur的Z个阵元在第i次权值编码中构成的权值编码向量，和是根据对阵列U进行二次抵消编码时所产生的阵列输出信号，为两次编码的噪声；2c对第r子阵列ur的权值编码向量进行N次赋值，得到N个子阵列权值编码向量，并由这N个子阵列权值编码向量构成权值编码矩阵B，并根据权值编码矩阵B得到第r子阵列ur的输出信号矢量 其中，[·]T表示转置运算；2d根据权值编码矩阵B以及划分好的P个子阵列，分别对阵列U进行二次抵消编码，获得P个子阵列的输出信号矢量，并由此构建超表面阵列U的子阵列输出信号矢量Xt： 3计算信号矢量Xt中各个子阵列输出信号矢量的协方差矩阵将所有协方差矩阵相加后取平均值，得到阵列输出信号的协方差矩阵估计值4对阵列输出信号的协方差矩阵估计值进行特征值分解，得到噪声子空间矩阵En；5根据噪声子空间矩阵En构造代价函数Vc：Vc＝acHBHEnEnHBac其中，ac表示导向矢量，ac＝[1,c,...,cf,...,cZ-1]T，其中，c表示包含一个未知量为角度θ的变量，c＝e-j2πdsinθλ,cf为对变量c进行f次方的运算，0≤f≤Z-1，[·]H表示共轭转置运算；6通过绘制幅度谱图获取相干信号角度估计结果：6a采用空间网格划分方法，根据代价函数绘制幅度谱图，并对其幅度从高到低排列；6b将幅度谱图中幅值较大的前K个谱峰所对应的x轴坐标，作为所求K个相干信号源的波达方向估计值：其中为第w个相干信号的波达方向，1≤w≤K。

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