CN111965593A - 一种信号的波达方向确定方法及装置 - Google Patents

一种信号的波达方向确定方法及装置 Download PDF

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CN111965593A CN202010661855.4A CN202010661855A CN111965593A CN 111965593 A CN111965593 A CN 111965593A CN 202010661855 A CN202010661855 A CN 202010661855A CN 111965593 A CN111965593 A CN 111965593A
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Abstract

本发明实施例提供了一种信号的波达方向确定方法及装置，获取待处理信号的流型矩阵，作为待处理矩阵；根据当前的待处理矩阵，计算得到待处理信号的功率谱函数；确定当前的功率谱函数中波峰处的波达方向；获取本次确定的波达方向中与本次之前已确定出的波达方向不同的波达方向，作为当前的待处理波达方向；如果未达到第一收敛条件，基于当前的待处理波达方向更新当前的待处理矩阵；并返回执行根据当前的待处理矩阵，计算得到待处理信号的功率谱函数的步骤；如果达到第一收敛条件，基于当前已确定出的各波达方向确定各原始信号各自的波达方向。基于上述处理，可以提高信号的波达方向确定方法的有效性。

Description

一种信号的波达方向确定方法及装置
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种信号的波达方向确定方法及装置。
背景技术
DOA(Direction of Arrival，波达方向)表示信号到达接收端的天线阵列时的方向角。接收端可以根据信号的波达方向，确定发送信号的发送端的位置。然而，当多个信号(可以称为原始信号)同时到达接收端时，该多个原始信号可能会叠加形成一个信号(可以称为待处理信号)，此时，接收端可以根据接收到的待处理信号，确定各原始信号的波达方向，进而，可以根据各原始信号的波达方向，确定发送各原始信号的各发送端的位置。
现有技术中，确定原始信号的波达方向的方法可以包括以下步骤：在接收端的天线阵列中的每一个天线处，按照预设的采样时间，对待处理信号进行采样接收，可以得到表示待处理信号的特征的矩阵(可以称为特征矩阵)，该特征矩阵中的每一列向量与每一采样时间对应，该特征矩阵中的每一行向量与天线阵列中的每一个天线对应，该特征矩阵中的每一元素可以包括待处理信号的幅度和相位。然后，可以计算该特征矩阵对应的协方差矩阵，并对协方差矩阵进行特征分解，得到待处理信号中包含的噪声信号的噪声子空间。另外，还可以获取待处理信号对应的流型矩阵，流型矩阵包含一个列向量，该列向量中的每一元素表示接收端的天线阵列中，每一个天线与天线阵列中指定天线接收到的同一个原始信号的相位的差值，该差值可以用该原始信号的波达方向的函数表示。
然后，根据流型矩阵与噪声子空间，计算得到待处理信号对应的功率谱函数，功率谱函数可以表示各原始信号的功率谱密度与各原始信号的波达方向的函数关系。功率谱密度可以表示为：
Figure BDA0002578871520000011
P(θn)表示第n个原始信号的功率谱密度，θn表示第n个原始信号的波达方向，C(θn)表示待处理信号的流型矩阵，C(θn)H表示矩阵C(θn)的共轭转置矩阵，E表示待处理信号中包含的噪声信号的噪声子空间，EH表示矩阵E的共轭转置矩阵，|C(θn)HEEHC(θn)|表示矩阵C(θn)HEEHC(θn)的模。
在对协方差矩阵进行特征分解时，如果能够完全分离出噪声子空间，噪声子空间与各原始信号完全正交，此时，|C(θn)HEEHC(θn)|的值接近0，相应的，计算得到的P(θn)的值较大，也就是说，原始信号对应的P(θn)的值较大，进而，可以确定功率谱函数的各波峰处的波达方向，即为各原始信号的波达方向。
然而，波达方向较为接近的两个原始信号的功率可能会叠加，形成不同于该两个原始信号的另一个信号(可以称为干扰信号)，且当噪声信号的功率较大时，在对上述协方差矩阵进行特征分解时，不能完全分离出噪声子空间。进而，可能会导致噪声子空间与该两个原始信号均不完全正交，且与干扰信号正交，也就是说，干扰信号的功率谱密度位于功率谱函数的波峰处，而该两个原始信号的功率谱密度并不位于功率谱函数的波峰处，即只能确定出干扰信号的波达方向，而无法确定出该两个原始信号的波达方向，即现有技术中信号的波达方向确定方法的有效性较低。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种信号的波达方向确定方法及装置，可以准确的确定出波达方向较为接近的原始信号的波达方向，进而，可以提高信号的波达方向确定方法的有效性。具体技术方案如下：
第一方面，为了达到上述目的，本发明实施例提供了一种信号的波达方向确定方法，所述方法应用于接收端，所述方法包括：获取待处理信号的流型矩阵，作为待处理矩阵；其中，所述待处理信号包含发送端发送的各原始信号，所述待处理矩阵中的目标列向量中每一元素表示所述接收端的天线阵列中，每一个天线与所述天线阵列中的指定天线接收到的同一个原始信号的相位的差值，该差值用该原始信号的波达方向的函数表示；根据当前的待处理矩阵，计算得到所述待处理信号的功率谱函数，其中，所述功率谱函数表示各原始信号的功率谱密度，与各原始信号的波达方向的函数关系；确定当前的功率谱函数中波峰处的波达方向；获取本次确定的波达方向中，与本次之前已确定出的波达方向不同的波达方向，作为当前的待处理波达方向；如果未达到第一收敛条件，基于当前的待处理波达方向，更新当前的待处理矩阵；并返回执行所述根据当前的待处理矩阵，计算得到所述待处理信号的功率谱函数的步骤；如果达到所述第一收敛条件，基于当前已确定出的各波达方向，确定所述各原始信号各自的波达方向。
可选的，所述天线阵列中各天线具有不同的编号，最小的编号为1，且其他编号依次递增1；所述指定天线的编号为1；所述获取待处理信号的流型矩阵，作为待处理矩阵，包括：根据第一预设公式，计算得到待处理信号的流型矩阵，作为待处理矩阵；其中，所述第一预设公式为：
Figure BDA0002578871520000031
am为所述待处理矩阵中的所述目标列向量中的第m个元素，am表示所述天线阵列中编号为m的天线与所述指定天线接收到的，同一个原始信号的相位的差值，j表示虚数单位，d表示所述天线阵列中相邻两个天线之间的物理距离，λ表示所述待处理信号的波长，θ表示所述天线阵列中编号为m的天线与所述指定天线接收到的，同一个原始信号的波达方向。
可选的，所述基于当前的待处理波达方向，更新当前的待处理矩阵，包括：基于所述第一预设公式，计算当前的待处理波达方向各自对应的流型向量，其中，一个待处理波达方向对应的流型向量表示所述天线阵列中，每一个天线与所述指定天线接收到的该待处理波达方向所属的信号的相位的差值；将各个流型向量作为列向量，增加至当前的待处理矩阵中，其中，在当前的待处理矩阵中所述各个流型向量位于所述目标列向量之前。
可选的，所述根据当前的待处理矩阵，计算得到所述待处理信号的功率谱函数，包括：根据第二预设公式，计算得到当前的待处理矩阵对应的特征矩阵，作为第一特征矩阵，其中，所述第二预设公式为：
C＝AHEEHA
C表示所述第一特征矩阵，A表示当前的待处理矩阵，AH表示矩阵A的共轭转置矩阵，E表示所述待处理信号包含的噪声信号的噪声子空间，EH表示矩阵E的共轭转置矩阵；基于所述第一特征矩阵，计算得到所述待处理信号的功率谱矩阵；其中，所述功率谱矩阵中的元素为所述第一特征矩阵中对应的元素的倒数；基于所述功率谱矩阵的行列式，生成所述待处理信号的功率谱函数。
可选的，所述第一收敛条件包括：本次确定出的波达方向中，不存在与本次之前已确定出的波达方向不同的波达方向；或者，当前已确定出的波达方向的数目达到第一数目。
可选的，所述基于已确定出的各波达方向，确定所述各原始信号各自的波达方向，包括：获取当前已确定出的各波达方向对应的字典矩阵；其中，所述字典矩阵中的每一列向量与当前已确定出的每一波达方向对应，所述字典矩阵中的每一列向量表示所述天线阵列中，每一个天线与所述指定天线接收到的该列向量对应的波达方向所属的信号的相位的差值；根据第三预设公式和所述字典矩阵进行迭代计算，直至计算得到的所述待处理信号的功率向量满足第二收敛条件；其中，所述功率向量中的元素与当前已确定出的各波达方向一一对应，所述第三预设公式包括：
Uk＝Ψk-1BH(μI+BΨk-1BH)-1S
Vk＝Ψk-1-Ψk-1BH(μI+BΨk-1BH)-1BΨk-1
Figure BDA0002578871520000041
Uk表示第k次迭代计算得到的均值矩阵，Ψk-1表示第k-1次迭代计算得到的功率向量对应的对角矩阵，B表示所述字典矩阵，μ表示所述待处理信号包含的噪声信号的功率，I表示单位矩阵，BH表示矩阵B的共轭转置矩阵，(μI+BΨk-1BH)-1表示矩阵(μI+BΨk-1BH)的逆矩阵，S表示所述待处理信号的第二特征矩阵；Vk表示第k次迭代计算得到的方差矩阵；Υi k表示第k次迭代计算得到的功率向量中的第i个元素，(Uk)H表示矩阵Uk的共轭转置矩阵，(Uk(Uk)H)ii表示矩阵Uk(Uk)H中第i行第i列的元素，
Figure BDA0002578871520000042
表示第k-1次迭代计算得到的功率向量对应的对角矩阵中，第i行第i列的元素，N表示所述待处理信号对应的快拍数，(Vk)ii表示矩阵Vk中第i行第i列的元素；从当前已确定出的各波达方向中，确定满足所述第二收敛条件的功率向量中的各非零元素对应的波达方向，作为所述各原始信号的波达方向。
可选的，所述第二收敛条件包括：针对本次迭代计算得到的功率向量中的每一元素，该元素与上一次迭代计算得到功率向量中对应的元素的差值的绝对值，小于第一数值。
第二方面，为了达到上述目的，本发明实施例提供了一种信号的波达方向确定装置，所述装置应用于接收端，所述装置包括：第一获取模块，用于获取待处理信号的流型矩阵，作为待处理矩阵；其中，所述待处理信号包含发送端发送的各原始信号，所述待处理矩阵中的目标列向量中每一元素表示所述接收端的天线阵列中，每一个天线与所述天线阵列中的指定天线接收到的同一个原始信号的相位的差值，该差值用该原始信号的波达方向的函数表示；第一确定模块，用于根据当前的待处理矩阵，计算得到所述待处理信号的功率谱函数，其中，所述功率谱函数表示各原始信号的功率谱密度，与各原始信号的波达方向的函数关系；第二确定模块，用于确定当前的功率谱函数中波峰处的波达方向；第二获取模块，用于获取本次确定的波达方向中，与本次之前已确定出的波达方向不同的波达方向，作为当前的待处理波达方向；更新模块，用于如果未达到第一收敛条件，基于当前的待处理波达方向，更新当前的待处理矩阵；并返回执行所述根据当前的待处理矩阵，计算得到所述待处理信号的功率谱函数的步骤；第三确定模块，用于如果达到所述第一收敛条件，基于当前已确定出的各波达方向，确定所述各原始信号各自的波达方向。
可选的，所述天线阵列中各天线具有不同的编号，最小的编号为1，且其他编号依次递增1；所述指定天线的编号为1；所述第一获取模块，具体用于根据第一预设公式，计算得到待处理信号的流型矩阵，作为待处理矩阵；其中，所述第一预设公式为：
Figure BDA0002578871520000051
am为所述待处理矩阵中的所述目标列向量中的第m个元素，am表示所述天线阵列中编号为m的天线与所述指定天线接收到的，同一个原始信号的相位的差值，j表示虚数单位，d表示所述天线阵列中相邻两个天线之间的物理距离，λ表示所述待处理信号的波长，θ表示所述天线阵列中编号为m的天线与所述指定天线接收到的，同一个原始信号的波达方向。
可选的，所述更新模块，具体用于基于所述第一预设公式，计算当前的待处理波达方向各自对应的流型向量，其中，一个待处理波达方向对应的流型向量表示所述天线阵列中，每一个天线与所述指定天线接收到的该待处理波达方向所属的信号的相位的差值；将各个流型向量作为列向量，增加至当前的待处理矩阵中，其中，在当前的待处理矩阵中所述各个流型向量位于所述目标列向量之前。
可选的，所述第一确定模块，具体用于根据第二预设公式，计算得到当前的待处理矩阵对应的特征矩阵，作为第一特征矩阵，其中，所述第二预设公式为：
C＝AHEEHA
C表示所述第一特征矩阵，A表示当前的待处理矩阵，AH表示矩阵A的共轭转置矩阵，E表示所述待处理信号包含的噪声信号的噪声子空间，EH表示矩阵E的共轭转置矩阵；基于所述第一特征矩阵，计算得到所述待处理信号的功率谱矩阵；其中，所述功率谱矩阵中的元素为所述第一特征矩阵中对应的元素的倒数；基于所述功率谱矩阵的行列式，生成所述待处理信号的功率谱函数。
可选的，所述第一收敛条件包括：本次确定出的波达方向中，不存在与本次之前已确定出的波达方向不同的波达方向；或者，当前已确定出的波达方向的数目达到第一数目。
可选的，所述第三确定模块，具体用于获取当前已确定出的各波达方向对应的字典矩阵；其中，所述字典矩阵中的每一列向量与当前已确定出的每一波达方向对应，所述字典矩阵中的每一列向量表示所述天线阵列中，每一个天线与所述指定天线接收到的该列向量对应的波达方向所属的信号的相位的差值；根据第三预设公式和所述字典矩阵进行迭代计算，直至计算得到的所述待处理信号的功率向量满足第二收敛条件；其中，所述功率向量中的元素与当前已确定出的各波达方向一一对应，所述第三预设公式包括：
Uk＝Ψk-1BH(μI+BΨk-1BH)-1S
Vk＝Ψk-1-Ψk-1BH(μI+BΨk-1BH)-1BΨk-1
Figure BDA0002578871520000061
Uk表示第k次迭代计算得到的均值矩阵，Ψk-1表示第k-1次迭代计算得到的功率向量对应的对角矩阵，B表示所述字典矩阵，μ表示所述待处理信号包含的噪声信号的功率，I表示单位矩阵，BH表示矩阵B的共轭转置矩阵，(μI+BΨk-1BH)-1表示矩阵(μI+BΨk-1BH)的逆矩阵，S表示所述待处理信号的第二特征矩阵；Vk表示第k次迭代计算得到的方差矩阵；Υi k表示第k次迭代计算得到的功率向量中的第i个元素，(Uk)H表示矩阵Uk的共轭转置矩阵，(Uk(Uk)H)ii表示矩阵Uk(Uk)H中第i行第i列的元素，
Figure BDA0002578871520000071
表示第k-1次迭代计算得到的功率向量对应的对角矩阵中，第i行第i列的元素，N表示所述待处理信号对应的快拍数，(Vk)ii表示矩阵Vk中第i行第i列的元素；从当前已确定出的各波达方向中，确定满足所述第二收敛条件的功率向量中的各非零元素对应的波达方向，作为所述各原始信号的波达方向。
可选的，所述第二收敛条件包括：针对本次迭代计算得到的功率向量中的每一元素，该元素与上一次迭代计算得到功率向量中对应的元素的差值的绝对值，小于第一数值。
本发明实施例还提供了一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；存储器，用于存放计算机程序；处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现上述任一所述的信号的波达方向确定方法步骤。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一所述的信号的波达方向确定方法步骤。
本发明实施例还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述任一所述的信号的波达方向确定方法。
本发明实施例提供的一种信号的波达方向确定方法，可以获取待处理信号的流型矩阵，作为待处理矩阵；根据当前的待处理矩阵，计算得到待处理信号的功率谱函数；确定当前的功率谱函数中波峰处的波达方向；获取本次确定的波达方向中，与本次之前已确定出的波达方向不同的波达方向，作为当前的待处理波达方向；如果未达到第一收敛条件，基于当前的待处理波达方向，更新当前的待处理矩阵；并返回执行根据当前的待处理矩阵，计算得到待处理信号的功率谱函数的步骤；如果达到第一收敛条件，基于当前已确定出的各波达方向，确定各原始信号各自的波达方向。
基于上述处理，在迭代更新待处理矩阵的过程中，干扰信号的功率会逐渐减少，且减少的功率会逐渐增加至该两个原始信号的功率中，而信号的功率谱密度可以体现信号的功率的大小。也就是说，干扰信号的功率谱密度会逐渐减小，该两个原始信号的功率谱密度会逐渐增加，进而，经过多次迭代，干扰信号的功率谱密度不再位于功率谱函数的波峰处，该两个原始信号的功率谱密度会位于功率谱函数的波峰处，相应的，根据迭代处理后的功率谱函数，可以准确的确定出该两个原始信号的波达方向，进而，可以提高信号的波达方向确定方法的有效性。
当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。
图1为本发明实施例提供的一种信号的波达方向确定方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种信号的波达方向确定方法的流程图；
图3为本发明实施例提供的一种信号的波达方向确定方法的流程图；
图4为本发明实施例提供的一种信号的波达方向确定方法的流程图；
图5为本发明实施例提供的一种处理结果的均方根误差对比图；
图6为本发明实施例提供的一种处理结果的均方根误差对比图；
图7为本发明实施例提供的一种处理结果的均方根误差对比图；
图8为本发明实施例提供的一种信号的波达方向确定装置的结构图；
图9为本发明实施例提供的一种电子设备的结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，图1为本发明实施例提供的一种信号的波达方向确定方法的流程图，该方法应用于接收端，该方法可以包括以下步骤：
S101：获取待处理信号的流型矩阵，作为待处理矩阵。
其中，待处理信号包含发送端发送的各原始信号。待处理矩阵中的目标列向量中每一元素表示接收端的天线阵列中，每一个天线与天线阵列中指定天线接收到的同一个原始信号的相位的差值，该差值用该原始信号的波达方向的函数表示。
S102：根据当前的待处理矩阵，计算得到待处理信号的功率谱函数。
其中，功率谱函数表示各原始信号的功率谱密度，与各原始信号的波达方向的函数关系。
S103：确定当前的功率谱函数中波峰处的波达方向。
S104：获取本次确定的波达方向中，与本次之前已确定出的波达方向不同的波达方向，作为当前的待处理波达方向。
S105：如果未达到第一收敛条件，基于当前的待处理波达方向，更新当前的待处理矩阵，并返回执行步骤S102。
S106：如果达到第一收敛条件，基于当前已确定出的各波达方向，确定各原始信号各自的波达方向。
基于本发明实施例提供的信号的波达方向确定方法，在迭代更新待处理矩阵的过程中，干扰信号的功率会逐渐减少，且减少的功率会逐渐增加至该两个原始信号的功率中，而信号的功率谱密度可以体现信号的功率的大小。也就是说，干扰信号的功率谱密度会逐渐减小，该两个原始信号的功率谱密度会逐渐增加，进而，经过多次迭代，干扰信号的功率谱密度不再位于功率谱函数的波峰处，该两个原始信号的功率谱密度会位于功率谱函数的波峰处，相应的，根据迭代处理后的功率谱函数，可以准确的确定出该两个原始信号的波达方向，进而，可以提高信号的波达方向确定方法的有效性。
在步骤S101中，接收端在接收到待处理信号之后，可以获取待处理信号的流型矩阵(即待处理矩阵)。
在本发明的一个实施例中，天线阵列中各天线具有不同的编号，最小的编号为1，且其他编号依次递增1；指定天线的编号为1。例如，天线阵列中有6个天线，该6个天线的编号可以分别为：1、2、3、4、5、6。
相应的，步骤S101可以包括以下步骤：根据第一预设公式，计算得到待处理信号的流型矩阵，作为待处理矩阵。其中，第一预设公式为：
Figure BDA0002578871520000101
am为待处理矩阵中的目标列向量中的第m个元素，am表示天线阵列中编号为m的天线与指定天线接收到的，同一个原始信号的相位的差值，j表示虚数单位，d表示天线阵列中相邻两个天线之间的物理距离，λ表示待处理信号的波长，θ表示天线阵列中编号为m的天线与指定天线接收到的，同一个原始信号的波达方向。
一种实现方式中，可以按照一定的顺序，对各天线进行排列。例如，可以将各天线排列在一条直线上，且两个相邻的天线之间的物理距离相等，可以得到均匀的线性天线阵列。然后，可以对各天线进行编号，例如，排列顺序中第一个天线的编号为1(即指定天线)，按照在该排列顺序中前后位置关系，其他天线的编号依次递增1。
可以理解的是，根据第一预设公式，计算得到待处理信号的流型矩阵中包含一个列向量，即目标列向量。目标列向量中的元素表示每一个天线与天线阵列中的指定天线接收到的同一个原始信号的相位的差值，该差值用该原始信号的波达方向的函数表示。
示例性的，天线阵列可以包括3个天线，该3个天线的编号分别为：1、2、3，编号为1的天线为指定天线。基于上述公式(1)，可以得到编号为1的天线与编号为1的天线接收到的同一个原始信号的相位的差值为：
Figure BDA0002578871520000102
编号为2的天线与编号为1的天线接收到的同一个原始信号的相位的差值为：
Figure BDA0002578871520000103
编号为3的天线与编号为1的天线接收到的同一个原始信号的相位的差值为：
Figure BDA0002578871520000104
进而，可以得到目标列向量为：A1＝[a1，a2，a3]T，即当前的待处理矩阵为：
Figure BDA0002578871520000105
T表示矩阵转置符号。
在步骤S102中，在获取待处理矩阵之后，接收端可以根据当前的待处理矩阵，计算得到待处理信号的功率谱函数。
在本发明的一个实施例中，参见图2，步骤S102可以包括以下步骤：
S1021：根据第二预设公式，计算得到当前的待处理矩阵对应的特征矩阵，作为第一特征矩阵。其中，第二预设公式为：
C＝AHEEHA (2)
C表示第一特征矩阵，A表示当前的待处理矩阵，AH表示矩阵A的共轭转置矩阵，E表示待处理信号包含的噪声信号的噪声子空间，EH表示矩阵E的共轭转置矩阵。
一种实现方式中，接收端可以按照预设的采样时间，在天线阵列中的每一个天线处，对待处理信号进行采样接收，可以得到表示待处理信号的特征的矩阵(即第二特征矩阵)，第二特征矩阵中的每一列向量与每一采样时间对应，第二特征矩阵中的每一行向量与天线阵列中的每一个天线对应，第二特征矩阵中的每一元素可以包括待处理信号的幅度和相位。
示例性的，天线阵列可以包括2个天线，该2个天线的编号分别为：1、2，预设的采样时间可以包括：t1、t2，则第二特征矩阵可以表示为：
Figure BDA0002578871520000111
s1(t1)表示编号为1的天线在采样时间t1接收到的待处理信号的幅度和相位。s1(t2)表示编号为1的天线在采样时间t2接收到的待处理信号的幅度和相位。s2(t1)表示编号为2的天线在采样时间t1接收到的待处理信号的幅度和相位。s2(t2)表示编号为2的天线在采样时间t2接收到的待处理信号的幅度和相位。
第二特征矩阵中第h行第n列的元素可以表示为：
Figure BDA0002578871520000112
j表示虚数单位，bhn表示编号为h的天线在采样时间tn接收到的待处理信号的幅度，
Figure BDA0002578871520000113
表示编号为h的天线在采样时间tn接收到的待处理信号的相位。
示例性的，如果第二特征矩阵为：
Figure BDA0002578871520000114
则编号为1的天线在采样时间t1接收到的待处理信号的幅度为b11，相位为
Figure BDA0002578871520000115
编号为1的天线在采样时间t2接收到的待处理信号的幅度为b12，相位为
Figure BDA0002578871520000121
编号为2的天线在采样时间t1接收到的待处理信号的幅度为b22，相位为
Figure BDA0002578871520000122
编号为2的天线在采样时间t1接收到的待处理信号的幅度为b22，相位为
Figure BDA0002578871520000123
然后，接收端可以根据第四预设公式，计算第二特征矩阵的协方差矩阵。
其中，第四预设公式可以为：
Figure BDA0002578871520000124
R表示第二特征矩阵的协方差矩阵，S表示第二特征矩阵，SH表示矩阵S的共轭转置矩阵，N表示待处理信号对应的快拍数。待处理信号对应的快拍数表示接收端接收待处理信号时的采样时间的数目。接收端接收待处理信号时的采样时间的数目可以由技术人员根据经验设置。
接收端还可以对第二特征矩阵的协方差矩阵进行特征分解，可以得到第二特征矩阵的协方差矩阵的各特征值，以及各特征值各自对应的特征向量。
然后，可以确定各特征值中第二数目个较大的特征值(可以称为第一特征值)。进而，可以确定第一特征值各自对应的特征向量(可以称为第一特征向量)。并生成包含各第一特征向量的矩阵，该矩阵为待处理信号的信号子空间，第二数目为待处理信号包含的原始信号的数目。另外，还可以确定各特征值中除第一特征值外的其他特征值(可以称为第二特征值)，以及第二特征值各自对应的特征向量(可以称为第二特征向量)，并生成包含各第二特征向量的矩阵，该矩阵为待处理信号包含的噪声信号的噪声子空间。
进行特征分解之后，第二特征矩阵的协方差矩阵可以用公式(4)表示：
R＝FXFH+EQEH (4)
R表示第二特征矩阵的协方差矩阵，F表示待处理信号的信号子空间，X表示包含第一特征值的对角矩阵，FH表示矩阵F的共轭转置矩阵，E表示待处理信号包含的噪声信号的噪声子空间，Q表示包含第二特征值的对角矩阵，EH表示矩阵E的共轭转置矩阵。
示例性的，如果对第二特征矩阵的协方差矩阵R进行特征分解之后得到的特征值包括：μ1、μ2、μ3、μ4、μ5、μ6，各特征值对应的特征向量分别为：β1、β2、β3、β4、β5、β6。对各特征值按照从大到小的顺序进行排列可以得到：μ1、μ3、μ4、μ6、μ2、μ5。待处理信号包含的各原始信号的数目为4，则可以确定各特征值中较大的4个特征值，例如μ1、μ3、μ4、μ6，并生成包含该4个特征值的对角矩阵，可以得到：
Figure BDA0002578871520000131
该4个特征值对应的特征向量为β1、β3、β4、β6，进而，生成包含确定出的特征向量的矩阵F＝[β1、β3、β4、β6]，作为待处理信号的信号子空间。同理，还可以确定除确定出的4个特征值之外的其他特征值为：μ2、μ5，并生成包含μ2、μ5的对角矩阵，可以得到：
Figure BDA0002578871520000132
进而，可以确定待处理信号包含的噪声信号的噪声子空间为：E＝[β2、β5]。
S1022：基于第一特征矩阵，计算得到待处理信号的功率谱矩阵。其中，功率谱矩阵中的元素为第一特征矩阵中对应的元素的倒数。
示例性的，第一特征矩阵可以为：
Figure BDA0002578871520000133
则可以得到待处理信号的功率谱矩阵可以为：
Figure BDA0002578871520000134
S1023：基于功率谱矩阵的行列式，生成待处理信号的功率谱函数。
一种实现方式中，在确定待处理信号的功率谱矩阵之后，可以计算得到功率谱矩阵的行列式，功率谱矩阵的行列式为各原始信号的波达方向的函数。进而，基于功率谱矩阵的行列式，生成待处理信号的功率谱函数。功率谱函数表示各原始信号的功率谱密度与各原始信号的波达方向的函数关系。
在步骤S103中，在确定待处理信号的功率谱函数之后，接收端可以确定当前的功率谱函数中波峰处的波达方向。
一种实现方式中，接收端可以基于功率谱函数，计算预设各波达方向对应的功率谱密度，然后，基于预设各波达方向的功率谱密度，生成功率谱函数的曲线图，进而，可以确定功率谱密度位于功率谱函数的曲线图的波峰处的波达方向。
在步骤S104中，接收端可以获取本次确定的波达方向中，与本次之前已确定出的波达方向不同的波达方向(即待处理波达方向)。
示例性的，第1次确定出的波达方向可以包括：1°、2°、3°、4°，如果第2次确定出的波达方向包括：5°，则本次之前已确定出的波达方向为：1°、2°、3°、4°，当前的待处理波达方向为：5°。如果第3次确定出的波达方向包括：1°、6°、8°、9°，则本次之前已确定出的波达方向为：1°、2°、3°、4°、5°，当前的待处理波达方向为：6°、8°、9°。
针对步骤S105，在每一次确定出功率谱函数中波峰处的波达方向之后，接收端可以判断是否满足第一收敛条件，以根据判定结果进行相应处理。
在本发明的一个实施例中，第一收敛条件可以包括：本次确定出的波达方向中，不存在与本次之前已确定出的波达方向不同的波达方向；或者，当前已确定出的波达方向的数目达到第一数目。其中，第一数目可以由技术人员根据经验设置，第一数目可以为：D3/2，但并不限于此。D表示待处理信号包含的原始信号的数目(即第二数目)。
示例性的，本次之前已确定出的波达方向可以包括：1°、2°、3°、4°。如果本次确定出的波达方向包括：3°、4°，由于3°和4°均属于本次之前已经确定出的波达方向，即本次确定出的波达方向中，不存在与本次之前已确定出的波达方向不同的波达方向，则可以判定达到第一收敛条件。
如果不满足第一收敛条件，表明当前已确定出的波达方向不能完全包含各原始信号的波达方向，可以根据当前的待处理波达方向，更新当前的待处理矩阵，并根据更新后的待处理矩阵，重新确定待处理信号的功率谱函数，并确定新确定的功率谱函数中波峰出的波达方向，以此类推，直至满足第一收敛条件。
在本发明的一个实施例中，参见图3，步骤S101可以包括以下步骤：
S1011：根据第一预设公式，计算得到待处理信号的流型矩阵，作为待处理矩阵。
相应的，步骤S105可以包括以下步骤：
S1051：基于第一预设公式，计算当前的待处理波达方向各自对应的流型向量。其中，一个待处理波达方向对应的流型向量表示天线阵列中，每一个天线与指定天线接收到的该待处理波达方向所属的信号的相位的差值。
S1052：将各个流型向量作为列向量，增加至当前的待处理矩阵中，并返回执行步骤S102。其中，在当前的待处理矩阵中各个流型向量位于目标列向量之前。
示例性的，天线阵列中可以包括4个天线，该4个天线的编号分别为：1、2、3、4。如果第1次确定出的波达方向包括：3°、4°，即3°、4°为当前的待处理波达方向。可以将3°、4°分别作为上述公式(1)中的θ进行计算，可以得到待处理波达方向3°对应的流型向量为：
Figure BDA0002578871520000151
待处理波达方向4°对应的流型向量为：
Figure BDA0002578871520000152
由于在第1次之前不存在已确定出的波达方向，则当前的待处理矩阵为：
Figure BDA0002578871520000153
在计算得到A2、A3之后，可以将A2、A3作为列向量，增加至当前的待处理矩阵中，且使得A2、A3在待处理矩阵中均位于A1之前，可以得到更新后的待处理矩阵为：[A2，A3，A1]，即更新后的待处理矩阵为：
Figure BDA0002578871520000154
如果第2次确定出的波达方向包括：3°、5°，则5°为当前的待处理波达方向。可以将5°作为上述公式(1)中的θ进行计算，可以得到待处理波达方向5°对应的流型向量为：
Figure BDA0002578871520000155
在计算得到A4之后，可以将A4作为列向量，增加至当前的待处理矩阵中，并使得A4在待处理矩阵中位于A1之前，且位于A2、A3之后，则更新后的待处理矩阵可以为：[A2，A3，A4，A1]，即更新后的待处理矩阵可以为：
Figure BDA0002578871520000161
或者，也可以使得A4在待处理向量中位于A1之前，且位于A2、A3之前，则更新后的待处理矩阵可以为：[A4，A2，A3，A1]，即更新后的待处理矩阵可以为：
Figure BDA0002578871520000162
在步骤S106中，如果确定接收端判定满足第一收敛条件，表示当前已确定出的波达方向中包含各原始信号的波达方向，则可以基于当前已确定出的各波达方向，确定各原始信号各自的波达方向。
在本发明一个实施例中，参见图4，步骤S106可以包括以下步骤：
S1061：获取当前已确定出的各波达方向对应的字典矩阵。
其中，字典矩阵中的每一列向量与当前已确定出的每一波达方向对应，字典矩阵中的每一列向量表示天线阵列中，每一个天线与指定天线接收到的该列向量对应的波达方向所属的信号的相位的差值。
一种实现方式中，接收端可以将当前已确定出的各波达方向作为上述公式(1)中的θ进行计算，可得到当前已确定出的各波达方向对应的字典矩阵。
示例性的，天线阵列中可以包括4个天线，该4个天线的编号分别为：1、2、3、4，当前已确定出的各波达方向可以包括：7°、15°、19°，则将7°、15°、19°分别作为上述公式(1)中的θ进行计算，可以得到当前已确定出的各波达方向对应的字典矩阵为：
Figure BDA0002578871520000171
S1062：根据第三预设公式和字典矩阵进行迭代计算，直至计算得到的待处理信号的功率向量满足第二收敛条件。其中，功率向量中的元素与当前已确定出的各波达方向一一对应，第三预设公式包括：
Uk＝Ψk-1BH(μI+BΨk-1BH)-1S (5)
Vk＝Ψk-1-Ψk-1BH(μI+BΨk-1BH)-1BΨk-1 (6)
Figure BDA0002578871520000172
Uk表示第k次迭代计算得到的均值矩阵，Ψk-1表示第k-1次迭代计算得到的功率向量对应的对角矩阵，B表示字典矩阵，μ表示待处理信号包含的噪声信号的功率，I表示单位矩阵，BH表示矩阵B的共轭转置矩阵，(μI+BΨk-1BH)-1表示矩阵(μI+BΨk-1BH)的逆矩阵，S表示待处理信号的第二特征矩阵；Vk表示第k次迭代计算得到的方差矩阵；Υi k表示第k次迭代计算得到的功率向量中的第i个元素，(Uk)H表示矩阵Uk的共轭转置矩阵，(Uk(Uk)H)ii表示矩阵Uk(Uk)H中第i行第i列的元素，
Figure BDA0002578871520000173
表示第k-1次迭代计算得到的功率向量对应的对角矩阵中，第i行第i列的元素，N表示待处理信号对应的快拍数，(Vk)ii表示矩阵Vk中第i行第i列的元素。
在第1次进行迭代计算时，Ψk-1(即Ψ0)可以为预设的对角矩阵。预设的对角矩阵包含的行向量和列向量的数目，均与当前已确定出的各波达方向的数目相同。如果当前已确定出的各波达方向的数目为2，则第1次迭代计算时，Ψ0可以为：
Figure BDA0002578871520000174
如果第1次迭代计算得到的功率向量为：
Figure BDA0002578871520000175
则在第2次进行迭代计算时，γ1对应的对角矩阵Ψ1可以为：
Figure BDA0002578871520000181
如果第2次迭代计算得到的功率向量为：
Figure BDA0002578871520000182
则在第3次进行迭代计算时，γ2对应的对角矩阵Ψ2可以为：
Figure BDA0002578871520000183
以此类推。
一种实现方式中，接收端可以计算待处理信号包含的噪声信号的噪声子空间对应的各特征值的平均值，计算得到的特征值可以表示待处理信号包含的噪声信号的功率(即μ)。
在本发明的一个实施例中，第二收敛条件可以包括：针对本次迭代计算得到的功率向量中的每一元素，该元素与上一次迭代计算得到功率向量中对应的元素的差值的绝对值，小于第一数值。其中，第一数值可以由技术人员根据经验设置，例如，第一数值可以为0.001，或者，第一数值可以为0.0001，但并不限于此。
或者第二收敛条件也可以为：迭代计算的次数达到预设迭代次数。其中，预设迭代次数可以由技术人员根据经验设置，例如，预设迭代次数可以为100，或者预设迭代次数也可以为150，但并不限于此。
当确定出的功率向量满足第二收敛条件时，表明功率向量中的各非零元素对应的信号为各原始信号，相应的，各非零元素对应的波达方向为各原始信号对应的波达方向。
S1063：从当前已确定出的各波达方向中，确定满足第二收敛条件的功率向量中的各非零元素对应的波达方向，作为各原始信号的波达方向。
当确定出的功率向量满足第二收敛条件时，表明功率向量中的各非零元素对应的信号为各原始信号，相应的，各非零元素对应的波达方向为各原始信号对应的波达方向。则接收端可以确定功率向量中各非零元素对应的波达方向，即为各原始信号的波达方向。
另外，针对某一原始信号，可能会将与该原始的波达方向接近的波达方向，确定为原始信号的波达方向，进而，会导致确定出的各原始信号的波达方向中的两个波达方向之间差值小于第二数值的情况。其中，第二数值可以由技术人员根据经验设置，例如，第二数值可以为1°，或者，第二数值也可以为2°，但并不限于此。
例如，第二数值可以为2°，某一原始信号的波达方向可以为5°，可能会将与该原始信号的波达方向(即5°)接近的波达方向(例如6°)，确定为原始信号的波达方向，进而，会导致当前确定出的各原始信号的波达方向中包括：5°、6°的情况。
针对上述情况，接收端可以基于上述公式(5)、公式(6)和公式(7)重新进行迭代计算，重新确定待处理信号的功率向量，并确定新确定的功率向量中的非零元素对应的波达方向，为各原始信号的波达方向，以此类推，直至确定出的各原始信号的波达方向中，任两个波达方向之间差值均不小于第二数值。
在本发明的一个实施例中，可以基于本发明实施例提供的信号的波达方向确定方法、现有技术中的GMUSIC(多重信号分类)算法，以及现有技术中M-SBL(稀疏贝叶斯)算法，分别确定3个原始信号的波达方向，进而，可以将基于各算法确定出的该3个原始信号的波达方向，与该3个原始信号真实的波达方向分别进行对比，可以得到图5、图6、图7所示的对比图，以及表1所示的对比表。该3个原始信号的真实波达方向可以分别为：-3°、0°、3°。
参见图5，图5为本发明实施例提供的一种处理结果的RMSE(Root Mean SquareError，均方根误差)对比图。
图5中，带圆形的实线表示信噪比与第一均方根误差的对应关系，第一均方根误差表示基于本发明实施例提供的信号的波达方向确定方法确定出的，3个原始信号的波达方向与该3个原始信号真实的波达方向的均方根误差。带正方形的实线表示信噪比与第二均方根误差的对应关系。第二均方根误差表示基于GMUSIC算法确定出的，3个原始信号的波达方向与该3个原始信号真实的波达方向的均方根误差。带三角形的实线表示信噪比与第三均方根误差的对应关系，第三均方根误差表示基于M-SBL算法确定出的，3个原始信号的波达方向与该3个原始信号真实的波达方向的均方根误差。
可见，针对相同的信噪比，本发明实施例提供的信号的波达方向确定方法对应的均方根误差，小于GMUSIC算法对应的均方根误差，且小于M-SBL算法对应的均方根误差。
参见图6，图6为本发明实施例提供的一种处理结果的RMSE对比图。图6中，带圆形的实线表示天线数量与第一均方根误差的对应关系。带正方形的实线表示天线数量与第二均方根误差的对应关系。带三角形的实线表示天线数量与第三均方根误差的对应关系。天线数量为接收端的天线阵列中包含的天线的数量。
可见，随着天线数量的增加，本发明实施例提供的信号的波达方向确定方法对应的均方根误差逐渐减小。当天线数量大于10时，针对相同的天线数量，本发明实施例提供的信号的波达方向确定方法对应的均方根误差，小于GMUSIC算法对应的均方根误差，且小于M-SBL算法对应的均方根误差。
参见图7，图7为本发明实施例提供的一种处理结果的RMSE对比图。图7中，带圆形的实线表示快拍数与第一均方根误差的对应关系。带正方形的实线表示快拍数与第二均方根误差的对应关系。带三角形的实线表示快拍数与第三均方根误差的对应关系。
可见，随着快拍数的增加，本发明实施例提供的信号的波达方向确定方法的均方根误差逐渐减小。当快拍数大于32时，针对相同的快拍数，本发明实施例提供的信号的波达方向确定方法对应的均方根误差，小于GMUSIC算法对应的均方根误差，且小于M-SBL算法对应的均方根误差。
另外，参见表1，表1为本发明实施例提供的一种波达方向的检出率对比表。检出率表示确定出正确的波达方向的数目与各原始信号的数目的比值。IMSBL表示本发明实施例提供的信号的波达方向确定方法。
表1
信噪比(dB) -10 -6 -2 2 6 10
M-SBL 0 0 0 0 0 0
GMUSIC 8％ 27％ 27.5％ 23％ 34.5％ 46.5％
IMSBL 99％ 100％ 100％ 100％ 100％ 98％
可见，针对相同的信噪比，本发明实施例提供的信号的波达方向确定方法的检出率，大于GMUSIC算法的检出率，且大于M-SBL算法的检出率。
与图1的方法实施例相对应，参见图8，图8为本发明实施例提供的一种信号的波达方向确定装置的结构图，所述装置应用于接收端，所述装置包括：
第一获取模块801，用于获取待处理信号的流型矩阵，作为待处理矩阵；其中，所述待处理信号包含发送端发送的各原始信号，所述待处理矩阵中的目标列向量中每一元素表示所述接收端的天线阵列中，每一个天线与所述天线阵列中的指定天线接收到的同一个原始信号的相位的差值，该差值用该原始信号的波达方向的函数表示；
第一确定模块802，用于根据当前的待处理矩阵，计算得到所述待处理信号的功率谱函数，其中，所述功率谱函数表示各原始信号的功率谱密度，与各原始信号的波达方向的函数关系；
第二确定模块803，用于确定当前的功率谱函数中波峰处的波达方向；
第二获取模块804，用于获取本次确定的波达方向中，与本次之前已确定出的波达方向不同的波达方向，作为当前的待处理波达方向；
更新模块805，用于如果未达到第一收敛条件，基于当前的待处理波达方向，更新当前的待处理矩阵；并返回执行所述根据当前的待处理矩阵，计算得到所述待处理信号的功率谱函数的步骤；
第三确定模块806，用于如果达到所述第一收敛条件，基于当前已确定出的各波达方向，确定所述各原始信号各自的波达方向。
可选的，所述天线阵列中各天线具有不同的编号，最小的编号为1，且其他编号依次递增1；所述指定天线的编号为1；
所述第一获取模块801，具体用于根据第一预设公式，计算得到待处理信号的流型矩阵，作为待处理矩阵；其中，所述第一预设公式为：
Figure BDA0002578871520000211
am为所述待处理矩阵中的所述目标列向量中的第m个元素，am表示所述天线阵列中编号为m的天线与所述指定天线接收到的，同一个原始信号的相位的差值，j表示虚数单位，d表示所述天线阵列中相邻两个天线之间的物理距离，λ表示所述待处理信号的波长，θ表示所述天线阵列中编号为m的天线与所述指定天线接收到的，同一个原始信号的波达方向。
可选的，所述更新模块805，具体用于基于所述第一预设公式，计算当前的待处理波达方向各自对应的流型向量，其中，一个待处理波达方向对应的流型向量表示所述天线阵列中，每一个天线与所述指定天线接收到的该待处理波达方向所属的信号的相位的差值；
将各个流型向量作为列向量，增加至当前的待处理矩阵中，其中，在当前的待处理矩阵中所述各个流型向量位于所述目标列向量之前。
可选的，所述第一确定模块802，具体用于根据第二预设公式，计算得到当前的待处理矩阵对应的特征矩阵，作为第一特征矩阵，其中，所述第二预设公式为：
C＝AHEEHA
C表示所述第一特征矩阵，A表示当前的待处理矩阵，AH表示矩阵A的共轭转置矩阵，E表示所述待处理信号包含的噪声信号的噪声子空间，EH表示矩阵E的共轭转置矩阵；
基于所述第一特征矩阵，计算得到所述待处理信号的功率谱矩阵；其中，所述功率谱矩阵中的元素为所述第一特征矩阵中对应的元素的倒数；
基于所述功率谱矩阵的行列式，生成所述待处理信号的功率谱函数。
可选的，所述第一收敛条件包括：本次确定出的波达方向中，不存在与本次之前已确定出的波达方向不同的波达方向；或者，当前已确定出的波达方向的数目达到第一数目。
可选的，所述第三确定模块806，具体用于获取当前已确定出的各波达方向对应的字典矩阵；其中，所述字典矩阵中的每一列向量与当前已确定出的每一波达方向对应，所述字典矩阵中的每一列向量表示所述天线阵列中，每一个天线与所述指定天线接收到的该列向量对应的波达方向所属的信号的相位的差值；
根据第三预设公式和所述字典矩阵进行迭代计算，直至计算得到的所述待处理信号的功率向量满足第二收敛条件；其中，所述功率向量中的元素与当前已确定出的各波达方向一一对应，所述第三预设公式包括：
Uk＝Ψk-1BH(μI+BΨk-1BH)-1S
Vk＝Ψk-1-Ψk-1BH(μI+BΨk-1BH)-1BΨk-1
Figure BDA0002578871520000231
Uk表示第k次迭代计算得到的均值矩阵，Ψk-1表示第k-1次迭代计算得到的功率向量对应的对角矩阵，B表示所述字典矩阵，μ表示所述待处理信号包含的噪声信号的功率，I表示单位矩阵，BH表示矩阵B的共轭转置矩阵，(μI+BΨk-1BH)-1表示矩阵(μI+BΨk-1BH)的逆矩阵，S表示所述待处理信号的第二特征矩阵；Vk表示第k次迭代计算得到的方差矩阵；Υi k表示第k次迭代计算得到的功率向量中的第i个元素，(Uk)H表示矩阵Uk的共轭转置矩阵，(Uk(Uk)H)ii表示矩阵Uk(Uk)H中第i行第i列的元素，
Figure BDA0002578871520000232
表示第k-1次迭代计算得到的功率向量对应的对角矩阵中，第i行第i列的元素，N表示所述待处理信号对应的快拍数，(Vk)ii表示矩阵Vk中第i行第i列的元素；
从当前已确定出的各波达方向中，确定满足所述第二收敛条件的功率向量中的各非零元素对应的波达方向，作为所述各原始信号的波达方向。
可选的，所述第二收敛条件包括：针对本次迭代计算得到的功率向量中的每一元素，该元素与上一次迭代计算得到功率向量中对应的元素的差值的绝对值，小于第一数值。
基于本发明实施例提供的信号的波达方向确定装置，在迭代更新待处理矩阵的过程中，干扰信号的功率会逐渐减少，且减少的功率会逐渐增加至该两个原始信号的功率中，而信号的功率谱密度可以体现信号的功率的大小。也就是说，干扰信号的功率谱密度会逐渐减小，该两个原始信号的功率谱密度会逐渐增加，进而，经过多次迭代，干扰信号的功率谱密度不再位于功率谱函数的波峰处，该两个原始信号的功率谱密度会位于功率谱函数的波峰处，相应的，根据迭代处理后的功率谱函数，可以准确的确定出该两个原始信号的波达方向，进而，可以提高信号的波达方向确定方法的有效性。
本发明实施例还提供了一种电子设备，如图9所示，包括处理器901、通信接口902、存储器903和通信总线904，其中，处理器901，通信接口902，存储器903通过通信总线904完成相互间的通信，存储器903，用于存放计算机程序；处理器901，用于执行存储器903上所存放的程序时，实现上述实施例中任一信号的波达方向确定方法的步骤。
上述电子设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准(Peripheral ComponentInterconnect，PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，EISA)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。
存储器可以包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
在本发明提供的又一实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一信号的波达方向确定方法的步骤。
在本发明提供的又一实施例中，还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例中任一信号的波达方向确定方法。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置、电子设备、计算机可读存储介质、计算机程序产品实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种信号的波达方向确定方法，其特征在于，所述方法应用于接收端，所述方法包括：
获取待处理信号的流型矩阵，作为待处理矩阵；其中，所述待处理信号包含发送端发送的各原始信号，所述待处理矩阵中的目标列向量中每一元素表示所述接收端的天线阵列中，每一个天线与所述天线阵列中的指定天线接收到的同一个原始信号的相位的差值，该差值用该原始信号的波达方向的函数表示；
根据当前的待处理矩阵，计算得到所述待处理信号的功率谱函数，其中，所述功率谱函数表示所述各原始信号的功率谱密度，与所述各原始信号的波达方向的函数关系；
确定当前的功率谱函数中波峰处的波达方向；
获取本次确定的波达方向中，与本次之前已确定出的波达方向不同的波达方向，作为当前的待处理波达方向；
如果未达到第一收敛条件，基于当前的待处理波达方向，更新当前的待处理矩阵；并返回执行所述根据当前的待处理矩阵，计算得到所述待处理信号的功率谱函数的步骤；
如果达到所述第一收敛条件，基于当前已确定出的各波达方向，确定所述各原始信号各自的波达方向。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述天线阵列中各天线具有不同的编号，最小的编号为1，且其他编号依次递增1；所述指定天线的编号为1；
所述获取待处理信号的流型矩阵，作为待处理矩阵，包括：
根据第一预设公式，计算得到待处理信号的流型矩阵，作为待处理矩阵；其中，所述第一预设公式为：
Figure FDA0002578871510000011
am为所述待处理矩阵中的所述目标列向量中的第m个元素，am表示所述天线阵列中编号为m的天线与所述指定天线接收到的，同一个原始信号的相位的差值，j表示虚数单位，d表示所述天线阵列中相邻两个天线之间的物理距离，λ表示所述待处理信号的波长，θ表示所述天线阵列中编号为m的天线与所述指定天线接收到的，同一个原始信号的波达方向。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于当前的待处理波达方向，更新当前的待处理矩阵，包括：
基于所述第一预设公式，计算当前的待处理波达方向各自对应的流型向量，其中，一个待处理波达方向对应的流型向量表示所述天线阵列中，每一个天线与所述指定天线接收到的该待处理波达方向所属的信号的相位的差值；
将各个流型向量作为列向量，增加至当前的待处理矩阵中，其中，在当前的待处理矩阵中所述各个流型向量位于所述目标列向量之前。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据当前的待处理矩阵，计算得到所述待处理信号的功率谱函数，包括：
根据第二预设公式，计算得到当前的待处理矩阵对应的特征矩阵，作为第一特征矩阵，其中，所述第二预设公式为：
C＝AHEEHA
C表示所述第一特征矩阵，A表示当前的待处理矩阵，AH表示矩阵A的共轭转置矩阵，E表示所述待处理信号包含的噪声信号的噪声子空间，EH表示矩阵E的共轭转置矩阵；
基于所述第一特征矩阵，计算得到所述待处理信号的功率谱矩阵；其中，所述功率谱矩阵中的元素为所述第一特征矩阵中对应的元素的倒数；
基于所述功率谱矩阵的行列式，生成所述待处理信号的功率谱函数。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一收敛条件包括：本次确定出的波达方向中，不存在与本次之前已确定出的波达方向不同的波达方向；
或者，
当前已确定出的波达方向的数目达到第一数目。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于已确定出的各波达方向，确定所述各原始信号各自的波达方向，包括：
获取当前已确定出的各波达方向对应的字典矩阵；其中，所述字典矩阵中的每一列向量与当前已确定出的每一波达方向对应，所述字典矩阵中的每一列向量表示所述天线阵列中，每一个天线与所述指定天线接收到的该列向量对应的波达方向所属的信号的相位的差值；
根据第三预设公式和所述字典矩阵进行迭代计算，直至计算得到的所述待处理信号的功率向量满足第二收敛条件；其中，所述功率向量中的元素与当前已确定出的各波达方向一一对应，所述第三预设公式包括：
Uk＝Ψk-1BH(μI+BΨk-1BH)-1S
Vk＝Ψk-1-Ψk-1BH(μI+BΨk-1BH)-1BΨk-1
Figure FDA0002578871510000031
Uk表示第k次迭代计算得到的均值矩阵，Ψk-1表示第k-1次迭代计算得到的功率向量对应的对角矩阵，B表示所述字典矩阵，μ表示所述待处理信号包含的噪声信号的功率，I表示单位矩阵，BH表示矩阵B的共轭转置矩阵，(μI+BΨk-1BH)-1表示矩阵(μI+BΨk-1BH)的逆矩阵，S表示所述待处理信号的第二特征矩阵；Vk表示第k次迭代计算得到的方差矩阵；γi k表示第k次迭代计算得到的功率向量中的第i个元素，(Uk)H表示矩阵Uk的共轭转置矩阵，(Uk(Uk)H)ii表示矩阵Uk(Uk)H中第i行第i列的元素，
Figure FDA0002578871510000032
表示第k-1次迭代计算得到的功率向量对应的对角矩阵中，第i行第i列的元素，N表示所述待处理信号对应的快拍数，(Vk)ii表示矩阵Vk中第i行第i列的元素；
从当前已确定出的各波达方向中，确定满足所述第二收敛条件的功率向量中的各非零元素对应的波达方向，作为所述各原始信号的波达方向。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第二收敛条件包括：
针对本次迭代计算得到的功率向量中的每一元素，该元素与上一次迭代计算得到功率向量中对应的元素的差值的绝对值，小于第一数值。
8.一种信号的波达方向确定装置，其特征在于，所述装置应用于接收端，所述装置包括：
第一获取模块，用于获取待处理信号的流型矩阵，作为待处理矩阵；其中，所述待处理信号包含发送端发送的各原始信号，所述待处理矩阵中的目标列向量中每一元素表示所述接收端的天线阵列中，每一个天线与所述天线阵列中的指定天线接收到的同一个原始信号的相位的差值，该差值用该原始信号的波达方向的函数表示；
第一确定模块，用于根据当前的待处理矩阵，计算得到所述待处理信号的功率谱函数，其中，所述功率谱函数表示各原始信号的功率谱密度，与各原始信号的波达方向的函数关系；
第二确定模块，用于确定当前的功率谱函数中波峰处的波达方向；
第二获取模块，用于获取本次确定的波达方向中，与本次之前已确定出的波达方向不同的波达方向，作为当前的待处理波达方向；
更新模块，用于如果未达到第一收敛条件，基于当前的待处理波达方向，更新当前的待处理矩阵；并返回执行所述根据当前的待处理矩阵，计算得到所述待处理信号的功率谱函数的步骤；
第三确定模块，用于如果达到所述第一收敛条件，基于当前已确定出的各波达方向，确定所述各原始信号各自的波达方向。
9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现权利要求1-7任一所述的方法步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-7任一所述的方法步骤。
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