【技术实现步骤摘要】
一种基于时空调制超表面的DOA估计方法
[0001]本专利技术涉及超表面
,特别是一种基于时空调制超表面的DOA估计方法。
技术介绍
[0002]DOA估计是无线电导航系统、卫星动中通(SOTM)、智能天线系统等领域的一项重要技术。许多传统的DOA估计技术,如MUSIC算法、旋转不变子空间(ESPRIT)算法、子空间拟合算法等,已经被广泛应用。然而,这些方法由于阵列天线复杂的硬件系统而受到限制。与此同时,电磁超表面的出现为传统工程应用提供了新的视角,引起了多学科研究人员的关注。
[0003]利用超表面技术可以控制电磁波的相位、幅值和极化等电磁特性,通过在超表面单元中集成非线性有源器件,如PIN二极管、变容二极管等,获得动态可控性,为实现时空调制提供了可能性。已有的技术,如倪刚等(Ni,Gang,et al."Direction Finding and Performance Analysis With 1bit Time Modulated Array."IEEE Transactions on Antennas and Propagation,vol.69,no.10,pp.6881
‑
6893,October 2021)提出的时间调制天线测向技术,虽然减少了接收信道,但仍需要功分器,移相器等构成的复杂硬件系统;戴俊彦等(Dai,Jun Yan,et al."Simultaneous In
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situ Direction Finding and Field Mani ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于时空调制超表面的DOA估计方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1、设计超表面的调制时序,运用傅里叶变换理论,建立时空调制超表面系统的接收信号模型;步骤2、利用发射喇叭天线照射超表面,在超表面法线方向上放置接收喇叭天线,获取边带信号;步骤3、利用信号模型中的解析关系和时空调制矩阵,恢复出含有方位角信息的基带信号;步骤4、对基带信号的协方差矩阵进行秩恢复处理后,计算来波信号的入射角度。2.根据权利要求1所述的基于时空调制超表面的DOA估计方法,其特征在于,步骤1中设计超表面的调制时序,运用傅里叶变换理论,建立时空调制超表面系统的接收信号模型,具体如下:步骤1.1、建立超表面DOA估计系统,包括透射式电可调超表面单元、FPGA控制模块和接收喇叭天线;所述透射式电可调超表面单元用于构成子阵,进而构成超表面阵列;所述FPGA用于调控每个子阵的工作状态;所述接收喇叭天线用于获取散射场频谱,提取边带信号;对于由N个子阵组成的电可调超表面阵列,超表面单元搭载PIN光电二极管,从而使每个子阵的工作状态通过FPGA控制模块以数字编码的形式独立切换;超表面子阵共有全透射和全反射两种工作状态,通过时空调制编码,操控超表面的散射场;利用时空调制超表面操控空间电磁波,利用单个接收喇叭天线获取散射场;步骤1.2、对于单一窄带平面波,当平面波以入射角θ
i
照射在超表面上时,透射空间的远场散射方向图af(θ,t)表示为:其中,θ和t分别为角度变量和时间变量,j表示虚数单位,E
i
(t)表示时域形式的入射场,β为自由空间传播常数,d是子阵边长;τ
n
(t)为第n个子阵的透射系数,表示为:其中,m∈N,表示第m个周期;步骤1.3、根据傅里叶变换理论,对透射系数τ
n
(t)进行傅里叶展开,分解为以调制频率f
p
为步进的各阶谐波,表示为:其中,α
n,q
代表第n个子阵的第q阶谐波的傅里叶级数,展开写为:步骤1.4、将式(3)代入式(1)中,则此时第q阶谐波对应的透射空间的远场散射方向图
的频域形式af
q
(θ)的表达式为:其中,E
i
表示入射场的频域形式,是一个常数;步骤1.5、将接收喇叭天线放置于超表面的正后方,即θ=0
°
处,则此时接收到的第q阶谐波分量,即信号模型为:3.根据权利要求2所述的基于时空调制超表面的DOA估计方法,其特征在于,步骤2中利用发射喇叭天线照射超表面,在超表面法线方向上放置接收喇叭天线,获取边带信号,具体如下:步骤2.1、发射喇叭天线和接收喇叭天线均选用标准喇叭天线,分别位于超表面两侧,且均满足远场条件;用信号发生器连接发射喇叭天线,发射单频点正弦波,以设定角度照射超表面,模拟无限远处到达的平面波;步骤2.2、平面波经超表面调制后,产生的透射场由接收喇叭天线获取,接收喇叭天线位于超表面法线方向上,且...
【专利技术属性】
技术研发人员:李猛猛,赖梓扬,丁大志,樊振宏,房欣宇,陈明辉,朱泳庚,左雨翰,宋汶钊,洪宏展,
申请(专利权)人:南京理工大学,
类型:发明
国别省市:
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