[发明专利]一种基于动态超材料天线的近场定位方法

说明书

本发明涉及近场定位领域，具体地说，是一种基于动态超材料天线的近场定位方法，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；本发明使用了一种基于入射波前到达曲率的直接估计方法来获得源位置估计，并评估了DMA系数对估计精度的影响，提出了一种不需要任何先验知识的次优迭代优化算法。仿真结果表明，在信噪比较高的情况下，该算法能快速逼近最优解。

技术领域

本发明涉及近场定位领域，具体地说，是一种基于动态超材料天线的近场定位方法。

背景技术

无线电定位应用预计将在第六代(6G)蜂窝网络得到显著增强和广泛应用。大型天线阵列的部署和高频通信将有助于精确的射频定位，并减少对全球导航卫星系统进行可靠定位的依赖。但是大型天线和高频的结合意味着射频信号可能发生在辐射近场区域，这意味着传统的基于远场的信号平面波假设不再成立，此外使用传统的全数字设计实现具有大量元件的阵列成本极高。

另一方面，在辐射近场中的操作也可以通过引入传统远场中不存在的新自由度来增强定位能力。这些都被封装在接收信号球面波中，进而可以通过全息定位增强无线定位。通常，源定位通常基于两步定位算法，包括对到达角和到达时间的联合估计。这样的过程需要精确的同步或多个接入点的参与，往往会达到次优性能。在辐射近场中，可以通过估计到达曲率(curvature-of-arrival，COA)来定位，这种算法利用了接收信号是球面波而不是平面波的事实。虽然基于COA的定位广泛应用于声学或微波领域，但直到最近才被引入智能无线电通信。例如，在中讨论了近场定位的Cramér-Rao下限(Cramér-Rao bound，CRB)。考虑了一个大的可重构智能表面(RIS)辅助定位场景，建立了一个统一的框架，且使用直接定位算法来达到估计性能边界。在中讨论了一种动态跟踪方案，其中考虑了几种基于阵列天线相位差估计的实用跟踪和定位方案以及后验CRB。

上述的无线定位工作均采样了基于全数字天线的完全连接结构。然而，6GMIMO接收机通常会缩减射频(radio frequency，RF)链，减少RF链的天线结构通常使用专用模拟电路来实现，包括复增益滤波器、矢量调制器、相移网络、基于开关的操作。

发明内容

本发明的目的提出一种使用DMAs的位置估计处理架构，提出了一种基于COA的ad-hoc直接定位方法的设计，以获得该接收模式下信源的位置估计，具体来说，与全数字天线不同，考虑使用DMA天线对接收信号进行预处理以降低其维数，并说明了这如何影响最终的MLE估计结果。然后，以一种与DMA波束聚焦中的预编码非常相似的方式来描述该过程，这使得计算用于定位的最佳DMA系数以改善接收信号质量成为可能。此外，考虑到最优方法需要源位置的先验知识，然而这是未知的估计，提出了一种迭代优化算法来设计DMA系数。本发明所提出的联合定位和系数设计方法是基于接收机进行的内部迭代，避免了频繁的远程交互，通过与随机和最优系数方案在仿真中的性能比较，验证了通过设置适当的迭代次数，所提出的方法可以接近最优方案。

本发明采用的具体技术方案如下：

一种基于动态超材料天线的近场定位方法，具体包括以下步骤：

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。