[发明专利]基于功放智能超表面的多源DoA估计方法

说明书

本发明公开一种基于功放智能超表面的多源DoA估计方法，其实现方案为：构建一个功放智能超表面，它能够对雷达接收信号的功率进行放大，并改善雷达接收信号的信噪比。用构建的功放智能超表面实现DoA估计，一方面规避了传统基于二极管的智能超表面对雷达接收信号的衰减，另一方面实现了对多源的二维DoA估计。此外，本发明仅采用部分超表面单元进行DoA估计，而剩余超表面单元可被设计用于发射雷达信号，从而有望实现全双工的工作模式。因此，本发明可以被应用于低成本、高精度、多功能的DoA估计中。

技术领域

本发明属于雷达通信技术领域，更进一步涉及波达方向估计技术领域中的一种基于功放智能超表面的多源DoA估计方法。本发明可用于对雷达接收信号进行DoA估计。

背景技术

智能超表面作为一种新型的电磁调控与接收的平台，被广泛研究用于信号感知和DoA估计中。在传统的基于智能超表面的DoA估计中，目标的方向主要是通过接收多个随机样本进行压缩感知来获取的，需要对超表面的单元进行多次的随机编码并获取杂散波束，使得现有方法不具备实时性，并且传统基于智能超表面的波达方向估计方法难以同时实现对多源的二维定位。此外，传统的智能超表面是通过加载二级管对每一个单元进行控制的，使得雷达接收信号在经过智能超表面之后会被衰减，从而降低DoA估计精度。如何利用智能超表面实现高精度的多源DoA估计成为了这个领域的一个重要问题。

东南大学在其申请的专利文献“一种基于数字可编程超表面的多源DOA估计方法”(申请号CN202111224815.4申请公布号CN 113871887 A)中公布了一种基于数字可编程超表面的多源DOA估计方法。该方法提出利用可编程超表面产生40组随机双波束表面编码，每一组表面编码对应一组固定的双波束角度，利用40组采样结果通过OMP算法计算出来波角度信息。但是，该方法仍然存在的不足之处是：该方法是通过一维双波束进行采样的，不能实现二维的DoA估计。

Mingtuan Lin和Ming Xu等人在其发表的论文“Single Sensor to Estimate DOAWith Programmable Metasurface”(IEEE Internet of Things Journal,2021,8(12):10187-10197.)中提出一种基于超表面的单通道DoA估计方法。该方法构建了一个二极管加载的20×20的可编程超表面，通过产生100组随机的编码模式，来采集100个随机样本，并利用压缩感知算法实现波达方向估计。但是，该方法仍然存在的不足之处是：智能超表面上二极管对雷达接收信号存在衰减，恶化雷达接收信号的信噪比，进而降低DoA估计精度。

Junyan Dai和Wankai Tang等人在其发表的论文“Simultaneous In-situDirection Finding and Field Manipulation Based on Space-TimeCoding DigitalMetasurface”(IEEE Transactions on Antennas and Propagation,2022.)中提出一种利用空时编码超表面进行波达方向估计的方法，该方法通过周期性的调节编码超表面单元上的二极管，使得编码超表面产生谐波，并利用谐波的幅度比来实现对波达方向的估计。但是，该方法仍然存在的不足之处是：该方法是基于谐波分量的比幅法进行计算的，只能对单源进行一维估计。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提出一种基于功放智能超表面的多源DoA估计方法，用于解决现有基于智能超表面的波达方向估计技术中不能实现对多源的二维DoA估计、智能超表面上二极管对雷达接收信号存在衰减等问题。