專利名稱：一種矢量傳感器陣列的誤差估計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陣元最 多可以有6個傳感器，包括3個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，而環(huán)狀傳感器用于感應(yīng)磁場。對一個方向確定的來波信號，矢量傳 感器陣列的一個陣元將最多產(chǎn)生6路接收信號，實(shí)際應(yīng)用中，可能會只采用3個電場感應(yīng)器 或3個磁場感應(yīng)器。來波方向估計和波束形成是天線陣列的兩大主題?；谑噶總鞲衅麝嚵校芯空?提出了大量基于矢量傳感器陣列特性的來波方向估計和波束形成方法。以下文獻(xiàn)給出了一 些例子“基于矢量傳感器陣列的信號多參數(shù)估計方法”，電路與系統(tǒng)學(xué)報，2006年第3期； “基于矢量傳感器的高分辨頻率估計算法研究”，《哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報》，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》，2007年第4期。以上文獻(xiàn)中的來波方向估計方法和波束形成方法都基于一個假設(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，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方面的性能。因此，對矢量感應(yīng) 器陣列的誤差估計和校正，成為一個重要課題，目前已有盲校正方法和基于參考信號的誤 差估計和校正方法。其中，基于參考信號的誤差估計和校正方法，其缺點(diǎn)在于1)必須有用 于產(chǎn)生參考信號的硬件設(shè)備，并且必須精確知道信號的方向角，這增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度；2) 參考信號相對用戶信號是干擾，因此參考信號的使用相當(dāng)于增加了系統(tǒng)的干擾水平?，F(xiàn)有 的盲校正方法的缺陷在于需要通過參考信道將發(fā)送信號傳輸?shù)交径耍⑿枰烙媴⒖?信道和實(shí)際信道的時延差，實(shí)際也相當(dāng)于在接收端產(chǎn)生一個參考信號，其系統(tǒng)復(fù)雜度較高。從以上分析可以看出，在對矢量傳感器陣列進(jìn)行誤差估算時，現(xiàn)有技術(shù)的方法都 需要角度已知的參考信號，因而系統(tǒng)復(fù)雜度高；同時，現(xiàn)有技術(shù)只能對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方法及裝置， 無需使用參考信號即可實(shí)現(xiàn)對陣列的誤差估計。
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方法，包括步驟A，計算所述矢量傳感器陣列對來波信號的陣列響應(yīng)估計結(jié)果，并對所述陣列 響應(yīng)估計結(jié)果進(jìn)行分解，得到所述矢量傳感器陣列中的每個陣元的陣元響應(yīng)估計結(jié)果；步驟B，對所述矢量傳感器陣列中的每個陣元，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)估計結(jié)果，估計所述每個陣元的來波信號方向和通道誤差；步驟C，對于每個陣元，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 號方向的估計結(jié)果、所述每個陣元的陣元響應(yīng)估計結(jié)果、和所述每個陣元的通道誤差的估 計結(jié)果，估計所述每個陣元的朝向誤差，所述參考陣元是從所述矢量傳感器陣列所有陣元 中任意選擇的一個陣元；步驟D，根據(jù)所述參考陣元的來波信號方向的估計結(jié)果、所述每個陣元的陣元響應(yīng) 估計結(jié)果、所述每個陣元的通道誤差的估計結(jié)果、和所述每個陣元的朝向誤差的估計結(jié)果， 估計所述每個陣元的陣元位置誤差。優(yōu)選地，上述方法中，所述步驟A中，所述計算所述矢量傳感器陣列對來波信號的 陣列響應(yīng)估計結(jié)果包括步驟Al，根據(jù)預(yù)先獲得的所述來波信號的載波頻率，對所述來波信號進(jìn)行相干解 調(diào)，提取得到所述來波信號對應(yīng)的接收信號；步驟A2，計算所述來波信號對應(yīng)的接收信號的自相關(guān)矩陣，并對所述自相關(guān)矩陣 進(jìn)行一次特征值分解，選取最大特征值對應(yīng)的特征向量作為所述來波信號的陣列響應(yīng)估計結(jié)果。優(yōu)選地，上述方法中，所述步驟B包括步驟Bi，對所述每個陣元，根據(jù)未知的所述每個陣元的來波信號方向和未知的所 述每個陣元的通道誤差，構(gòu)造來波信號的第一陣列流型；步驟B2，將所述每個陣元的陣元響應(yīng)估計結(jié)果和所述第一陣列流型作為多維空間 的兩個矢量，求解在該兩個矢量之間的夾角最小時來波信號方向和通道誤差的取值，得到 所述每個陣元的來波信號方向的估計結(jié)果和通道誤差的估計結(jié)果。優(yōu)選地，上述方法中，所述步驟C包括步驟Cl，對于所述每個陣元，根據(jù)所述參考陣元的來波信號方向的估計結(jié)果、所述 每個陣元的通道誤差的估計結(jié)果和未知的所述每個陣元的朝向誤差，構(gòu)造來波信號的第二 陣列流型；步驟C2，將所述每個陣元的陣元響應(yīng)估計結(jié)果和所述第二陣元流型作為多維空間 的兩個矢量，求解在該兩個矢量之間的夾角最小時朝向誤差的取值，得到所述每個陣元的 朝向誤差的估計結(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方向的估計結(jié)果、所述每個陣元的通道誤 差的估計結(jié)果、所述每個陣元的陣元朝向誤差的估計結(jié)果、和未知的所述每個陣元的位置 誤差，構(gòu)造來波信號的第三陣列流型；步驟D2，將所述每個陣元的陣元響應(yīng)估計結(jié)果和所述第三陣列流型作為多維空間 的兩個矢量，求解在該兩個矢量之間的夾角最小時位置誤差的取值，得到所述每個陣元的位置誤差的估計結(jié)果。本發(fā)明還提供了一種矢量傳感器陣列的誤差估計裝置，包括陣元響應(yīng)估計單元，用于計算所述矢量傳感器陣列對來波信號的陣列響應(yīng)估計結(jié) 果，并對所述陣列響應(yīng)估計結(jié)果進(jìn)行分解，得到所述矢量傳感器陣列中的每個陣元的陣元 響應(yīng)估計結(jié)果；來波方向及通道誤差估計單元，用于對所述矢量傳感器陣列中的每個陣元，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)估計結(jié)果，估計所述每個陣元 的來波信號方向和通道誤差；朝向誤差估計單元，用于對于每個陣元，在忽略陣元的位置誤差的情況下，根據(jù)參 考陣元的來波信號方向的估計結(jié)果、所述每個陣元的陣元響應(yīng)估計結(jié)果、和所述每個陣元 的通道誤差的估計結(jié)果，估計所述每個陣元的朝向誤差，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陣元；位置誤差估計單元，用于根據(jù)所述參考陣元的來波信號方向的估計結(jié)果、所述每 個陣元的陣元響應(yīng)估計結(jié)果、所述每個陣元的通道誤差的估計結(jié)果、和所述每個陣元的朝 向誤差的估計結(jié)果，估計所述每個陣元的陣元位置誤差。優(yōu)選地，上述誤差估計裝置中，所述陣元響應(yīng)估計單元包括接收信號提取單元，用于根據(jù)預(yù)先獲得的所述來波信號的載波頻率，對所述來波 信號進(jìn)行相干解調(diào)，提取得到所述來波信號對應(yīng)的接收信號；陣列響應(yīng)估計單元，用于計算所述來波信號對應(yīng)的接收信號的自相關(guān)矩陣，并對 所述自相關(guān)矩陣進(jìn)行一次特征值分解，選取最大特征值對應(yīng)的特征向量作為所述來波信號 的陣列響應(yīng)估計結(jié)果。優(yōu)選地，上述誤差估計裝置中，所述來波方向及通道誤差估計單元包括第一構(gòu)造單元，用于對所述每個陣元，根據(jù)未知的所述每個陣元的來波信號方向 和未知的所述每個陣元的通道誤差，構(gòu)造來波信號的第一陣列流型；第一處理單元，用于將所述每個陣元的陣元響應(yīng)估計結(jié)果和所述第一陣列流型作 為多維空間的兩個矢量，求解在該兩個矢量之間的夾角最小時來波信號方向和通道誤差的 取值，得到所述每個陣元的來波信號方向的估計結(jié)果和通道誤差的估計結(jié)果。優(yōu)選地，上述誤差估計裝置中，所述朝向誤差估計單元包括第二構(gòu)造單元，用于對于所述每個陣元，根據(jù)所述參考陣元的來波信號方向的估 計結(jié)果、所述每個陣元的通道誤差的估計結(jié)果和未知的所述每個陣元的朝向誤差，構(gòu)造來 波信號的第二陣列流型；第二處理單元，用于將所述每個陣元的陣元響應(yīng)估計結(jié)果和所述第二陣元流型作 為多維空間的兩個矢量，求解在該兩個矢量之間的夾角最小時朝向誤差的取值，得到所述 每個陣元的朝向誤差的估計結(jié)果。優(yōu)選地，上述誤差估計裝置中，所述位置誤差估計單元包括第三構(gòu)造單元，用于根據(jù)所述參考陣元的來波信號方向的估計結(jié)果、所述每個陣 元的通道誤差的估計結(jié)果、所述每個陣元的陣元朝向誤差的估計結(jié)果、和未知的所述每個 陣元的位置誤差，構(gòu)造來波信號的第三陣列流型；第三處理單元，用于將所述每個陣元的陣元響應(yīng)估計結(jié)果和所述第三陣列流型作為多維空間的兩個矢量，求解在該兩個矢量之間的夾角最小時位置誤差的取值，得到所述 每個陣元的位置誤差的估計結(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方法及裝置，無 需發(fā)送端發(fā)送參考信號，也無需在接收端產(chǎn)生參考信號，即可實(shí)現(xiàn)陣列誤差的估計，從而簡 化了誤差估計的硬件系統(tǒng)，并避免了參考信號對正常通信的干擾。并且，本發(fā)明不僅可以估 計天線陣列的通道誤差，同時還可以估計得到陣元的位置誤差和朝向誤差。同時，本發(fā)明還 通過對不同類型誤差分開處理，簡化了誤差估計模型，減少了運(yùn)算量。


圖1為矢量傳感器陣列中的3個線狀傳感器的結(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誤差。絕對誤差是指天線陣列響應(yīng)與理 想響應(yīng)之間的差別。對天線陣列絕對誤差的估計和補(bǔ)償可以達(dá)到陣列校正的目的。同樣 的，對天線陣列相對誤差的估計和補(bǔ)償也能夠達(dá)到陣列校正的目的。在對相對誤差進(jìn)行補(bǔ) 償后，整個天線陣列出現(xiàn)相同的誤差。這一誤差實(shí)際上可以等價看成無線信道傳輸?shù)奈粗?衰減，從而可在接收端的后續(xù)處理中進(jìn)行估計，不會影響天線陣列中波束形成和來波方向 估計功能?；谝陨峡紤]，本發(fā)明只考慮天線陣列的相對誤差。本發(fā)明所考慮的陣元的誤差 類型包括通道誤差指每個陣元每個傳感器出現(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個參數(shù)描述，分別表示每個坐標(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參數(shù)描述。其中、X、y、Z分別是指三維坐標(biāo)的 三個軸。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方法，包括以下步驟步驟31，計算所述矢量傳感器陣列對來波信號的陣列響應(yīng)估計結(jié)果，并對所述陣 列響應(yīng)估計結(jié)果進(jìn)行分解，得到所述矢量傳感器陣列中的每個陣元的陣元響應(yīng)估計結(jié)果。步驟32，對所述矢量傳感器陣列中的每個陣元，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)估計結(jié)果，估計所述每個陣元的來波信號方向和通道誤差。步驟33，對于每個陣元，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方向的估計結(jié)果、所述每個陣元的陣元響應(yīng)估計結(jié)果、和所述每個陣元的通道誤差的估 計結(jié)果，估計所述每個陣元的朝向誤差，所述參考陣元是從所述矢量傳感器陣列所有陣元 中任意選擇的一個陣元。步驟34，根據(jù)所述參考陣元的來波信號方向的估計結(jié)果、所述每個陣元的陣元響 應(yīng)估計結(jié)果、所述每個陣元的通道誤差的估計結(jié)果、和所述每個陣元的朝向誤差的估計結(jié) 果，估計所述每個陣元的位置誤差。這里，上述步驟31中，所述計算所述矢量傳感器陣列對來波信號的陣列響應(yīng)估計 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的載波頻率，對所述來波信號進(jìn)行相干 解調(diào)，提取得到所述來波信號對應(yīng)的接收信號，具體方法可以是，將來波信號與載波信號相 乘，再經(jīng)過一個帶寬等于來波信號帶寬的低通濾波器進(jìn)行濾波，濾波后即得到所述來波信 號對應(yīng)的接收信號。步驟312，計算所述來波信號對應(yīng)的接收信號的自相關(guān)矩陣，并對所述自相關(guān)矩陣 進(jìn)行一次特征值分解，選取最大特征值對應(yīng)的特征向量作為所述來波信號的陣列響應(yīng)估計結(jié)果。上述步驟32具體包括步驟321，對所述每個陣元，根據(jù)未知的所述每個陣元的來波信號方向和未知的所 述每個陣元的通道誤差，構(gòu)造來波信號的第一陣列流型。步驟322，將所述每個陣元的陣元響應(yīng)估計結(jié)果和所述第一陣列流型作為多維空 間的兩個矢量，求解在該兩個矢量之間的夾角最小時來波信號方向和通道誤差的取值，得 到所述每個陣元的來波信號方向的估計結(jié)果和通道誤差的估計結(jié)果。上述步驟33具體包括步驟331，對于所述每個陣元，根據(jù)所述參考陣元的來波信號方向的估計結(jié)果、所 述每個陣元的通道誤差的估計結(jié)果和未知的所述每個陣元的朝向誤差，構(gòu)造來波信號的第 二陣列流型；步驟332，將所述每個陣元的陣元響應(yīng)估計結(jié)果和所述第二陣元流型作為多維空 間的兩個矢量，求解在該兩個矢量之間的夾角最小時朝向誤差的取值，得到所述每個陣元 的朝向誤差的估計結(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方向的估計結(jié)果、所述每個陣元的通道誤 差的估計結(jié)果、所述每個陣元的朝向誤差的估計結(jié)果、和未知的所述每個陣元的位置誤差， 構(gòu)造來波信號的第三陣列流型；步驟342，將所述每個陣元的陣元響應(yīng)估計結(jié)果和所述第三陣列流型作為多維空 間的兩個矢量，求解在該兩個矢量之間的夾角最小時位置誤差的取值，得到所述每個陣元 的位置誤差的估計結(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)估計結(jié)果這兩個矢量之間的夾角，將該夾角作為目標(biāo)函數(shù)，求解在目標(biāo) 函數(shù)取最小值時陣列流型中的變量的取值，即得到待求解的參數(shù)的估計結(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
請參考圖4，假設(shè)圖4中的入射信號是一個來波信號。在三維自由空間中，到達(dá)一 個天線陣列的平面波的到達(dá)角可用圖4中的兩個角度描述，其中θ是入射信號在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)處有一個陣元，在沒有噪聲的情況下該陣元的接收信號可以表示 為 r(0 = A
-cos 6* cos 滬 -sin 6* cos^ -sin 爐
沖);其中s(t)為發(fā)送信號，
-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，^對應(yīng)于發(fā)送信號的功率t 當(dāng)陣元存在誤差時，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 號方向和誤差對陣元增益的聯(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 個陣元的來波信號方向和未知的所述每個陣元的通道誤差，構(gòu)造來波信號的第一陣列流
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接收到多個來波信號，此時可以根據(jù)多個來波 信號分別進(jìn)行上述處理，即針對每個來波信號，均得到陣列流型與陣元相應(yīng)估計結(jié)果兩個 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)取值最小時陣列流型中 的未知變量的取值，得到相應(yīng)變量的估計結(jié)果。從以上所述可以看出，本發(fā)明實(shí)施例所述誤差估計方法，無需發(fā)送端發(fā)送參考信 號，也無需在接收端產(chǎn)生參考信號，即可實(shí)現(xiàn)陣列誤差的估計，從而簡化了誤差估計的硬件 系統(tǒng)，并避免了參考信號對正常通信的干擾。本發(fā)明實(shí)施例所述誤差估計方法，不僅可以估計天線陣列的通道誤差，同時還可以估計得到陣元的位置誤差和朝向誤差。同時，本發(fā)明實(shí) 施例通過對不同類型誤差分開處理，簡化了誤差估計模型，減少了運(yùn)算量?；谏鲜鍪噶總鞲衅麝嚵械恼`差估計方法，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種矢量傳感 器陣列的誤差估計裝置。如圖5所示，所述誤差估計裝置包括陣元響應(yīng)估計單元，用于計算所述矢量傳感器陣列對來波信號的陣列響應(yīng)估計結(jié) 果，并對所述陣列響應(yīng)估計結(jié)果進(jìn)行分解，得到所述矢量傳感器陣列中的每個陣元的陣元 響應(yīng)估計結(jié)果；來波方向及通道誤差估計單元，用于對所述矢量傳感器陣列中的每個陣元，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)估計結(jié)果，估計所述每個陣元 的來波信號方向和通道誤差；朝向誤差估計單元，用于對于每個陣元，在忽略陣元的位置誤差的情況下，根據(jù)參 考陣元的來波信號方向的估計結(jié)果、所述每個陣元的陣元響應(yīng)估計結(jié)果、和所述每個陣元 的通道誤差的估計結(jié)果，估計所述每個陣元的朝向誤差，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陣元；位置誤差估計單元，用于根據(jù)所述參考陣元的來波信號方向的估計結(jié)果、所述每 個陣元的陣元響應(yīng)估計結(jié)果、所述每個陣元的通道誤差的估計結(jié)果、和所述每個陣元的朝 向誤差的估計結(jié)果，估計所述每個陣元的陣元位置誤差。其中，所述陣元響應(yīng)估計單元包括接收信號提取單元，用于根據(jù)預(yù)先獲得的所述來波信號的載波頻率，對所述來波 信號進(jìn)行相干解調(diào)，提取得到所述來波信號對應(yīng)的接收信號；陣列響應(yīng)估計單元，用于計算所述來波信號對應(yīng)的接收信號的自相關(guān)矩陣，并對 所述自相關(guān)矩陣進(jìn)行一次特征值分解，選取最大特征值對應(yīng)的特征向量作為所述來波信號 的陣列響應(yīng)估計結(jié)果。其中，所述來波方向及通道誤差估計單元包括第一構(gòu)造單元，用于對所述每個陣元，根據(jù)未知的所述每個陣元的來波信號方向 和未知的所述每個陣元的通道誤差，構(gòu)造來波信號的第一陣列流型；第一處理單元，用于將所述每個陣元的陣元響應(yīng)估計結(jié)果和所述第一陣列流型作 為多維空間的兩個矢量，求解在該兩個矢量之間的夾角最小時來波信號方向和通道誤差的 取值，得到所述每個陣元的來波信號方向的估計結(jié)果和通道誤差的估計結(jié)果。其中，所述朝向誤差估計單元包括第二構(gòu)造單元，用于對于所述每個陣元，根據(jù)所述參考陣元的來波信號方向的估 計結(jié)果、所述每個陣元的通道誤差的估計結(jié)果和未知的所述每個陣元的朝向誤差，構(gòu)造來 波信號的第二陣列流型；第二處理單元，用于將所述每個陣元的陣元響應(yīng)估計結(jié)果和所述第二陣元流型作 為多維空間的兩個矢量，求解在該兩個矢量之間的夾角最小時朝向誤差的取值，得到所述 每個陣元的朝向誤差的估計結(jié)果。其中，所述位置誤差估計單元包括第三構(gòu)造單元，用于根據(jù)所述參考陣元的來波信號方向的估計結(jié)果、所述每個陣 元的通道誤差的估計結(jié)果、所述每個陣元的陣元朝向誤差的估計結(jié)果、和未知的所述每個陣元的位置誤差，構(gòu)造來波信號的第三陣列流型；第三處理單元，用于將所述每個陣元的陣元響應(yīng)估計結(jié)果和所述第三陣列流型作 為多維空間的兩個矢量，求解在該兩個矢量之間的夾角最小時位置誤差的取值，得到所述 每個陣元的位置誤差的估計結(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方法，其特征在于，包括步驟A，計算所述矢量傳感器陣列對來波信號的陣列響應(yīng)估計結(jié)果，并對所述陣列響應(yīng) 估計結(jié)果進(jìn)行分解，得到所述矢量傳感器陣列中的每個陣元的陣元響應(yīng)估計結(jié)果；步驟B，對所述矢量傳感器陣列中的每個陣元，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)估計結(jié)果，估計所述每個陣元的來波信號方向和通道誤差；步驟C，對于每個陣元，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方 向的估計結(jié)果、所述每個陣元的陣元響應(yīng)估計結(jié)果、和所述每個陣元的通道誤差的估計結(jié) 果，估計所述每個陣元的朝向誤差，所述參考陣元是從所述矢量傳感器陣列所有陣元中任 意選擇的一個陣元；步驟D，根據(jù)所述參考陣元的來波信號方向的估計結(jié)果、所述每個陣元的陣元響應(yīng)估計 結(jié)果、所述每個陣元的通道誤差的估計結(jié)果、和所述每個陣元的朝向誤差的估計結(jié)果，估計 所述每個陣元的陣元位置誤差。
2.如權(quán)利要求1所述的誤差估計方法，其特征在于，所述步驟A中，所述計算所述矢量 傳感器陣列對來波信號的陣列響應(yīng)估計結(jié)果包括步驟Al，根據(jù)預(yù)先獲得的所述來波信號的載波頻率，對所述來波信號進(jìn)行相干解調(diào)，提 取得到所述來波信號對應(yīng)的接收信號；步驟A2，計算所述來波信號對應(yīng)的接收信號的自相關(guān)矩陣，并對所述自相關(guān)矩陣進(jìn)行 一次特征值分解，選取最大特征值對應(yīng)的特征向量作為所述來波信號的陣列響應(yīng)估計結(jié)果 ο
3.如權(quán)利要求1所述的誤差估計方法，其特征在于，所述步驟B包括步驟Bi，對所述每個陣元，根據(jù)未知的所述每個陣元的來波信號方向和未知的所述每 個陣元的通道誤差，構(gòu)造來波信號的第一陣列流型；步驟B2，將所述每個陣元的陣元響應(yīng)估計結(jié)果和所述第一陣列流型作為多維空間的兩 個矢量，求解在該兩個矢量之間的夾角最小時來波信號方向和通道誤差的取值，得到所述 每個陣元的來波信號方向的估計結(jié)果和通道誤差的估計結(jié)果。
4.如權(quán)利要求3所述的誤差估計方法，其特征在于，所述步驟C包括步驟Cl，對于所述每個陣元，根據(jù)所述參考陣元的來波信號方向的估計結(jié)果、所述每個 陣元的通道誤差的估計結(jié)果和未知的所述每個陣元的朝向誤差，構(gòu)造來波信號的第二陣列 流型；步驟C2，將所述每個陣元的陣元響應(yīng)估計結(jié)果和所述第二陣元流型作為多維空間的兩 個矢量，求解在該兩個矢量之間的夾角最小時朝向誤差的取值，得到所述每個陣元的朝向 誤差的估計結(jié)果。
5.如權(quán)利要求3所述的誤差估計方法，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方向的估計結(jié)果、所述每個陣元的通道誤差的 估計結(jié)果、所述每個陣元的陣元朝向誤差的估計結(jié)果、和未知的所述每個陣元的位置誤差， 構(gòu)造來波信號的第三陣列流型；步驟D2，將所述每個陣元的陣元響應(yīng)估計結(jié)果和所述第三陣列流型作為多維空間的兩 個矢量，求解在該兩個矢量之間的夾角最小時位置誤差的取值，得到所述每個陣元的位置 誤差的估計結(jié)果。
6.一種矢量傳感器陣列的誤差估計裝置，其特征在于，包括陣元響應(yīng)估計單元，用于計算所述矢量傳感器陣列對來波信號的陣列響應(yīng)估計結(jié)果， 并對所述陣列響應(yīng)估計結(jié)果進(jìn)行分解，得到所述矢量傳感器陣列中的每個陣元的陣元響應(yīng) 估計結(jié)果；來波方向及通道誤差估計單元，用于對所述矢量傳感器陣列中的每個陣元，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)估計結(jié)果，估計所述每個陣元的來 波信號方向和通道誤差；朝向誤差估計單元，用于對于每個陣元，在忽略陣元的位置誤差的情況下，根據(jù)參考陣 元的來波信號方向的估計結(jié)果、所述每個陣元的陣元響應(yīng)估計結(jié)果、和所述每個陣元的通 道誤差的估計結(jié)果，估計所述每個陣元的朝向誤差，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陣元；位置誤差估計單元，用于根據(jù)所述參考陣元的來波信號方向的估計結(jié)果、所述每個陣 元的陣元響應(yīng)估計結(jié)果、所述每個陣元的通道誤差的估計結(jié)果、和所述每個陣元的朝向誤 差的估計結(jié)果，估計所述每個陣元的陣元位置誤差。
7.如權(quán)利要求6所述的誤差估計裝置，其特征在于， 所述陣元響應(yīng)估計單元包括接收信號提取單元，用于根據(jù)預(yù)先獲得的所述來波信號的載波頻率，對所述來波信號 進(jìn)行相干解調(diào)，提取得到所述來波信號對應(yīng)的接收信號；陣列響應(yīng)估計單元，用于計算所述來波信號對應(yīng)的接收信號的自相關(guān)矩陣，并對所述 自相關(guān)矩陣進(jìn)行一次特征值分解，選取最大特征值對應(yīng)的特征向量作為所述來波信號的陣 列響應(yīng)估計結(jié)果。
8.如權(quán)利要求6所述的誤差估計裝置，其特征在于， 所述來波方向及通道誤差估計單元包括第一構(gòu)造單元，用于對所述每個陣元，根據(jù)未知的所述每個陣元的來波信號方向和未 知的所述每個陣元的通道誤差，構(gòu)造來波信號的第一陣列流型；第一處理單元，用于將所述每個陣元的陣元響應(yīng)估計結(jié)果和所述第一陣列流型作為 多維空間的兩個矢量，求解在該兩個矢量之間的夾角最小時來波信號方向和通道誤差的取 值，得到所述每個陣元的來波信號方向的估計結(jié)果和通道誤差的估計結(jié)果。
9.如權(quán)利要求6所述的誤差估計裝置，其特征在于， 所述朝向誤差估計單元包括第二構(gòu)造單元，用于對于所述每個陣元，根據(jù)所述參考陣元的來波信號方向的估計結(jié) 果、所述每個陣元的通道誤差的估計結(jié)果和未知的所述每個陣元的朝向誤差，構(gòu)造來波信 號的第二陣列流型；第二處理單元，用于將所述每個陣元的陣元響應(yīng)估計結(jié)果和所述第二陣元流型作為多 維空間的兩個矢量，求解在該兩個矢量之間的夾角最小時朝向誤差的取值，得到所述每個 陣元的朝向誤差的估計結(jié)果。
10.如權(quán)利要求6所述的誤差估計裝置，其特征在于， 所述位置誤差估計單元包括第三構(gòu)造單元，用于根據(jù)所述參考陣元的來波信號方向的估計結(jié)果、所述每個陣元的通道誤差的估計結(jié)果、所述每個陣元的陣元朝向誤差的估計結(jié)果、和未知的所述每個陣元 的位置誤差，構(gòu)造來波信號的第三陣列流型；第三處理單元，用于將所述每個陣元的陣元響應(yīng)估計結(jié)果和所述第三陣列流型作為多 維空間的兩個矢量，求解在該兩個矢量之間的夾角最小時位置誤差的取值，得到所述每個 陣元的位置誤差的估計結(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方法及裝置。本發(fā)明在誤差估計中考慮相對誤差，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，即可實(shí)現(xiàn)陣列誤差的估計。
文檔編號H04L1/06GK102075302SQ200910237740
公開日2011年5月25日 申請日期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 申請人:中國移動通信集團(tuán)廣東有限公司