一種基于矩陣束方法的多個無源互調(diào)發(fā)生點的定位方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于矩陣束方法的多個無源互調(diào)發(fā)生點的定位方法。兩路相干信號源注入到待測器件中產(chǎn)生多個無源互調(diào)信號，并在注入端口合為一個合成信號，測量獲得該合成信號的幅度和相位；掃描頻率進(jìn)行多次測量，獲得合成信號的幅度和相位數(shù)據(jù)，對獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，利用矩陣束方法獲得大致位置及其相對幅度，利用無源互調(diào)發(fā)生閾值獲得發(fā)生點數(shù)量，再獲得位置信息。本發(fā)明在不需要無源互調(diào)可能發(fā)生的位置或數(shù)量的先驗條件下，并準(zhǔn)確判斷無源互調(diào)發(fā)生點的位置信息和幅度，有效地解決多個無源互調(diào)點的定位問題，對噪聲具有魯棒性。
【專利說明】
一種基于矩陣束方法的多個無源互調(diào)發(fā)生點的定位方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及了一種無源互調(diào)定位方法，尤其是涉及了一種基于矩陣束方法的多個 無源互調(diào)發(fā)生點的定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 無源互調(diào)是指兩個或兩個以上載波信號由于無源器件非線性因素所引起的無源 互調(diào)現(xiàn)象。在小功率情況下，無源互調(diào)效應(yīng)可以忽略，但是在大功率的情況下，無源互調(diào)效 應(yīng)不容忽視，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致整個系統(tǒng)崩潰。近年來，隨著大功率，寬頻帶無線通信技術(shù)的 發(fā)展，無源互調(diào)已經(jīng)成為無線通信技術(shù)中亟待決的問題。在實際的系統(tǒng)中，由于產(chǎn)生無源互 調(diào)效應(yīng)的因素非常復(fù)雜，所以對產(chǎn)生無源互調(diào)效應(yīng)的位置進(jìn)行定位非常重要，而且通常情 況下產(chǎn)生無源互調(diào)效應(yīng)的位置不止一個，因此需要對多點的無源互調(diào)進(jìn)行定位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了解決【背景技術(shù)】中存在的問題，本發(fā)明提出了一種基于矩陣束方法的多個無源 互調(diào)發(fā)生點的定位方法，在不需要無源互調(diào)可能發(fā)生的位置或數(shù)量的先驗條件下，能實現(xiàn) 多點無源互調(diào)發(fā)生點的準(zhǔn)確定位。
[0004] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括以下步驟：
[0005] 1)在同一參考信號源下，將兩路相干信號源通過待測器件的注入端口注入到產(chǎn)生 無源互調(diào)的待測器件中產(chǎn)生多個無源互調(diào)信號，多個無源互調(diào)信號在注入端口合成為一個 合成無源互調(diào)信號，通過測量電路或測量儀器獲得該合成無源互調(diào)信號的幅度和相位； [0006] 2)通過掃描兩路相干信號源的頻率進(jìn)行多次測量，獲得一系列合成無源互調(diào)信號 的幅度和相位數(shù)據(jù)，對獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，在不需要無源互調(diào)可能發(fā)生的位置或數(shù)量的 先驗條件下，利用矩陣束方法獲得所有可能發(fā)生無源互調(diào)效應(yīng)的位置及其相對幅度，并利 用無源互調(diào)發(fā)生閾值獲得無源互調(diào)發(fā)生點的數(shù)量，并進(jìn)一步處理獲得位置信息。
[0007] 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于矩陣束方法的多個無源互調(diào)發(fā)生點的定位方 法，其特征在于：
[0008] 對所述幅度和相位數(shù)據(jù)進(jìn)行處理具體是包括：
[0009] 2.1)構(gòu)造 Hanker矩陣[Y]，對Hanker矩陣[Y]進(jìn)行SVD奇異值分解；
[0010] 2.2)將奇異值與無源互調(diào)發(fā)生閾值進(jìn)行比較，獲得無源互調(diào)發(fā)生點的數(shù)量；
[0011] 2.3)再通過矩陣束方法獲得無源互調(diào)發(fā)生點的位置；
[0012] 2.4)通過最小二乘法獲得無源互調(diào)發(fā)生點的幅度。
[0013] 所述的兩路相干信號源與測量電路或測量儀器連接到雙工器，相干信號源經(jīng)雙工 器注入，合成無源互調(diào)信號經(jīng)雙工器輸出。
[0014] 所述多次測量的掃描頻率可以是等間距，也可以是不等間距。
[0015] 所述的掃描兩路相干信號源頻率的測量次數(shù)大于待測器件中所有可能存在的無 源互調(diào)發(fā)生點的數(shù)目。
[0016] 所述的合成無源互調(diào)信號的幅度和相位進(jìn)行校準(zhǔn)和歸一化的預(yù)處理。
[0017] 所述的無源互調(diào)發(fā)生閾值是通過矩陣束方法SVD分解中相對于最大奇異值的比值 或者通過無源互調(diào)發(fā)生點處的幅度相對于最大幅度的比值。
[0018] 所述步驟2.1)具體為：
[0019] 構(gòu)造以下公式的Hanker矩陣[Y]:
L002U 其中，1為矩陣束參數(shù)，范圍為m/3彡1彡m/2，m為掃描兩路相干信號源頻率的測量 次數(shù)；
[0022] 對Hanker矩陣[Y]采用以下公式進(jìn)行SVD奇異值分解，獲得Hanker矩陣[Y]的奇異 值矩陣[2]:
[0023] [Y] = [U][2][V]h
[0024] 其中，[U]和[V]分別為[Y][Y]H的特征值矩陣和[Y]H[Y]的特征值矩陣，H表示矩陣 共輒轉(zhuǎn)置，且[￥'] = [^^2，...^，...，^]，[￥']表示特征值矩陣[￥]的矩陣轉(zhuǎn)置，[5：]為 Hanker矩陣[Y]的奇異值矩陣。
[0025]所述步驟2.2)具體為：由獲得的Hanker矩陣[Y]的奇異值矩陣[2]內(nèi)的各個奇異 值與無源互調(diào)發(fā)生閾值進(jìn)行比較獲得待測器件內(nèi)產(chǎn)生無源互調(diào)效應(yīng)的發(fā)生點，矩陣內(nèi)高于 無源互調(diào)發(fā)生閾值的奇異值則認(rèn)為產(chǎn)生了無源互調(diào)效應(yīng)，否則認(rèn)為不產(chǎn)生無源互調(diào)效應(yīng)， 由此獲得無源互調(diào)效應(yīng)發(fā)生點的數(shù)量M。
[0026]無源互調(diào)發(fā)生閾值為相對于奇異值矩陣[2 ]內(nèi)最大奇異值的比值。
[0027]所述步驟2.3)具體為：
[0028]先通過矩陣束方法求解矩陣束{[V2']h-A[V1']h}的廣義特征值求得極點^，其中 [VI ' ] = [VI，V2，? ? ? VM-1]，[V2 ' ] = [V2, V3, ? ? ? VM]，[VI ' ]和[V2 ' ]分別為[V' ]的1 至 l」M_l 列和2 到M列的矩陣；
[0029]再根據(jù)極點心求解以下公式獲得產(chǎn)生無源互調(diào)效應(yīng)的位置xn:
[0030] 2n = ej2x"m
[0031] 其中，j表示虛數(shù)，A k為表示掃頻間隔帶寬所對應(yīng)的波矢量。
[0032]所述步驟2.4)具體為:采用以下公式的最小二乘法獲得無源互調(diào)效應(yīng)發(fā)生點的幅 度： !'(()) 1 1 ... 1 Ai r .y(l) 一 之 1. 藝2 …-ZM- 為
[0033] =
[0034] 其中，Ai, A2,…,Am表示產(chǎn)生無源互調(diào)效應(yīng)發(fā)生點XI, X2,…，XM處的復(fù)幅度大小。
[0035]步驟1)中，多個無源互調(diào)信號包括2w+l (w= 1，2，3"_)階次的無源互調(diào)信號，當(dāng)使 用2w+l(比如取w=l)階無源互調(diào)信號進(jìn)行定位時，則其他階次（比如取w = 2,3-_)的無源互 調(diào)信號會降低信號的信噪比。
[0036] 步驟1)中，對其中一路相干信號源的頻率進(jìn)行等間距掃頻，其中總共掃頻點數(shù)為 m，m的取值在滿足A k的條件下盡可能多。
[0037] 步驟1)中，掃頻間隔帶寬所對應(yīng)的波矢量A k會影響定位的精度。所以需要設(shè)置合 理的A k。通常情況下，A k越大，定位越精確，但是無源互調(diào)發(fā)生點的數(shù)量有可能會變少。 [0038]本發(fā)明通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行SVD分解，設(shè)立合理的閾值參數(shù)，通過矩陣束方法得到無源 互調(diào)的位置和幅度，從而實現(xiàn)多點無源互調(diào)發(fā)生點的準(zhǔn)確定位。
[0039]本發(fā)明的有益效果是：
[0040] 本發(fā)明在不需要無源互調(diào)可能發(fā)生的位置或數(shù)量的先驗條件下，能獲得所有可能 發(fā)生無源互調(diào)效應(yīng)的位置及其相對幅度，并準(zhǔn)確判斷無源互調(diào)發(fā)生點的位置信息。
[0041] 本發(fā)明有效地解決多個無源互調(diào)點的定位問題，并且對噪聲具有一定的魯棒性。
【附圖說明】
[0042] 附圖1是本發(fā)明方法的系統(tǒng)框圖；
[0043] 附圖2是所述測量待測器件的示意圖；
[0044]附表1是信噪比為30dB時的無源互調(diào)效應(yīng)發(fā)生點的位置和幅度大??；
[0045]附表2是信噪比為20dB時的無源互調(diào)效應(yīng)發(fā)生點的位置和幅度大小。
【具體實施方式】
[0046]以下結(jié)合附圖，具體闡述本發(fā)明的工作原理和實施方式：
[0047]如圖1所示，本發(fā)明的實施例如下：
[0048] 1)在同一參考信號源下，將兩路相干信號源注入到產(chǎn)生無源互調(diào)的待測器件，多 個無源互調(diào)信號在端口產(chǎn)生一個合成信號，通過電路或儀器測量該信號的幅度A和相位供， 記為崩_7'〃。
[0049] 2)對其中一路相干信號源的頻率進(jìn)行等間距掃頻，其中總共掃頻點數(shù)為m，對于第 i次掃頻，獲得一系列幅度A(i)和相位沿，記為：
[0050] y(k +
[0051 ]其中，k為最低頻率所對應(yīng)的波矢量，A k為掃頻間隔帶寬所對應(yīng)的波矢量。
[0052]通過等間隔掃頻之后，得到的一系列單頻復(fù)數(shù)信號寫成如下形式： M
[0053] v(/) = v(A: +/AA } == .\.(/) + /?(/) = Y" + "(7> 0 < / < /;? -1 -- u
[0054] 其中，y(i)，y(k+i Ak)為加噪信號，x(i)是指不帶噪聲的信號，n(i)是指噪聲信 號，M是指無源互調(diào)效應(yīng)發(fā)生點的數(shù)量，An是指復(fù)幅度，z n是指極點，Xn為發(fā)生無源互調(diào)效應(yīng) 的位置。
[0055] 3)由上述加噪信號構(gòu)造 Hanker矩陣[Y] y(〇) y(i) ... y(/) r n rvi y⑴ y(2)…y(/ 丨 i)
[0056] m= c c c 一 y(m-/-l) y(m-/)…y(m-l)」(m-/w/+1)
[0057] 其中，1為矩陣束參數(shù)，范圍為m/3彡l<m/2;
[0058] 對Hanker矩陣[Y]采用以下公式進(jìn)行SVD奇異值分解，獲得Hanker矩陣[Y]的奇異 值矩陣[2]:
[0059] [Y] = [U][2][V]h
[0060] 其中，[U]和[V]分別為[Y][Y]H的特征值和[Y]H[Y]的特征值，H表示矩陣轉(zhuǎn)置，且
[V'] = [vi，V2,. . .VM,. . .，vi]，表示[V]的矩陣轉(zhuǎn)置，[2 ]為Hanker矩陣[Y]的奇異值矩陣； [0061] 4)由獲得的Hanker矩陣[Y]的奇異值矩陣[2 ]與無源互調(diào)發(fā)生閾值進(jìn)行比較獲得 待測器件內(nèi)產(chǎn)生無源互調(diào)效應(yīng)的發(fā)生點，矩陣內(nèi)高于無源互調(diào)發(fā)生閾值的奇異值則認(rèn)為產(chǎn) 生了無源互調(diào)效應(yīng)，否則認(rèn)為不產(chǎn)生無源互調(diào)效應(yīng)，由此獲得無源互調(diào)效應(yīng)發(fā)生點的數(shù)量 M〇
[0062]無源互調(diào)發(fā)生閾值為相對于奇異值矩陣[2 ]內(nèi)最大奇異值的比值。
[0063] 5)先通過矩陣束方法求解矩陣束{[V2']h-A[V1']h}的廣義特征值求得極點^，其 中[VI ' ] = [V1，V2,…VM-1]，[V2'] = [V2，V3,…VM]，[VI ' ]和[V2']分別為[V']的1 至 l」M-l 列和 2到M列的矩陣；
[0064]再根據(jù)極點心求解以下公式獲得發(fā)生無源互調(diào)效應(yīng)的位置xn:
[0065]
[0066] 其中，j表示虛數(shù)，A k為掃頻間隔帶寬所對應(yīng)的波矢量。
[0067] 6)采用以下公式的最小二乘法獲得無源互調(diào)效應(yīng)發(fā)生點的幅度： 一 ><〇)]「1 1 ??? 1 1["4"
[0068] ^ W = 1 2 M ^ G :C G C G ...
[0069]其中，Ai,A2, ???,Am表示產(chǎn)生無源互調(diào)效應(yīng)發(fā)生點xi,X2, ???,xm處的復(fù)幅度大小。
[0070] 從而求得無源互調(diào)效應(yīng)發(fā)生點的位置和幅度大小。
[0071] 在實施例中，采用圖2所述的測量系統(tǒng)對待測器件進(jìn)行無源互調(diào)測量，假設(shè)測試帶 寬為1.72GHz-1.76GHz，在測試帶寬內(nèi)待測器件S21的相位差為2.36rad，掃頻間隔為2MHz， A k為0.118rad/m，存在3個無源互調(diào)發(fā)生點，離反射端的距離為0.3m、l .2m、2m，幅度分別為 0.7、1、0.8(均為歸一化數(shù)據(jù)）。
[0072]信噪比為30dB時通過矩陣束方法獲得無源互調(diào)效應(yīng)發(fā)生點的位置和幅度大小如 表1所示，信噪比為20dB時通過矩陣束方法獲得無源互調(diào)效應(yīng)發(fā)生點的位置和幅度大小如 表2所示。
[0073]表 1

[0077]在不需要無源互調(diào)可能發(fā)生的位置或數(shù)量的先驗條件下，通過表1可以看出，當(dāng)信 號比為30dB時，通過矩陣束方法對產(chǎn)生無源互調(diào)發(fā)生點的位置進(jìn)行定位，誤差最大為 2.3%，幅度大小的誤差最大為3%，所以通過矩陣束方法源實現(xiàn)了互調(diào)效應(yīng)發(fā)生點的位置 和幅度大小求解;通過表2可以看出，當(dāng)信號比為20dB時，通過矩陣束方法對產(chǎn)生無源互調(diào) 發(fā)生點的位置進(jìn)行定位，誤差最大為3%，幅度大小的誤差最大為13.7%，所以通過矩陣束 方法實現(xiàn)了無源互調(diào)效應(yīng)發(fā)生點的位置和幅度大小求解。
[0078]綜上所述，在低信噪比的情況下，本發(fā)明方法可實現(xiàn)無源互調(diào)效應(yīng)發(fā)生點的位置 的準(zhǔn)確定位，但是幅度大小的誤差比較大，但是無源互調(diào)效應(yīng)發(fā)生點的位置信息是無源互 調(diào)定位的重點，幅度的誤差對定位的影響較小，所以本發(fā)明有效地解決多個無源互調(diào)點的 定位問題，技術(shù)效果突出顯著，且對噪聲具有一定的魯棒性。
【主權(quán)項】
1. 一種基于矩陣束方法的多個無源互調(diào)發(fā)生點的定位方法，其特征在于： 1) 在同一參考信號源下，將兩路相干信號源通過待測器件的注入端口注入到產(chǎn)生無源 互調(diào)的待測器件中產(chǎn)生多個無源互調(diào)信號，多個無源互調(diào)信號在注入端口合成為一個合成 無源互調(diào)信號，通過測量電路或測量儀器獲得該合成無源互調(diào)信號的幅度和相位； 2) 通過掃描兩路相干信號源的頻率進(jìn)行多次測量，獲得一系列合成無源互調(diào)信號的幅 度和相位數(shù)據(jù)，對獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，在不需要無源互調(diào)可能發(fā)生的位置或數(shù)量的先驗 條件下，利用矩陣束方法獲得所有可能發(fā)生無源互調(diào)效應(yīng)的位置及其相對幅度，并利用無 源互調(diào)發(fā)生閾值獲得無源互調(diào)發(fā)生點的數(shù)量，并進(jìn)一步處理獲得位置信息。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于矩陣束方法的多個無源互調(diào)發(fā)生點的定位方法，其 特征在于:對所述幅度和相位數(shù)據(jù)進(jìn)行處理具體是包括： 2.1) 構(gòu)造 Hanker矩陣[Y]，對Hanker矩陣[Y]進(jìn)行SVD奇異值分解； 2.2) 將奇異值與無源互調(diào)發(fā)生閾值進(jìn)行比較，獲得無源互調(diào)發(fā)生點的數(shù)量； 2.3) 再通過矩陣束方法獲得無源互調(diào)發(fā)生點的位置； 2.4) 通過最小二乘法獲得無源互調(diào)發(fā)生點的幅度。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于矩陣束方法的多個無源互調(diào)發(fā)生點的定位方法，其 特征在于:所述的兩路相干信號源與測量電路或測量儀器連接到雙工器，相干信號源經(jīng)雙 工器注入，合成無源互調(diào)信號經(jīng)雙工器輸出。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多個無源互調(diào)發(fā)生點的定位方法，其特征在于:所述的掃 描兩路相干信號源頻率的測量次數(shù)大于待測器件中所有可能存在的無源互調(diào)發(fā)生點的數(shù) 目。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多個無源互調(diào)發(fā)生點的定位方法，其特征在于:所述的無 源互調(diào)發(fā)生閾值是通過矩陣束方法SVD分解中相對于最大奇異值的比值或者通過無源互調(diào) 發(fā)生點處的幅度相對于最大幅度的比值。6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多個無源互調(diào)發(fā)生點的定位方法，其特征在于:所述步驟 2.1)具體為： 構(gòu)造以下公式的Hanker矩陣[Y]:其中，1為矩陣束參數(shù)，范圍為m/3<Km/2，m為掃描兩路相干信號源頻率的測量次數(shù)； 對Hanker矩陣[Y]采用以下公式進(jìn)行SVD奇異值分解，獲得Hanker矩陣[Y]的奇異值矩 陣[Σ]: [Y] = [U][X][V]H 其中，[U]和[V]分別為[Υ][Υ]Η的特征值矩陣和[Υ]Η[Υ]的特征值矩陣，Η表示矩陣共輒 轉(zhuǎn)置，且[V'] = [V1，V2, · · .VM, · · ·，vi]，[V']表示特征值矩陣[V]的矩陣轉(zhuǎn)置，[Σ ]為Hanker 矩陣[Y]的奇異值矩陣。7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多個無源互調(diào)發(fā)生點的定位方法，其特征在于:所述步驟 2.2) 具體為：由獲得的Hanker矩陣[Y]的奇異值矩陣[Σ]內(nèi)的各個奇異值與無源互調(diào)發(fā)生 閾值進(jìn)行比較獲得待測器件內(nèi)產(chǎn)生無源互調(diào)效應(yīng)的發(fā)生點，矩陣內(nèi)高于無源互調(diào)發(fā)生閾值 的奇異值則認(rèn)為產(chǎn)生了無源互調(diào)效應(yīng)，否則認(rèn)為不產(chǎn)生無源互調(diào)效應(yīng)，由此獲得無源互調(diào) 效應(yīng)發(fā)生點的數(shù)量Μ。8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多個無源互調(diào)發(fā)生點的定位方法，其特征在于:所述步驟 2.3) 具體為： 先通過矩陣束方法求解矩陣束{[ν2']Η-λ[ν?']Η}的廣義特征值求得極點&，其中[VI'] =[vi，V2，. . . vm-1]，[V2' ] = [V2，V3, . . . vm]，[VI ' ]和[V2' ]分別為[V' ]的1 至IjM-l列和2至I」M列 的矩陣； 再根據(jù)極點^求解以下公式獲得產(chǎn)生無源互調(diào)效應(yīng)的位置Xn: 其中，j表示虛數(shù)，A k為表示掃頻間隔帶寬所對應(yīng)的波矢量。9. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多個無源互調(diào)發(fā)生點的定位方法，其特征在于:所述步驟 2.4) 具體為:采用以下公式的最小二乘法獲得無源互調(diào)效應(yīng)發(fā)生點的幅度：其中，Ai，A2,…，Am表示產(chǎn)生無源互調(diào)效應(yīng)發(fā)生點X1，X2,…，XM處的復(fù)幅度大小。
【文檔編號】H04B17/00GK105959066SQ201610270509
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月27日
【發(fā)明人】張美 , 鄭川, 陳翔, 崔萬照, 皇甫江濤, 冉立新
【申請人】浙江大學(xué)