【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于數(shù)字通信，具體涉及為一種非均勻噪聲下近場(chǎng)太赫茲大規(guī)模mimo目標(biāo)定位方法。
技術(shù)介紹
1、太赫茲頻段以其豐富的頻譜資源，支持超高速數(shù)據(jù)傳輸，為第六代無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)巨大潛力?；谧雨嚵薪Y(jié)構(gòu)的混合波束成形結(jié)構(gòu)具備低硬件復(fù)雜度和高能量效率的優(yōu)勢(shì)，在太赫茲大規(guī)模mimo系統(tǒng)中引起特別關(guān)注。對(duì)于近場(chǎng)太赫茲mmimo系統(tǒng)，當(dāng)傳輸距離短于夫瑯和費(fèi)距離時(shí)，近場(chǎng)波陣面是球形的，因此系統(tǒng)的陣列導(dǎo)向矢量不僅與角度有關(guān)，還與發(fā)射端和接收端之間的通信距離有關(guān)。在近場(chǎng)環(huán)境下，高精度的方向到達(dá)角估計(jì)和距離估計(jì)是保證太赫茲傳感、通信、聲納等電子偵察可靠性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
2、目前大多數(shù)的研究均是在高斯噪聲環(huán)境下，但在實(shí)際場(chǎng)景中，當(dāng)傳感器噪聲功率在整個(gè)陣列中不相同時(shí)，會(huì)產(chǎn)生空間上白色的非均勻噪聲，這會(huì)導(dǎo)致噪聲協(xié)方差矩陣為對(duì)角形式但對(duì)角元素各不相同，從而致使常規(guī)子空間方法的定位性能急劇下降，難以滿足電子偵察可靠性的要求。因此，實(shí)現(xiàn)非均勻噪聲環(huán)境下太赫茲信號(hào)在近場(chǎng)區(qū)域中的精準(zhǔn)定位是十分重要的。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種非均勻噪聲下近場(chǎng)太赫茲大規(guī)模mimo目標(biāo)定位方法，其能以較低的計(jì)算復(fù)雜度實(shí)現(xiàn)對(duì)非均勻噪聲干擾的有效抑制，提高定位精度，并且可以通過增加時(shí)隙來(lái)減小硬件成本。
2、為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的,本專利技術(shù)采取的技術(shù)方案為:
3、一種非均勻噪聲下近場(chǎng)太赫茲大規(guī)模mimo目標(biāo)定位方法，包括：
4、步驟1：建立
5、步驟2：對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，通過增加時(shí)隙來(lái)從少數(shù)射頻鏈中獲得全陣列信息；
6、步驟3：計(jì)算全陣列信息的協(xié)方差矩陣，并分解該數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣，得到一個(gè)包含噪聲功率的對(duì)角矩陣；
7、步驟4：選取對(duì)角元素中的最小值來(lái)替換其余對(duì)角元素，得到重構(gòu)后的數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣，使用多重信號(hào)分類方法處理重構(gòu)后的數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣，得到太赫茲信號(hào)源的角度和距離；
8、所述步驟1中，采用大規(guī)模mimo信道模型和近場(chǎng)模型建立基于太赫茲子陣列混合結(jié)構(gòu)的接收端系統(tǒng)模型，其中大規(guī)模mimo信道模型為
9、
10、其中a(θl,r[k],rl[k])和b(θl,t[k],rl[k])分別表示接收和發(fā)射的陣列導(dǎo)向矢量，αl[f,r,k]表示在載波頻率f和通信距離r的第l條路徑的復(fù)增益，a[k]和b[k]分別為接收端和發(fā)射端的陣列流形矩陣，λ[k]是多徑信道復(fù)增益矩陣；
11、k為時(shí)隙索引，θl,r[k]和θl,t[k]分別表示第l條路徑的入射角和發(fā)射角，rl[k]是第l條路徑的通信距離，且1≤l≤l，l為太赫茲大規(guī)模mimo信道的多徑數(shù)。
12、則接收到的信號(hào)表示為：
13、y＝whh[f,r,k]fs+whn＝wha[k]x[k]+whn
14、其中，x[k]被定義為在第k個(gè)時(shí)隙的等效發(fā)射信號(hào)，n為非均勻噪聲；
15、w為aosa系統(tǒng)的混合波束成形矩陣，s是預(yù)制編碼器f發(fā)送的導(dǎo)頻碼元向量。
16、所述步驟2中，使用隨機(jī)產(chǎn)生的t個(gè)時(shí)隙的混合波束成形矩陣從少數(shù)射頻鏈?zhǔn)占嚵袛?shù)據(jù)，用于估計(jì)近場(chǎng)信號(hào)位置參數(shù)，則第τ個(gè)時(shí)隙的接收信號(hào)為：
17、
18、其中，1≤τ≤t。
19、將所有yτ堆疊成一個(gè)矩陣可以得到總觀測(cè)矩陣即：
20、
21、其中，
22、所述步驟3包括：
23、1)計(jì)算總觀測(cè)矩陣的協(xié)方差矩陣：
24、
25、其中，p和q分別為信號(hào)x和噪聲n的協(xié)方差矩陣；
26、2)將總觀測(cè)矩陣的協(xié)方差矩陣r表示為兩個(gè)矩陣r1和r2之和：
27、r＝r1+r2
28、其中，矩陣r2由協(xié)方差矩陣r的對(duì)角元素構(gòu)成，矩陣r1由協(xié)方差矩陣r的其余元素構(gòu)成；
29、所述步驟4包括：
30、1)選取矩陣r2中的最小值元素rmin，并用rmin替代r2中所有的對(duì)角元素，得
31、
32、2)重構(gòu)總觀測(cè)矩陣的協(xié)方差矩陣:
33、
34、3)對(duì)rw特征分解：
35、
36、其中σs和σn分別是由rw的特征值降序組成的信號(hào)和噪聲對(duì)角陣，us和un分別是信號(hào)和噪聲對(duì)角陣對(duì)應(yīng)的子空間；
37、得到太赫茲近場(chǎng)源的2d-music譜函數(shù)為：
38、
39、最終得到l個(gè)最高峰值對(duì)應(yīng)于近場(chǎng)源信號(hào)目標(biāo)位置
40、本專利技術(shù)的有益效果是：
41、實(shí)際場(chǎng)景中，當(dāng)傳感器噪聲功率在整個(gè)陣列中不相同時(shí)，會(huì)產(chǎn)生空間上白色的非均勻噪聲，這會(huì)導(dǎo)致噪聲協(xié)方差矩陣為對(duì)角形式但對(duì)角元素各不相同，從而致使常規(guī)子空間方法的定位性能急劇下降。針對(duì)該問題，本專利技術(shù)提出了一種非均勻噪聲下近場(chǎng)太赫茲大規(guī)模mimo目標(biāo)定位方法。本專利技術(shù)建立基于太赫茲子陣列結(jié)構(gòu)混合結(jié)構(gòu)的接收端系統(tǒng)模型，獲取太赫茲信號(hào)源發(fā)送的信號(hào)；對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，通過增加時(shí)隙來(lái)從少數(shù)射頻鏈中獲得全陣列信息；計(jì)算全陣列信息的協(xié)方差矩陣，并分解該數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣，得到一個(gè)包含噪聲功率的對(duì)角矩陣；選取對(duì)角元素中的最小值來(lái)替換其余對(duì)角元素，得到重構(gòu)后的數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣，使用多重信號(hào)分類方法處理重構(gòu)后的數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣，得到太赫茲信號(hào)源的角度和距離。本專利技術(shù)方法能以較低的計(jì)算復(fù)雜度實(shí)現(xiàn)對(duì)非均勻噪聲干擾的有效抑制，提高了定位精度，并且可以通過增加時(shí)隙來(lái)減小硬件成本。
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1.一種非均勻噪聲下近場(chǎng)太赫茲大規(guī)模MIMO目標(biāo)定位方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非均勻噪聲下近場(chǎng)太赫茲大規(guī)模MIMO目標(biāo)定位方法，其特征在于，
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種非均勻噪聲下近場(chǎng)太赫茲大規(guī)模MIMO目標(biāo)定位方法，其特征在于，
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種非均勻噪聲下近場(chǎng)太赫茲大規(guī)模MIMO目標(biāo)定位方法，其特征在于，
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種非均勻噪聲下近場(chǎng)太赫茲大規(guī)模MIMO目標(biāo)定位方法，其特征在于，所述步驟4包括：
【技術(shù)特征摘要】
1.一種非均勻噪聲下近場(chǎng)太赫茲大規(guī)模mimo目標(biāo)定位方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非均勻噪聲下近場(chǎng)太赫茲大規(guī)模mimo目標(biāo)定位方法，其特征在于，
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種非均勻噪聲下近場(chǎng)太赫茲大規(guī)模mi...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：孫夢(mèng)瑤，王超軼，李賽，林云航，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：南京航空航天大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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