[发明专利]基于功放智能超表面的多源DoA估计方法

权利要求书

1.一种基于功放智能超表面的多源DoA估计方法，其特征在于，利用加载功率放大器的超表面单元构建功放智能超表面，采用非均匀时间调制技术对选取的每一个超表面单元进行调制,通过提取调制过程中产生的谐波进行DoA估计；该DoA估计方法的步骤包括如下：

步骤1，设计加载功率放大器的超表面单元；

步骤2，将设计的超表面单元通过周期性的排布组成一个二维的N×N的功放智能超表面，其中，N表示二维结构的行数和列数；

步骤3，从功放智能超表面中选取至少3个相邻的超表面单元组成二维的阵列结构；

步骤4，采用非均匀时间调制技术对选取的超表面单元进行调制；

步骤5，构建雷达接收信号经过每个被选取的超表面单元后的信号模型如下：

其中，y_(m,n)表示雷达接收信号经过二维阵列结构中第m行、第n列的超表面单元后的信号模型，G表示每个超表面单元上的功率放大器产生的增益，∑表示求和操作，q表示雷达信号经过每个被选取的超表面单元后产生的谐波的阶数，k表示待测目标源的序号，K表示待测目标源的数量，s_k表示第k个待测目标源的雷达接收信号，c_q表示雷达接收信号经过每个被选取的超表面单元后产生的第q阶谐波的傅里叶系数，exp(.)表示以自然常数e为底的指数操作，j表示虚数单位符号，π表示圆周率，f_(m,n)表示二维阵列结构中第m行、第n列的超表面单元的调制频率，t表示雷达接收信号的时刻，β表示雷达接收信号的空间波数，d表示每个超表面单元与其每个相邻超表面单元的间距，sin表示正弦函数，cos表示余弦函数，θ_k表示第k个待测目标源的俯仰角，φ_k表示第k个待测目标源的方位角；

步骤6，雷达接收信号经过所有的被选取的超表面单元后，合成为单通道信号y如下:

y＝∑y(m,n)；

步骤7，从单通道信号中提取雷达接收信号经过每一个被选取的超表面单元后产生的+1阶谐波的信号如下：

其中，表示雷达接收信号经过二维阵列结构中第m行、第n列超表面单元后产生的+1阶谐波的信号，c₁表示雷达接受信号经过每一个超表面单元产生的+1阶谐波的傅里叶系数；

步骤8，将所有被选取的超表面单元产生的+1阶谐波分量组成谐波向量R；

步骤9，利用获得的谐波向量R，通过空间谱估计算法，进行多源的二维DoA估计。

2.根据权利要求1所述的基于功放智能超表面的多源DoA估计方法，其特征在于，步骤1中所述的加载功率放大器的超表面单元是透射型或者反射型中的一种，功率放大器上的控制端与现场可编程门器件FPGA连接，实现对功率放大器进行时间调制。

3.根据权利要求1所述的基于功放智能超表面的多源DoA估计方法，其特征在于，步骤3中所述的选取至少3个相邻的超表面单元组成二维的阵列结构是指，L形结构、圆形结构，十字形结构和方形结构中任意一种结构。

4.根据权利要求1所述的基于功放智能超表面的多源DoA估计方法，其特征在于，步骤4中所述的采用非均匀时间调制技术对选取的超表面单元进行调制的具体步骤如下：

第一步，选取一组频率不同、占空比相同的方波信号作为调制函数，调制函数的个数与被选取的超表面的个数相等，并且不同调制频率之间是互质的；

第二步，调制函数与被选取的超表面单元一一对应，通过FPGA将每个调制函数调制到相对应的超表面单元上。