[发明专利]一种基于动态超材料天线的近场定位方法

权利要求书

1.一种基于动态超材料天线的近场定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、基于DMA接收信号；

步骤2、基于近场假设的MLE定位算法，并建立问题；

步骤3：讨论了DMA系数对估计过程的影响，然后解释设计意义；

步骤4：通过引入DMA预编码理论，得到了矩阵Q的优化方案；

步骤5：提出了一种迭代优化方案来逼近最优解。

2.根据权利要求1所述的基于动态超材料天线的近场定位方法，其特征在于，在所述步骤1中，基站接收来自用户的导频信号并估计源位置，设定基站是一个大型DMA阵列，包含N个接收天线和N_d行微带，每行微带又包含N_e个超材料接收元件，即N＝N_dN_e，且每行微带只有一个RF链输出端，第i行微带的第l个天线在t时刻接收到的信号表示为：

其中r_i,l(t)代表接收信号，i∈{1,2,…,N_d}，l∈{1,2,…,N_e}，a_i,l为振幅，f_p是导频频率，ω_i,l(t)是方差为σ的加性白噪声，v_i,l代表信号相位，有其中d_i,l是对应天线和源之间的距离，c为电磁速度。

3.根据权利要求2所述的基于动态超材料天线的近场定位方法，其特征在于，在所述步骤1中，

定义向量和分别代表天线信号矢量和噪声矢量，由于每个微带只有一个输出，实际阵列接收向量是一个N_d维向量，表示为：

y＝QH(r+ω)，  (2)

其中代表所有微带的输出矢量，H是一个N维对角矩阵，对角元素为h_i,l将信号传播的效果封装在微带内；考虑响应是频率平坦的，且超材料元素频率响应符合洛伦兹约束相模型，即，

其中α_i是波导衰减系数，β_i是波数，ρ^i,l表示相应天线的位置，矩阵表示DMA的可配置权重，具有结构约束：

其中q_i,l表示相应天线的可调响应，同样符合洛伦兹约束相位模型有：

因此，通过将y以标量形式表达，接收信号的一般模型可以重写为：

其中y_i表示y的第i个元素，即第i行微带线的输出，因此，DMA输出可被视为相应行微带的所有接收信号的加权和的结果。

4.根据权利要求3所述的基于动态超材料天线的近场定位方法，其特征在于，所述步骤2中，通过处理接收相位来定位信源：

为接收阵列设置一个参考点，将源到参考点的距离和仰角、方位角分别定义为作为源的位置标记，同时定义作为第i行微带的第l个天线的位置标记，根据参考点、天线和源之间的三角形关系，有：

从(7)和(8)中，得到了相位与源位置的对应关系，通过MLE算法，即最大化以下函数：

其中是接收信号向量的对数似然函数，给出：

其中M是进行估计的样本数，s∈N_d是导向矢量，元素其中由(7)和(8)给出。

5.根据权利要求4所述的基于动态超材料天线的近场定位方法，其特征在于，所述步骤3中，将公式(10)改写为：

其中是y(t)的协防矩阵，将(2)引入(13)同时考虑(11)，得到：

其中是r(t)的协防矩阵，N维向量

6.根据权利要求5所述的基于动态超材料天线的近场定位方法，其特征在于，所述步骤4中通过引入DMA预编码理论，得到了矩阵Q的优化方案，矩阵Q的每个元素对应的响应q_i,l采用(5)中的洛伦兹约束形式，因此q_i,l的相位和振幅是耦合的，将洛伦兹约束放松为具有恒定振幅和任意相位的仅相位权重约束:

可行集F是一个单位半径以原点为中心的圆。