專利名稱：一種矢量傳感器陣列的誤差估計(jì)方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種矢量傳感器陣列的誤差估計(jì)方法及
直O(jiān)
背景技術(shù)：
在無線通信系統(tǒng)中，使用天線陣列可增加系統(tǒng)信道容量，從而為用戶提供更高的 數(shù)據(jù)傳輸速率。一種重要的天線陣列稱為矢量傳感器陣列。矢量傳感器陣列的每個(gè)陣元最 多可以有6個(gè)傳感器，包括3個(gè)在三維空間中相互垂直，長度相等的線狀傳感器(如圖1所 示)和3個(gè)在三維空間中相互垂直，面積相等的正方形環(huán)狀傳感器(如圖2所示)。其中線 狀傳感器用于感應(yīng)電場(chǎng)，而環(huán)狀傳感器用于感應(yīng)磁場(chǎng)。對(duì)一個(gè)方向確定的來波信號(hào)，矢量傳 感器陣列的一個(gè)陣元將最多產(chǎn)生6路接收信號(hào)，實(shí)際應(yīng)用中，可能會(huì)只采用3個(gè)電場(chǎng)感應(yīng)器 或3個(gè)磁場(chǎng)感應(yīng)器。來波方向估計(jì)和波束形成是天線陣列的兩大主題?；谑噶總鞲衅麝嚵?，研究者 提出了大量基于矢量傳感器陣列特性的來波方向估計(jì)和波束形成方法。以下文獻(xiàn)給出了一 些例子“基于矢量傳感器陣列的信號(hào)多參數(shù)估計(jì)方法”，電路與系統(tǒng)學(xué)報(bào)，2006年第3期； “基于矢量傳感器的高分辨頻率估計(jì)算法研究”，《哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào)》，2007年第3期； “一種基于矢量傳感器陣的盲波束形成方法研究”，《儀器儀表學(xué)報(bào)》，2007年第4期。以上文獻(xiàn)中的來波方向估計(jì)方法和波束形成方法都基于一個(gè)假設(shè)，即矢量傳感器 陣列的安裝位置完全準(zhǔn)確，并且矢量傳感器具有理想的陣列響應(yīng)，即幅度響應(yīng)為1，相位響 應(yīng)為O。天線陣列在實(shí)際應(yīng)用中，由于不同傳感器老化程度的不同，很難保證所有傳感器都 具有理想響應(yīng)。同時(shí)，陣元在安裝或使用的過程也可能出現(xiàn)位置偏差和朝向偏差。所有這 些誤差都將影響天線陣列的性能，特別是在來波方向估計(jì)方面的性能。因此，對(duì)矢量感應(yīng) 器陣列的誤差估計(jì)和校正，成為一個(gè)重要課題，目前已有盲校正方法和基于參考信號(hào)的誤 差估計(jì)和校正方法。其中，基于參考信號(hào)的誤差估計(jì)和校正方法，其缺點(diǎn)在于1)必須有用 于產(chǎn)生參考信號(hào)的硬件設(shè)備，并且必須精確知道信號(hào)的方向角，這增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度；2) 參考信號(hào)相對(duì)用戶信號(hào)是干擾，因此參考信號(hào)的使用相當(dāng)于增加了系統(tǒng)的干擾水平。現(xiàn)有 的盲校正方法的缺陷在于需要通過參考信道將發(fā)送信號(hào)傳輸?shù)交径?，并需要估?jì)參考 信道和實(shí)際信道的時(shí)延差，實(shí)際也相當(dāng)于在接收端產(chǎn)生一個(gè)參考信號(hào)，其系統(tǒng)復(fù)雜度較高。從以上分析可以看出，在對(duì)矢量傳感器陣列進(jìn)行誤差估算時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)的方法都 需要角度已知的參考信號(hào)，因而系統(tǒng)復(fù)雜度高；同時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)只能對(duì)矢量傳感器陣列的通 道誤差，即幅度響應(yīng)誤差和相位響應(yīng)誤差進(jìn)行校正，不能進(jìn)一步區(qū)分陣元的位置誤差以及 朝向誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種矢量傳感器陣列的誤差估計(jì)方法及裝置， 無需使用參考信號(hào)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)陣列的誤差估計(jì)。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供方案如下一種矢量傳感器陣列的誤差估計(jì)方法，包括步驟A，計(jì)算所述矢量傳感器陣列對(duì)來波信號(hào)的陣列響應(yīng)估計(jì)結(jié)果，并對(duì)所述陣列 響應(yīng)估計(jì)結(jié)果進(jìn)行分解，得到所述矢量傳感器陣列中的每個(gè)陣元的陣元響應(yīng)估計(jì)結(jié)果；步驟B，對(duì)所述矢量傳感器陣列中的每個(gè)陣元，在忽略陣元的朝向誤差和位置誤差 的情況下，根據(jù)所述陣元響應(yīng)估計(jì)結(jié)果，估計(jì)所述每個(gè)陣元的來波信號(hào)方向和通道誤差；步驟C，對(duì)于每個(gè)陣元，在忽略陣元的位置誤差的情況下，根據(jù)參考陣元的來波信 號(hào)方向的估計(jì)結(jié)果、所述每個(gè)陣元的陣元響應(yīng)估計(jì)結(jié)果、和所述每個(gè)陣元的通道誤差的估 計(jì)結(jié)果，估計(jì)所述每個(gè)陣元的朝向誤差，所述參考陣元是從所述矢量傳感器陣列所有陣元 中任意選擇的一個(gè)陣元；步驟D，根據(jù)所述參考陣元的來波信號(hào)方向的估計(jì)結(jié)果、所述每個(gè)陣元的陣元響應(yīng) 估計(jì)結(jié)果、所述每個(gè)陣元的通道誤差的估計(jì)結(jié)果、和所述每個(gè)陣元的朝向誤差的估計(jì)結(jié)果， 估計(jì)所述每個(gè)陣元的陣元位置誤差。優(yōu)選地，上述方法中，所述步驟A中，所述計(jì)算所述矢量傳感器陣列對(duì)來波信號(hào)的 陣列響應(yīng)估計(jì)結(jié)果包括步驟Al，根據(jù)預(yù)先獲得的所述來波信號(hào)的載波頻率，對(duì)所述來波信號(hào)進(jìn)行相干解 調(diào)，提取得到所述來波信號(hào)對(duì)應(yīng)的接收信號(hào)；步驟A2，計(jì)算所述來波信號(hào)對(duì)應(yīng)的接收信號(hào)的自相關(guān)矩陣，并對(duì)所述自相關(guān)矩陣 進(jìn)行一次特征值分解，選取最大特征值對(duì)應(yīng)的特征向量作為所述來波信號(hào)的陣列響應(yīng)估計(jì)結(jié)果。優(yōu)選地，上述方法中，所述步驟B包括步驟Bi，對(duì)所述每個(gè)陣元，根據(jù)未知的所述每個(gè)陣元的來波信號(hào)方向和未知的所 述每個(gè)陣元的通道誤差，構(gòu)造來波信號(hào)的第一陣列流型；步驟B2，將所述每個(gè)陣元的陣元響應(yīng)估計(jì)結(jié)果和所述第一陣列流型作為多維空間 的兩個(gè)矢量，求解在該兩個(gè)矢量之間的夾角最小時(shí)來波信號(hào)方向和通道誤差的取值，得到 所述每個(gè)陣元的來波信號(hào)方向的估計(jì)結(jié)果和通道誤差的估計(jì)結(jié)果。優(yōu)選地，上述方法中，所述步驟C包括步驟Cl，對(duì)于所述每個(gè)陣元，根據(jù)所述參考陣元的來波信號(hào)方向的估計(jì)結(jié)果、所述 每個(gè)陣元的通道誤差的估計(jì)結(jié)果和未知的所述每個(gè)陣元的朝向誤差，構(gòu)造來波信號(hào)的第二 陣列流型；步驟C2，將所述每個(gè)陣元的陣元響應(yīng)估計(jì)結(jié)果和所述第二陣元流型作為多維空間 的兩個(gè)矢量，求解在該兩個(gè)矢量之間的夾角最小時(shí)朝向誤差的取值，得到所述每個(gè)陣元的 朝向誤差的估計(jì)結(jié)果。優(yōu)選地，上述方法中，所述步驟D包括步驟D1，根據(jù)所述參考陣元的來波信號(hào)方向的估計(jì)結(jié)果、所述每個(gè)陣元的通道誤 差的估計(jì)結(jié)果、所述每個(gè)陣元的陣元朝向誤差的估計(jì)結(jié)果、和未知的所述每個(gè)陣元的位置 誤差，構(gòu)造來波信號(hào)的第三陣列流型；步驟D2，將所述每個(gè)陣元的陣元響應(yīng)估計(jì)結(jié)果和所述第三陣列流型作為多維空間 的兩個(gè)矢量，求解在該兩個(gè)矢量之間的夾角最小時(shí)位置誤差的取值，得到所述每個(gè)陣元的位置誤差的估計(jì)結(jié)果。本發(fā)明還提供了一種矢量傳感器陣列的誤差估計(jì)裝置，包括陣元響應(yīng)估計(jì)單元，用于計(jì)算所述矢量傳感器陣列對(duì)來波信號(hào)的陣列響應(yīng)估計(jì)結(jié) 果，并對(duì)所述陣列響應(yīng)估計(jì)結(jié)果進(jìn)行分解，得到所述矢量傳感器陣列中的每個(gè)陣元的陣元 響應(yīng)估計(jì)結(jié)果；來波方向及通道誤差估計(jì)單元，用于對(duì)所述矢量傳感器陣列中的每個(gè)陣元，在忽 略陣元的朝向誤差和位置誤差的情況下，根據(jù)所述陣元響應(yīng)估計(jì)結(jié)果，估計(jì)所述每個(gè)陣元 的來波信號(hào)方向和通道誤差；朝向誤差估計(jì)單元，用于對(duì)于每個(gè)陣元，在忽略陣元的位置誤差的情況下，根據(jù)參 考陣元的來波信號(hào)方向的估計(jì)結(jié)果、所述每個(gè)陣元的陣元響應(yīng)估計(jì)結(jié)果、和所述每個(gè)陣元 的通道誤差的估計(jì)結(jié)果，估計(jì)所述每個(gè)陣元的朝向誤差，所述參考陣元是從所述矢量傳感 器陣列所有陣元中任意選擇的一個(gè)陣元；位置誤差估計(jì)單元，用于根據(jù)所述參考陣元的來波信號(hào)方向的估計(jì)結(jié)果、所述每 個(gè)陣元的陣元響應(yīng)估計(jì)結(jié)果、所述每個(gè)陣元的通道誤差的估計(jì)結(jié)果、和所述每個(gè)陣元的朝 向誤差的估計(jì)結(jié)果，估計(jì)所述每個(gè)陣元的陣元位置誤差。優(yōu)選地，上述誤差估計(jì)裝置中，所述陣元響應(yīng)估計(jì)單元包括接收信號(hào)提取單元，用于根據(jù)預(yù)先獲得的所述來波信號(hào)的載波頻率，對(duì)所述來波 信號(hào)進(jìn)行相干解調(diào)，提取得到所述來波信號(hào)對(duì)應(yīng)的接收信號(hào)；陣列響應(yīng)估計(jì)單元，用于計(jì)算所述來波信號(hào)對(duì)應(yīng)的接收信號(hào)的自相關(guān)矩陣，并對(duì) 所述自相關(guān)矩陣進(jìn)行一次特征值分解，選取最大特征值對(duì)應(yīng)的特征向量作為所述來波信號(hào) 的陣列響應(yīng)估計(jì)結(jié)果。優(yōu)選地，上述誤差估計(jì)裝置中，所述來波方向及通道誤差估計(jì)單元包括第一構(gòu)造單元，用于對(duì)所述每個(gè)陣元，根據(jù)未知的所述每個(gè)陣元的來波信號(hào)方向 和未知的所述每個(gè)陣元的通道誤差，構(gòu)造來波信號(hào)的第一陣列流型；第一處理單元，用于將所述每個(gè)陣元的陣元響應(yīng)估計(jì)結(jié)果和所述第一陣列流型作 為多維空間的兩個(gè)矢量，求解在該兩個(gè)矢量之間的夾角最小時(shí)來波信號(hào)方向和通道誤差的 取值，得到所述每個(gè)陣元的來波信號(hào)方向的估計(jì)結(jié)果和通道誤差的估計(jì)結(jié)果。優(yōu)選地，上述誤差估計(jì)裝置中，所述朝向誤差估計(jì)單元包括第二構(gòu)造單元，用于對(duì)于所述每個(gè)陣元，根據(jù)所述參考陣元的來波信號(hào)方向的估 計(jì)結(jié)果、所述每個(gè)陣元的通道誤差的估計(jì)結(jié)果和未知的所述每個(gè)陣元的朝向誤差，構(gòu)造來 波信號(hào)的第二陣列流型；第二處理單元，用于將所述每個(gè)陣元的陣元響應(yīng)估計(jì)結(jié)果和所述第二陣元流型作 為多維空間的兩個(gè)矢量，求解在該兩個(gè)矢量之間的夾角最小時(shí)朝向誤差的取值，得到所述 每個(gè)陣元的朝向誤差的估計(jì)結(jié)果。優(yōu)選地，上述誤差估計(jì)裝置中，所述位置誤差估計(jì)單元包括第三構(gòu)造單元，用于根據(jù)所述參考陣元的來波信號(hào)方向的估計(jì)結(jié)果、所述每個(gè)陣 元的通道誤差的估計(jì)結(jié)果、所述每個(gè)陣元的陣元朝向誤差的估計(jì)結(jié)果、和未知的所述每個(gè) 陣元的位置誤差，構(gòu)造來波信號(hào)的第三陣列流型；第三處理單元，用于將所述每個(gè)陣元的陣元響應(yīng)估計(jì)結(jié)果和所述第三陣列流型作為多維空間的兩個(gè)矢量，求解在該兩個(gè)矢量之間的夾角最小時(shí)位置誤差的取值，得到所述 每個(gè)陣元的位置誤差的估計(jì)結(jié)果。從以上所述可以看出，本發(fā)明提供的矢量傳感器陣列的誤差估計(jì)方法及裝置，無 需發(fā)送端發(fā)送參考信號(hào)，也無需在接收端產(chǎn)生參考信號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)陣列誤差的估計(jì)，從而簡(jiǎn) 化了誤差估計(jì)的硬件系統(tǒng)，并避免了參考信號(hào)對(duì)正常通信的干擾。并且，本發(fā)明不僅可以估 計(jì)天線陣列的通道誤差，同時(shí)還可以估計(jì)得到陣元的位置誤差和朝向誤差。同時(shí)，本發(fā)明還 通過對(duì)不同類型誤差分開處理，簡(jiǎn)化了誤差估計(jì)模型，減少了運(yùn)算量。


圖1為矢量傳感器陣列中的3個(gè)線狀傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為矢量傳感器陣列中的3個(gè)環(huán)狀傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例所述矢量傳感器陣列的誤差估計(jì)方法的流程示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例中構(gòu)造陣列流型的舉例示意圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例所述矢量傳感器陣列的誤差估計(jì)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)有技術(shù)一般考慮矢量傳感器陣列的絕對(duì)誤差。絕對(duì)誤差是指天線陣列響應(yīng)與理 想響應(yīng)之間的差別。對(duì)天線陣列絕對(duì)誤差的估計(jì)和補(bǔ)償可以達(dá)到陣列校正的目的。同樣 的，對(duì)天線陣列相對(duì)誤差的估計(jì)和補(bǔ)償也能夠達(dá)到陣列校正的目的。在對(duì)相對(duì)誤差進(jìn)行補(bǔ) 償后，整個(gè)天線陣列出現(xiàn)相同的誤差。這一誤差實(shí)際上可以等價(jià)看成無線信道傳輸?shù)奈粗?衰減，從而可在接收端的后續(xù)處理中進(jìn)行估計(jì)，不會(huì)影響天線陣列中波束形成和來波方向 估計(jì)功能?；谝陨峡紤]，本發(fā)明只考慮天線陣列的相對(duì)誤差。本發(fā)明所考慮的陣元的誤差 類型包括通道誤差指每個(gè)陣元每個(gè)傳感器出現(xiàn)增益誤差，考慮復(fù)增益，可進(jìn)一步分為幅度 響應(yīng)誤差和相位響應(yīng)誤差。位置誤差指陣元偏離其正確安裝位置的整體移位，其安裝位置可用三維坐標(biāo)描 述，則位置誤差可以用3個(gè)參數(shù)描述，分別表示每個(gè)坐標(biāo)軸的偏差。朝向誤差指陣元偏差其正確安裝位置的旋轉(zhuǎn)，一般可分解為x-y平面的旋轉(zhuǎn)和 X-Z平面的旋轉(zhuǎn)。因此朝向誤差可以用兩個(gè)參數(shù)描述。其中、X、y、Z分別是指三維坐標(biāo)的 三個(gè)軸。陣元出現(xiàn)的誤差是上述誤差的綜合。以下將結(jié)合附圖，通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。如圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例所述矢量傳感器陣列的誤差估計(jì)方法，包括以下步驟步驟31，計(jì)算所述矢量傳感器陣列對(duì)來波信號(hào)的陣列響應(yīng)估計(jì)結(jié)果，并對(duì)所述陣 列響應(yīng)估計(jì)結(jié)果進(jìn)行分解，得到所述矢量傳感器陣列中的每個(gè)陣元的陣元響應(yīng)估計(jì)結(jié)果。步驟32，對(duì)所述矢量傳感器陣列中的每個(gè)陣元，在忽略陣元的朝向誤差和位置誤 差的情況下，根據(jù)所述陣元響應(yīng)估計(jì)結(jié)果，估計(jì)所述每個(gè)陣元的來波信號(hào)方向和通道誤差。步驟33，對(duì)于每個(gè)陣元，在忽略陣元的位置誤差的情況下，根據(jù)參考陣元的來波信號(hào)方向的估計(jì)結(jié)果、所述每個(gè)陣元的陣元響應(yīng)估計(jì)結(jié)果、和所述每個(gè)陣元的通道誤差的估 計(jì)結(jié)果，估計(jì)所述每個(gè)陣元的朝向誤差，所述參考陣元是從所述矢量傳感器陣列所有陣元 中任意選擇的一個(gè)陣元。步驟34，根據(jù)所述參考陣元的來波信號(hào)方向的估計(jì)結(jié)果、所述每個(gè)陣元的陣元響 應(yīng)估計(jì)結(jié)果、所述每個(gè)陣元的通道誤差的估計(jì)結(jié)果、和所述每個(gè)陣元的朝向誤差的估計(jì)結(jié) 果，估計(jì)所述每個(gè)陣元的位置誤差。這里，上述步驟31中，所述計(jì)算所述矢量傳感器陣列對(duì)來波信號(hào)的陣列響應(yīng)估計(jì) 結(jié)果，具體包括步驟311，根據(jù)預(yù)先獲得的所述來波信號(hào)的載波頻率，對(duì)所述來波信號(hào)進(jìn)行相干 解調(diào)，提取得到所述來波信號(hào)對(duì)應(yīng)的接收信號(hào)，具體方法可以是，將來波信號(hào)與載波信號(hào)相 乘，再經(jīng)過一個(gè)帶寬等于來波信號(hào)帶寬的低通濾波器進(jìn)行濾波，濾波后即得到所述來波信 號(hào)對(duì)應(yīng)的接收信號(hào)。步驟312，計(jì)算所述來波信號(hào)對(duì)應(yīng)的接收信號(hào)的自相關(guān)矩陣，并對(duì)所述自相關(guān)矩陣 進(jìn)行一次特征值分解，選取最大特征值對(duì)應(yīng)的特征向量作為所述來波信號(hào)的陣列響應(yīng)估計(jì)結(jié)果。上述步驟32具體包括步驟321，對(duì)所述每個(gè)陣元，根據(jù)未知的所述每個(gè)陣元的來波信號(hào)方向和未知的所 述每個(gè)陣元的通道誤差，構(gòu)造來波信號(hào)的第一陣列流型。步驟322，將所述每個(gè)陣元的陣元響應(yīng)估計(jì)結(jié)果和所述第一陣列流型作為多維空 間的兩個(gè)矢量，求解在該兩個(gè)矢量之間的夾角最小時(shí)來波信號(hào)方向和通道誤差的取值，得 到所述每個(gè)陣元的來波信號(hào)方向的估計(jì)結(jié)果和通道誤差的估計(jì)結(jié)果。上述步驟33具體包括步驟331，對(duì)于所述每個(gè)陣元，根據(jù)所述參考陣元的來波信號(hào)方向的估計(jì)結(jié)果、所 述每個(gè)陣元的通道誤差的估計(jì)結(jié)果和未知的所述每個(gè)陣元的朝向誤差，構(gòu)造來波信號(hào)的第 二陣列流型；步驟332，將所述每個(gè)陣元的陣元響應(yīng)估計(jì)結(jié)果和所述第二陣元流型作為多維空 間的兩個(gè)矢量，求解在該兩個(gè)矢量之間的夾角最小時(shí)朝向誤差的取值，得到所述每個(gè)陣元 的朝向誤差的估計(jì)結(jié)果。上述步驟；34具體包括步驟341，根據(jù)所述參考陣元的來波信號(hào)方向的估計(jì)結(jié)果、所述每個(gè)陣元的通道誤 差的估計(jì)結(jié)果、所述每個(gè)陣元的朝向誤差的估計(jì)結(jié)果、和未知的所述每個(gè)陣元的位置誤差， 構(gòu)造來波信號(hào)的第三陣列流型；步驟342，將所述每個(gè)陣元的陣元響應(yīng)估計(jì)結(jié)果和所述第三陣列流型作為多維空 間的兩個(gè)矢量，求解在該兩個(gè)矢量之間的夾角最小時(shí)位置誤差的取值，得到所述每個(gè)陣元 的位置誤差的估計(jì)結(jié)果。上述步驟32 34中，都是以待求解的參數(shù)作為變量，構(gòu)造陣列流型；然后求解陣 列流型和陣元響應(yīng)估計(jì)結(jié)果這兩個(gè)矢量之間的夾角，將該夾角作為目標(biāo)函數(shù)，求解在目標(biāo) 函數(shù)取最小值時(shí)陣列流型中的變量的取值，即得到待求解的參數(shù)的估計(jì)結(jié)果。為幫助理解 本發(fā)明，以下介紹陣列流型的構(gòu)造方式
請(qǐng)參考圖4，假設(shè)圖4中的入射信號(hào)是一個(gè)來波信號(hào)。在三維自由空間中，到達(dá)一 個(gè)天線陣列的平面波的到達(dá)角可用圖4中的兩個(gè)角度描述，其中θ是入射信號(hào)在x-y平面 上的投影與χ軸之間的夾角，又稱為方位角，^是入射信號(hào)與χ-y平面之間的夾角，又稱為仰角。如果天線陣列的所有陣元是圖1所示的矢量傳感器，則每個(gè)傳感器的增益和來波 方向有關(guān)，例如假設(shè)原點(diǎn)處有一個(gè)陣元，在沒有噪聲的情況下該陣元的接收信號(hào)可以表示 為 r(0 = A
-cos 6* cos 滬 -sin 6* cos^ -sin 爐
沖);其中s(t)為發(fā)送信號(hào)，
-COS 0 COS 爐 一 sin 0 cos ρ — sin 爐
是陣元在沒有誤
差情況下的陣列流型，^對(duì)應(yīng)于發(fā)送信號(hào)的功率t 當(dāng)陣元存在誤差時(shí)，陣列流型相應(yīng)地修改為BCD
-COS 0 COS 滬
-sin 6* cos^ -sin^
，其中B、C、D分別
代表陣元的通道誤差矩陣、朝向誤差矩陣和位置誤差矩陣，因此陣列流型可表示成來波信 號(hào)方向和誤差對(duì)陣元增益的聯(lián)合影響。 上述步驟32中，在忽略陣元的朝向誤差和位置誤差的情況下，根據(jù)未知的所述每 個(gè)陣元的來波信號(hào)方向和未知的所述每個(gè)陣元的通道誤差，構(gòu)造來波信號(hào)的第一陣列流
型，即第一陣列流型為B
-cos 6* Cos^ -sin 沒cos ρ -sin 屮 上述步驟33中，在忽略陣元的位置誤差的情況下構(gòu)造第二陣列流型，此時(shí)第二陣
列流型為BC
-cos 6* cos 爐 — sin ^cos 爐 一 sin 爐
,其中B已經(jīng)是一個(gè)已知參數(shù)。 上述步驟34中構(gòu)造的第三陣列流型為BCD
一 COS i COS ζ
-sin 6* cos ρ -sin 爐
，其中B、C均是已知參數(shù)。上述步驟32 34中，均需要求解夾角取最小值時(shí)變量的取值，可以按照現(xiàn)有技術(shù) 中的數(shù)學(xué)求解方法進(jìn)行求解，不再贅述。本發(fā)明中，矢量傳感器陣列通常會(huì)接收到多個(gè)來波信號(hào)，此時(shí)可以根據(jù)多個(gè)來波 信號(hào)分別進(jìn)行上述處理，即針對(duì)每個(gè)來波信號(hào)，均得到陣列流型與陣元相應(yīng)估計(jì)結(jié)果兩個(gè) 矢量之間的夾角，然后以所有夾角之和為目標(biāo)函數(shù)，求解目標(biāo)函數(shù)取值最小時(shí)陣列流型中 的未知變量的取值，得到相應(yīng)變量的估計(jì)結(jié)果。從以上所述可以看出，本發(fā)明實(shí)施例所述誤差估計(jì)方法，無需發(fā)送端發(fā)送參考信 號(hào)，也無需在接收端產(chǎn)生參考信號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)陣列誤差的估計(jì)，從而簡(jiǎn)化了誤差估計(jì)的硬件 系統(tǒng)，并避免了參考信號(hào)對(duì)正常通信的干擾。本發(fā)明實(shí)施例所述誤差估計(jì)方法，不僅可以估計(jì)天線陣列的通道誤差，同時(shí)還可以估計(jì)得到陣元的位置誤差和朝向誤差。同時(shí)，本發(fā)明實(shí) 施例通過對(duì)不同類型誤差分開處理，簡(jiǎn)化了誤差估計(jì)模型，減少了運(yùn)算量?；谏鲜鍪噶總鞲衅麝嚵械恼`差估計(jì)方法，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種矢量傳感 器陣列的誤差估計(jì)裝置。如圖5所示，所述誤差估計(jì)裝置包括陣元響應(yīng)估計(jì)單元，用于計(jì)算所述矢量傳感器陣列對(duì)來波信號(hào)的陣列響應(yīng)估計(jì)結(jié) 果，并對(duì)所述陣列響應(yīng)估計(jì)結(jié)果進(jìn)行分解，得到所述矢量傳感器陣列中的每個(gè)陣元的陣元 響應(yīng)估計(jì)結(jié)果；來波方向及通道誤差估計(jì)單元，用于對(duì)所述矢量傳感器陣列中的每個(gè)陣元，在忽 略陣元的朝向誤差和位置誤差的情況下，根據(jù)所述陣元響應(yīng)估計(jì)結(jié)果，估計(jì)所述每個(gè)陣元 的來波信號(hào)方向和通道誤差；朝向誤差估計(jì)單元，用于對(duì)于每個(gè)陣元，在忽略陣元的位置誤差的情況下，根據(jù)參 考陣元的來波信號(hào)方向的估計(jì)結(jié)果、所述每個(gè)陣元的陣元響應(yīng)估計(jì)結(jié)果、和所述每個(gè)陣元 的通道誤差的估計(jì)結(jié)果，估計(jì)所述每個(gè)陣元的朝向誤差，所述參考陣元是從所述矢量傳感 器陣列所有陣元中任意選擇的一個(gè)陣元；位置誤差估計(jì)單元，用于根據(jù)所述參考陣元的來波信號(hào)方向的估計(jì)結(jié)果、所述每 個(gè)陣元的陣元響應(yīng)估計(jì)結(jié)果、所述每個(gè)陣元的通道誤差的估計(jì)結(jié)果、和所述每個(gè)陣元的朝 向誤差的估計(jì)結(jié)果，估計(jì)所述每個(gè)陣元的陣元位置誤差。其中，所述陣元響應(yīng)估計(jì)單元包括接收信號(hào)提取單元，用于根據(jù)預(yù)先獲得的所述來波信號(hào)的載波頻率，對(duì)所述來波 信號(hào)進(jìn)行相干解調(diào)，提取得到所述來波信號(hào)對(duì)應(yīng)的接收信號(hào)；陣列響應(yīng)估計(jì)單元，用于計(jì)算所述來波信號(hào)對(duì)應(yīng)的接收信號(hào)的自相關(guān)矩陣，并對(duì) 所述自相關(guān)矩陣進(jìn)行一次特征值分解，選取最大特征值對(duì)應(yīng)的特征向量作為所述來波信號(hào) 的陣列響應(yīng)估計(jì)結(jié)果。其中，所述來波方向及通道誤差估計(jì)單元包括第一構(gòu)造單元，用于對(duì)所述每個(gè)陣元，根據(jù)未知的所述每個(gè)陣元的來波信號(hào)方向 和未知的所述每個(gè)陣元的通道誤差，構(gòu)造來波信號(hào)的第一陣列流型；第一處理單元，用于將所述每個(gè)陣元的陣元響應(yīng)估計(jì)結(jié)果和所述第一陣列流型作 為多維空間的兩個(gè)矢量，求解在該兩個(gè)矢量之間的夾角最小時(shí)來波信號(hào)方向和通道誤差的 取值，得到所述每個(gè)陣元的來波信號(hào)方向的估計(jì)結(jié)果和通道誤差的估計(jì)結(jié)果。其中，所述朝向誤差估計(jì)單元包括第二構(gòu)造單元，用于對(duì)于所述每個(gè)陣元，根據(jù)所述參考陣元的來波信號(hào)方向的估 計(jì)結(jié)果、所述每個(gè)陣元的通道誤差的估計(jì)結(jié)果和未知的所述每個(gè)陣元的朝向誤差，構(gòu)造來 波信號(hào)的第二陣列流型；第二處理單元，用于將所述每個(gè)陣元的陣元響應(yīng)估計(jì)結(jié)果和所述第二陣元流型作 為多維空間的兩個(gè)矢量，求解在該兩個(gè)矢量之間的夾角最小時(shí)朝向誤差的取值，得到所述 每個(gè)陣元的朝向誤差的估計(jì)結(jié)果。其中，所述位置誤差估計(jì)單元包括第三構(gòu)造單元，用于根據(jù)所述參考陣元的來波信號(hào)方向的估計(jì)結(jié)果、所述每個(gè)陣 元的通道誤差的估計(jì)結(jié)果、所述每個(gè)陣元的陣元朝向誤差的估計(jì)結(jié)果、和未知的所述每個(gè)陣元的位置誤差，構(gòu)造來波信號(hào)的第三陣列流型；第三處理單元，用于將所述每個(gè)陣元的陣元響應(yīng)估計(jì)結(jié)果和所述第三陣列流型作 為多維空間的兩個(gè)矢量，求解在該兩個(gè)矢量之間的夾角最小時(shí)位置誤差的取值，得到所述 每個(gè)陣元的位置誤差的估計(jì)結(jié)果。以上所述僅是本發(fā)明的實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來 說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為 本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種矢量傳感器陣列的誤差估計(jì)方法，其特征在于，包括步驟A，計(jì)算所述矢量傳感器陣列對(duì)來波信號(hào)的陣列響應(yīng)估計(jì)結(jié)果，并對(duì)所述陣列響應(yīng) 估計(jì)結(jié)果進(jìn)行分解，得到所述矢量傳感器陣列中的每個(gè)陣元的陣元響應(yīng)估計(jì)結(jié)果；步驟B，對(duì)所述矢量傳感器陣列中的每個(gè)陣元，在忽略陣元的朝向誤差和位置誤差的情 況下，根據(jù)所述陣元響應(yīng)估計(jì)結(jié)果，估計(jì)所述每個(gè)陣元的來波信號(hào)方向和通道誤差；步驟C，對(duì)于每個(gè)陣元，在忽略陣元的位置誤差的情況下，根據(jù)參考陣元的來波信號(hào)方 向的估計(jì)結(jié)果、所述每個(gè)陣元的陣元響應(yīng)估計(jì)結(jié)果、和所述每個(gè)陣元的通道誤差的估計(jì)結(jié) 果，估計(jì)所述每個(gè)陣元的朝向誤差，所述參考陣元是從所述矢量傳感器陣列所有陣元中任 意選擇的一個(gè)陣元；步驟D，根據(jù)所述參考陣元的來波信號(hào)方向的估計(jì)結(jié)果、所述每個(gè)陣元的陣元響應(yīng)估計(jì) 結(jié)果、所述每個(gè)陣元的通道誤差的估計(jì)結(jié)果、和所述每個(gè)陣元的朝向誤差的估計(jì)結(jié)果，估計(jì) 所述每個(gè)陣元的陣元位置誤差。
2.如權(quán)利要求1所述的誤差估計(jì)方法，其特征在于，所述步驟A中，所述計(jì)算所述矢量 傳感器陣列對(duì)來波信號(hào)的陣列響應(yīng)估計(jì)結(jié)果包括步驟Al，根據(jù)預(yù)先獲得的所述來波信號(hào)的載波頻率，對(duì)所述來波信號(hào)進(jìn)行相干解調(diào)，提 取得到所述來波信號(hào)對(duì)應(yīng)的接收信號(hào)；步驟A2，計(jì)算所述來波信號(hào)對(duì)應(yīng)的接收信號(hào)的自相關(guān)矩陣，并對(duì)所述自相關(guān)矩陣進(jìn)行 一次特征值分解，選取最大特征值對(duì)應(yīng)的特征向量作為所述來波信號(hào)的陣列響應(yīng)估計(jì)結(jié)果 ο
3.如權(quán)利要求1所述的誤差估計(jì)方法，其特征在于，所述步驟B包括步驟Bi，對(duì)所述每個(gè)陣元，根據(jù)未知的所述每個(gè)陣元的來波信號(hào)方向和未知的所述每 個(gè)陣元的通道誤差，構(gòu)造來波信號(hào)的第一陣列流型；步驟B2，將所述每個(gè)陣元的陣元響應(yīng)估計(jì)結(jié)果和所述第一陣列流型作為多維空間的兩 個(gè)矢量，求解在該兩個(gè)矢量之間的夾角最小時(shí)來波信號(hào)方向和通道誤差的取值，得到所述 每個(gè)陣元的來波信號(hào)方向的估計(jì)結(jié)果和通道誤差的估計(jì)結(jié)果。
4.如權(quán)利要求3所述的誤差估計(jì)方法，其特征在于，所述步驟C包括步驟Cl，對(duì)于所述每個(gè)陣元，根據(jù)所述參考陣元的來波信號(hào)方向的估計(jì)結(jié)果、所述每個(gè) 陣元的通道誤差的估計(jì)結(jié)果和未知的所述每個(gè)陣元的朝向誤差，構(gòu)造來波信號(hào)的第二陣列 流型；步驟C2，將所述每個(gè)陣元的陣元響應(yīng)估計(jì)結(jié)果和所述第二陣元流型作為多維空間的兩 個(gè)矢量，求解在該兩個(gè)矢量之間的夾角最小時(shí)朝向誤差的取值，得到所述每個(gè)陣元的朝向 誤差的估計(jì)結(jié)果。
5.如權(quán)利要求3所述的誤差估計(jì)方法，其特征在于，所述步驟D包括步驟D1，根據(jù)所述參考陣元的來波信號(hào)方向的估計(jì)結(jié)果、所述每個(gè)陣元的通道誤差的 估計(jì)結(jié)果、所述每個(gè)陣元的陣元朝向誤差的估計(jì)結(jié)果、和未知的所述每個(gè)陣元的位置誤差， 構(gòu)造來波信號(hào)的第三陣列流型；步驟D2，將所述每個(gè)陣元的陣元響應(yīng)估計(jì)結(jié)果和所述第三陣列流型作為多維空間的兩 個(gè)矢量，求解在該兩個(gè)矢量之間的夾角最小時(shí)位置誤差的取值，得到所述每個(gè)陣元的位置 誤差的估計(jì)結(jié)果。
6.一種矢量傳感器陣列的誤差估計(jì)裝置，其特征在于，包括陣元響應(yīng)估計(jì)單元，用于計(jì)算所述矢量傳感器陣列對(duì)來波信號(hào)的陣列響應(yīng)估計(jì)結(jié)果， 并對(duì)所述陣列響應(yīng)估計(jì)結(jié)果進(jìn)行分解，得到所述矢量傳感器陣列中的每個(gè)陣元的陣元響應(yīng) 估計(jì)結(jié)果；來波方向及通道誤差估計(jì)單元，用于對(duì)所述矢量傳感器陣列中的每個(gè)陣元，在忽略陣 元的朝向誤差和位置誤差的情況下，根據(jù)所述陣元響應(yīng)估計(jì)結(jié)果，估計(jì)所述每個(gè)陣元的來 波信號(hào)方向和通道誤差；朝向誤差估計(jì)單元，用于對(duì)于每個(gè)陣元，在忽略陣元的位置誤差的情況下，根據(jù)參考陣 元的來波信號(hào)方向的估計(jì)結(jié)果、所述每個(gè)陣元的陣元響應(yīng)估計(jì)結(jié)果、和所述每個(gè)陣元的通 道誤差的估計(jì)結(jié)果，估計(jì)所述每個(gè)陣元的朝向誤差，所述參考陣元是從所述矢量傳感器陣 列所有陣元中任意選擇的一個(gè)陣元；位置誤差估計(jì)單元，用于根據(jù)所述參考陣元的來波信號(hào)方向的估計(jì)結(jié)果、所述每個(gè)陣 元的陣元響應(yīng)估計(jì)結(jié)果、所述每個(gè)陣元的通道誤差的估計(jì)結(jié)果、和所述每個(gè)陣元的朝向誤 差的估計(jì)結(jié)果，估計(jì)所述每個(gè)陣元的陣元位置誤差。
7.如權(quán)利要求6所述的誤差估計(jì)裝置，其特征在于， 所述陣元響應(yīng)估計(jì)單元包括接收信號(hào)提取單元，用于根據(jù)預(yù)先獲得的所述來波信號(hào)的載波頻率，對(duì)所述來波信號(hào) 進(jìn)行相干解調(diào)，提取得到所述來波信號(hào)對(duì)應(yīng)的接收信號(hào)；陣列響應(yīng)估計(jì)單元，用于計(jì)算所述來波信號(hào)對(duì)應(yīng)的接收信號(hào)的自相關(guān)矩陣，并對(duì)所述 自相關(guān)矩陣進(jìn)行一次特征值分解，選取最大特征值對(duì)應(yīng)的特征向量作為所述來波信號(hào)的陣 列響應(yīng)估計(jì)結(jié)果。
8.如權(quán)利要求6所述的誤差估計(jì)裝置，其特征在于， 所述來波方向及通道誤差估計(jì)單元包括第一構(gòu)造單元，用于對(duì)所述每個(gè)陣元，根據(jù)未知的所述每個(gè)陣元的來波信號(hào)方向和未 知的所述每個(gè)陣元的通道誤差，構(gòu)造來波信號(hào)的第一陣列流型；第一處理單元，用于將所述每個(gè)陣元的陣元響應(yīng)估計(jì)結(jié)果和所述第一陣列流型作為 多維空間的兩個(gè)矢量，求解在該兩個(gè)矢量之間的夾角最小時(shí)來波信號(hào)方向和通道誤差的取 值，得到所述每個(gè)陣元的來波信號(hào)方向的估計(jì)結(jié)果和通道誤差的估計(jì)結(jié)果。
9.如權(quán)利要求6所述的誤差估計(jì)裝置，其特征在于， 所述朝向誤差估計(jì)單元包括第二構(gòu)造單元，用于對(duì)于所述每個(gè)陣元，根據(jù)所述參考陣元的來波信號(hào)方向的估計(jì)結(jié) 果、所述每個(gè)陣元的通道誤差的估計(jì)結(jié)果和未知的所述每個(gè)陣元的朝向誤差，構(gòu)造來波信 號(hào)的第二陣列流型；第二處理單元，用于將所述每個(gè)陣元的陣元響應(yīng)估計(jì)結(jié)果和所述第二陣元流型作為多 維空間的兩個(gè)矢量，求解在該兩個(gè)矢量之間的夾角最小時(shí)朝向誤差的取值，得到所述每個(gè) 陣元的朝向誤差的估計(jì)結(jié)果。
10.如權(quán)利要求6所述的誤差估計(jì)裝置，其特征在于， 所述位置誤差估計(jì)單元包括第三構(gòu)造單元，用于根據(jù)所述參考陣元的來波信號(hào)方向的估計(jì)結(jié)果、所述每個(gè)陣元的通道誤差的估計(jì)結(jié)果、所述每個(gè)陣元的陣元朝向誤差的估計(jì)結(jié)果、和未知的所述每個(gè)陣元 的位置誤差，構(gòu)造來波信號(hào)的第三陣列流型；第三處理單元，用于將所述每個(gè)陣元的陣元響應(yīng)估計(jì)結(jié)果和所述第三陣列流型作為多 維空間的兩個(gè)矢量，求解在該兩個(gè)矢量之間的夾角最小時(shí)位置誤差的取值，得到所述每個(gè) 陣元的位置誤差的估計(jì)結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種矢量傳感器陣列的誤差估計(jì)方法及裝置。本發(fā)明在誤差估計(jì)中考慮相對(duì)誤差，通過構(gòu)造基于誤差變量的陣列流型，并根據(jù)陣列流型與陣元響應(yīng)估計(jì)結(jié)果之間的夾角，求解相應(yīng)的誤差。本發(fā)明無需采用參考信號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)陣列誤差的估計(jì)。
文檔編號(hào)H04L1/06GK102075302SQ200910237740
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2009年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月23日
發(fā)明者陳致樑, 陳芳炯 申請(qǐng)人:中國移動(dòng)通信集團(tuán)廣東有限公司