CN112398551B - Aod估算方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种AOD估算方法及装置。本发明中，所述AOD估算装置通过对均匀圆阵列天线的各个天线的相位进行设置，以不同的天线的相位接收测量装置发送的毫米波信号，并根据接收的毫米波信号估算出所述毫米波信号的发射角，如此简化了AOD测量的估算步骤，实现AOD的快速测量。

Description

AOD估算方法及装置
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种AOD估算方法及装置。
背景技术
目前，在毫米波频段的通信系统中，若能使收发双方在通信开始时就可以根据自身位置资讯及基站提供的定义入射角及发射角与位置之间的对应关系数据库知道对方来波方向，如AOA(angle of arrival，入射角)或AOD(angle of departure，发射角)，则收发双方的通信链路可以快速建立。然而，目前在基站涵盖范围内测量毫米波信号的入射角及发射角与位置之间对应关系的测量方法过于复杂，且测量装置过于复杂沉重。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种AOD估算方法及装置以简化AOD测量的估算步骤，实现AOD的快速测量。
一种AOD估算装置，所述AOD估算装置包括处理器及均匀圆阵列天线，所述处理器与所述均匀圆阵列天线连接，所述处理单元用于：
将所述均匀圆阵列天线中的各个天线的相位设置成同一值而构成全向性天线，并通过所述全向性天线向测量装置发送毫米波信号以供所述测量装置确定第一入射角；
按照公式
Figure BDA0002231102910000021
i＝1，2，…，N设置所述均匀圆阵列天线中的所述天线中的相位构成第一天线，通过所述第一天线接收所述测量装置通过所述第一入射角发射的信号，并确定第一信号功率；
按照公式
Figure BDA0002231102910000022
i＝1,2,…,N/2,及公式
Figure BDA0002231102910000023
i＝N/2+1,N/2+2,…,N,设置所述均匀圆阵列天线中的各个天线中的相位构成第二天线，通过所述第二天线接收所述测量装置通过所述第一入射角发射的信号，并确定第二信号功率；及
根据所述第一信号功率、所述第二信号功率及公式
Figure BDA0002231102910000024
计算得到所述毫米波信号的发射角，其中，rSUM为第一信号功率，rDIF为第二信号功率，
Figure BDA0002231102910000025
Gratio为所述第一信号功率与第二信号功率的比值或所述第一信号功率的峰值功率与所述第二信号功率的峰值功率的比值，λ为所述AOD估算装置接收的毫米波信号的波长，d为所述均匀圆阵列天线中相邻天线之间的间距。
优选地，所述处理单元将所述均匀圆阵列天线中的天线的相位设置为0度而形成所述全向性天线。
优选地，所述AOD估算装置还包括发射器、接收器、第一开关模块及带有锁相回路的振荡器，所述第一开关模块包括两个第一输入端及一个第一输出端，所述第一开关模块中的两个第一输入端分别与所述第一输出端连接而连通，所述发射器和所述接收器分别连接到所述第一开关模块的两个输入端，所述第一开关模块的第一输出端与所述均匀圆阵列天线连接，所述振荡器分别与所述发射器及所述接收器连接，用于为所述发射器及所述接收器提供本地载波。
优选地，所述发射器包括基带信号生成器、第一中频变换器、第一带通滤波器、上变频器，所述基带信号生成器与所述第一中频变换器连接，所述第一中频变换器与所述第一带通滤波器连接，所述第一带通滤波器与所述上变频器连接，所述上变频器与所述第一开关模块的一个第一输入端连接，所述第一开关模块的第一输出端与所述均匀圆阵列天线连接，所述振荡器分别与所述基带信号生成器、所述第一中频变换器及所述上变频器连接，用于为所述基带信号生成器、所述第一中频变换器及所述上变频器提供本地载波。
优选地，所述接收器包括基带信号接收器、第二中频变换器、第二带通滤波器、下变频器，所述基带信号接收器与所述第二中频变换器连接，所述第二中频变换器与所述第二带通滤波器连接，所述第二带通滤波器与所述下变频器连接，所述下变频器与所述第一开关模块的第一输入端连接，所述振荡器分别与所述基带信号生成器、所述第二中频变换器及所述下变频器连接，用于为所述基带信号生成器、所述第二中频变换器及所述下变频器提供本地载波。
优选地，所述均匀圆阵列天线还包括混合器、多个功率分配器/合成器、多个收发器，所述混合器包括两个第二输入端及两个第二输出端，所述第一开关模块与所述混合器的一第二输入端相连接，所述混合器的另一第二输入端与所述下变频器相连接，所述混合器的两个第二输出端分别通过多个所述功率分配器/合成器与所述多个收发器连接，每一所述收发器与一所述天线连接。
一种AOD估算方法，应用在AOD估算装置及测量装置中，所述AOD估算装置包括均匀圆阵列天线，所述方法包括：
将所述均匀圆阵列天线中的各个天线的相位设置成同一值而构成全向性天线，并通过所述全向性天线向所述测量装置发送毫米波信号；
所述测量装置控制所述测量装置中的阵列天线接收所述AOD估算装置发送的毫米波信号，并根据接收的毫米波信号的信号强度确定至少一所述毫米波信号的波束的第一入射角；
所述测量装置控制所述阵列天线基于所述第一入射角向所述AOD估算装置发送毫米波信号；
所述测量装置按照公式
Figure BDA0002231102910000051
i＝1,2,…,N设置所述均匀圆阵列天线中的所述天线中的相位构成第一天线，通过所述第一天线接收所述测量装置通过所述第一入射角发射的信号，并确定第一信号功率；
所述测量装置按照公式
Figure BDA0002231102910000052
i＝1,2,…,N/2,及公式
Figure BDA0002231102910000053
i＝N/2+1,N/2+2,…,N,设置所述均匀圆阵列天线中的各个天线中的相位构成第二天线，通过所述第二天线接收所述测量装置通过所述第一入射角发射的信号，并确定第二信号功率；及
所述测量装置根据所述第一信号功率、所述第二信号功率及公式
Figure BDA0002231102910000054
计算得到所述毫米波信号的发射角，其中，rSUM为第一信号功率，rDIF为第二信号功率，
Figure BDA0002231102910000055
Gratio为所述第一信号功率与第二信号功率的比值或所述第一信号功率的峰值功率与所述第二信号功率的峰值功率的比值，λ为所述AOD估算装置接收的毫米波信号的波长，d为所述均匀圆阵列天线中相邻天线之间的间距。
优选地，所述测量装置控制所述阵列天线的四个扇区中的扇区天线进行扫描并以不同的入射角度接收所述AOD估算装置发送的毫米波信号，并将接收的所述毫米波信号的信号强度超过信号强度阈值时所对应的入射角度确定为第一入射角。
优选地，所述四个扇区分别在0～90度、90～180度、180～270度及270～360度中通过所述扇区天线以不同的波束的入射角度接收所述AOD估算装置发送的毫米波信号。
优选地，所述将所述均匀圆阵列天线中的各个天线的相位设置成同一值而构成全向性天线包括：
将所述均匀圆阵列天线中的天线的相位设置为0度而形成所述全向性天线。
本发明中，所述AOD估算装置通过对均匀圆阵列天线的各个天线的相位进行设置，以不同的天线的相位接收测量装置发送的毫米波信号，并根据接收的毫米波信号估算出所述毫米波信号的发射角，如此简化了AOD测量的估算步骤，实现AOD的快速测量。
附图说明
图1为本发明一实施方式中AOD估算方法的应用环境图。
图2为本发明一实施方式中AOD估算装置的功能模块图。
图3为本发明一实施方式中AOD估算装置的结构示意图。
图4为本发明一实施方式中均匀圆阵列天线的结构示意图。
图5为本发明一实施方式中测量装置的功能模块图。
图6为发明一实施方式中AOD估算系统的功能模块图。
图7为本发明一实施方式中AOD估算方法的流程图。
主要元件符号说明
Figure BDA0002231102910000071
Figure BDA0002231102910000081
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
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。
需要说明的是，当一个元件被称为“电连接”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“电连接”另一个元件，它可以是接触连接，例如，可以是导线连接的方式，也可以是非接触式连接，例如，可以是非接触式耦合的方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
请参考图1，所示为本发明一实施方式中AOD估算方法的应用环境图。所述方法应用在AOD估算装置1及测量装置2中。所述AOD估算装置1通过毫米波信号与所述测量装置2通信连接。在具体实施方式中，所述AOD估算装置1与所述测量装置2可以是结构不同的设备，也可以是结构相同的设备。例如，所述AOD估算装置1可以是毫米波基站，所述测量装置2可以手机等移动终端，或者所述AOD估算装置1及测量装置2均为毫米波基站或移动终端。
请参考图2，所示为本发明一实施方式中AOD估算装置1的功能模块图。所述AOD估算装置1包括均匀圆阵列天线11、磁方位计(Magnetometer)12、处理器13及存储器14。所述包括均匀圆阵列天线11。所述均匀圆阵列天线11与所述测量装置2通信连接。本实施方式中，所述均匀圆阵列天线11为多个天线排成的圆形天线。所述磁方位计12用于测量所述AOD估算装置1的方位角。本实施方式中，所述磁方位计12测量出AOD估算装置1的正北方向，并将正北方向作为估算出的AOD估算装置1的方位角。可以理解，所述磁方位计12测量出AOD估算装置1的方位角并不限于正北方向，也可以为正南、正东或正西方向，本发明对此并不作限定。
所述处理器13用于控制所述AOD估算装置1通过均匀圆阵列天线11接收所述测量装置2发送的毫米波信号，并根据接收的毫米波信号估算出AOD角度。本实施方式中，所述处理器13可以是中央处理模块(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。所述处理器13可以是微处理器或者是任何常规的处理器等，所述处理器13也可以是AOD估算装置1的控制中心，利用各种接口和线路连接整个AOD估算装置1的各个部分。本实施方式中，所述存储器14用于存储数据及/或软件代码。所述存储器14可以为所述AOD估算装置1中的内部存储单元，例如所述AOD估算装置1中的硬盘或内存。在另一实施方式中，所述存储器14也可以为所述AOD估算装置1中的外部存储设备，例如所述AOD估算装置1上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。
请参考图3，所示为本发明一实施方式中AOD估算装置1的结构示意图。所述AOD估算装置1还包括发射器20、接收器30、第一开关模块40及带有锁相回路的振荡器50。所述第一开关模块40包括两个第一输入端401及一个第一输出端402。所述第一开关模块40中的两个第一输入端401分别与第一输出端402连接而连通。所述发射器20和接收器30分别连接到所述第一开关模块40的两个第一输入端401。所述第一开关模块40的第一输出端402与所述均匀圆阵列天线11连接。所述振荡器50分别与所述发射器20及接收器30连接，用于为所述发射器20及接收器30提供本地载波。
本实施方式中，所述发射器20包括基带信号生成器201、第一中频变换器202、第一带通滤波器203、上变频器204。所述基带信号生成器201与所述第一中频变换器202连接，所述第一中频变换器202与所述第一带通滤波器203连接，所述第一带通滤波器203与所述上变频器204连接，所述上变频器204与所述第一开关模块40的一个第一输入端401连接。所述第一开关模块40的第一输出端402与所述均匀圆阵列天线11连接。本实施方式中，所述基带信号生成器201用于生成基带信号。所述第一中频变换器202用于将生成的基带信号转换到中频信号。本实施方式中，所述中频信号的带宽可以为2.4GHz。所述第一带通滤波器203用于对中频信号进行滤波。本实施方式中，所述第一带通滤波器203的带宽为2.4-2.4835GHz。所述上变频器204用于将所述中频信号上变频到目标频率信号。所述目标频率信号可以为毫米波信号。所述目标频率信号经过第一开关模块40传输后通过所述均匀圆阵列天线11发射出去。所述振荡器50分别与所述基带信号生成器201、所述第一中频变换器202及上变频器204连接，用于为所述基带信号生成器201、所述第一中频变换器202及上变频器204提供本地载波。
本实施方式中，所述接收器30包括基带信号接收器301、第二中频变换器302、第二带通滤波器303、下变频器304。所述基带信号接收器301与所述第二中频变换器302连接，所述第二中频变换器302与所述第二带通滤波器303连接，所述第二带通滤波器303与所述下变频器304连接，所述下变频器304与所述第一开关模块40的第一输入端401连接。本实施方式中，所述均匀圆阵列天线11将接收的毫米波信号通过第一开关模块40传输后送到下变频器304中。所述下变频器304将接收的毫米波信号下变频到中频信号。所述中频信号通过第二带通滤波器器303滤波后经第二中频变换器302频率变换后得到基带信号。所述基带信号被所述基带信号接收器301接收。本实施方式中，所述第二带通滤波器303的带宽为2.4-2.4835GHz。本实施方式中，所述基带信号为啁啾信号(chirp signal)。本实施方式中，所述基带信号的频宽可以为400KHz、1.6MHz、20MHz、80MHz、500MHz。本实施方式中，所述振荡器50分别与所述基带信号生成器201、所述第二中频变换器302及所述下变频器304连接，用于为所述基带信号生成器201、所述第二中频变换器302及所述下变频器304提供本地载波。本实施方式中，所述处理器13分别与所述基带信号生成器201、基带信号接收器301、振荡器50、第一中频变换器202、第二中频变换器302、上变频器204、下变频器304、第一开关模块40及均匀圆阵列天线11连接。
请参考图4，所示为本发明一实施方式中均匀圆阵列天线11的结构示意图。所述均匀圆阵列天线11包括混合器111、多个功率分配器/合成器112、多个收发器113及多个天线114。本实施方式中，所述功率分配器/合成器112及收发器113的数量可以根据所述天线114的数量确定。本实施方式中，所述均匀圆阵列天线11的天线114的数量及所述收发器113的数量为N，其中，N＝2n，n为大于2的正整数。所述功率分配器/合成器112的数量为S，其中S＝2n-1+2n-2。本实施方式中，所述混合器111包括两个第二输入端(图中未示)及两个第二输出端1112。所述第一开关模块40与所述混合器111的一第二输入端相连接，所述混合器111的另一第二输入端与所述下变频器304相连接。所述混合器111的两个第二输出端1112分别通过多个所述功率分配器/合成器112与所述多个收发器113连接。每一所述收发器113与一天线114连接。
请参考图5，所示为本发明一实施方式中测量装置2的功能模块图。本实施方式中，所述测量装置2包括阵列天线21、处理单元22、存储单元23。所述阵列天线21用于接收和发送毫米波信号。本实施方式中，所述处理单元22可以是中央处理模块，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路、现成可编程门阵列或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。所述处理单元22可以是微处理器或者是任何常规的处理器等，所述处理单元22还可以是所述测量装置2的控制中心，利用各种接口和线路连接整个测量装置2的各个部分。本实施方式中，所述存储单元23用于存储数据及/或软件代码。所述存储单元23可以为所述测量装置2中的内部存储单元，例如所述测量装置2中的硬盘或内存。在另一实施方式中，所述存储单元23也可以为所述测量装置2中的外部存储设备，例如所述测量装置2上配备的插接式硬盘，智能存储卡，安全数字卡，闪存卡等。
请参考图6，所示为发明一实施方式中AOD估算系统100的功能模块图。本实施方式中，所述AOD估算系统100包括一个或多个模块，所述一个或者多个模块运行在所述AOD估算装置1及测量装置2中。本实施方式中，所述AOD估算系统100包括第一发射模块101、入射角确定模块102、第二发射模块103、第一接收模块104、第二接收模块105、估算模块106。其中，所述第一发射模块101、所述第一接收模块104、所述第二接收模块105、估算模块106存储在所述AOD估算装置11的存储器14中，并被处理器13调用执行。所述入射角确定模块102、第二发射模块103存储在所述测量装置2的存储单元23中，并被处理单元22调用执行。本发明所称的模块是指能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，比程序更适合于描述软件在所述AOD估算系统100中的执行过程。
第一发射模块101，应用在所述AOD估算装置1中，用于将均匀圆阵列天线11中的各个天线114的相位设置成同一值而构成全向性天线，并通过所述全向性天线向所述测量装置2发送毫米波信号。
本实施方式中，所述第一发射模块101将均匀圆阵列天线11中的天线114的相位设置为同一值，从而使得均匀圆阵列天线11中的天线114的相位均匀分布，所述相位均匀分布的均匀圆阵列天线11中的天线114构成全向性天线。所述第一发射模块101通过所述全向性天线发射毫米波信号。在一具体实施方式中，所述第一发射模块101将均匀圆阵列天线11中的天线114的相位设置为0度而形成所述全向性天线。在其他实施方式中，所述第一发射模块101还可以将所述均匀圆阵列天线11中的天线114的相位设置成45度、90度或180度而将所述均匀圆阵列天线11构成所述全向性天线。
所述入射角确定模块102，应用在所述测量装置2中，用于控制所述阵列天线21接收所述AOD估算装置1发送的毫米波信号，并根据接收的毫米波信号的信号强度确定至少一所述毫米波信号的波束的第一入射角。
本实施方式中，所述阵列天线21具有四个扇区，每个扇区具有至少一个扇区天线。所述入射角确定模块102控制所述阵列天线21的所述四个扇区中的扇区天线进行扫描并以不同的入射角度接收所述AOD估算装置1发送的毫米波信号。所述入射角确定模块102将接收的所述毫米波信号的信号强度超过信号强度阈值时所对应的入射角度确定为第一入射角。本实施方式中，所述入射角确定模块102在控制所述测量装置2的四个扇区中的扇区天线在预设循环扫描时间内进行扫描并以不同的入射角度接收所述AOD估算装置1发送的毫米波信号时，所述四个扇区分别在0～90度、90～180度、180～270度及270～360度中通过扇区天线以不同的波束的入射角度接收所述AOD估算装置1发送的毫米波信号。本实施方式中，所述扇区天线为1×16的天线结构或1×8的天线结构。
在另一实施方式中，所述阵列天线2具有三个扇区，每个扇区具有至少一个扇区天线。所述入射角确定模块102控制所述测量装置2的所述三个扇区中的扇区天线进行扫描并以不同的入射角度接收所述AOD估算装置1发送的毫米波信号。本实施方式中，所述入射角确定模块102在控制测量装置2的三个扇区中的扇区天线在预设循环扫描时间内进行扫描并以不同的入射角度接收所述测量装置2发送的毫米波信号时，所述三个扇区分别在0～120度、120～240度及240～360度中通过扇区天线以不同的波束的入射角度接收所述AOD估算装置1发送的毫米波信号。
第二发射模块103，应用在所述测量装置2中，用于控制所述阵列天线21基于所述第一入射角向所述AOD估算装置1发送毫米波信号。
所述第一接收模块104，应用在所述AOD估算装置1中，用于按照公式
Figure BDA0002231102910000171
i＝1,2,…,N设置均匀圆阵列天线11中的各个天线114中的相位构成第一天线，通过所述第一天线接收所述测量装置通过所述第一入射角发射的信号，并确定第一信号功率。其中，N为所述均匀圆阵列天线11中的天线114的个数，ψi为所述均匀圆阵列天线11中的第i个天线114的相位，xi为所述均匀圆阵列天线11中的第i个天线114的水平坐标轴上对应的坐标，yi为所述均匀圆阵列天线11中的第i个天线114的垂直坐标轴上对应的坐标，(θs,φs)为所述AOD估算装置1接收的毫米波信号的波束的指向方向。本实施方式中，可以以所述均匀圆阵列天线11成圆形排列的天线114的中心点为原点构建二维直角坐标系，如此，可以确定均匀圆阵列天线11中各个天线114在所述二维直角坐标系中的坐标。
所述第二接收模块105，应用在所述AOD估算装置1中，用于按照公式
Figure BDA0002231102910000181
i＝1,2,…,N/2,及公式
Figure BDA0002231102910000182
i＝N/2+1,N/2+2,…,N,设置均匀圆阵列天线11中的各个天线中的相位构成第二天线，通过所述第二天线接收所述测量装置通过所述第一入射角发射的信号，并确定第二信号功率。
所述估算模块106，应用在所述AOD估算装置1中，用于根据所述第一信号功率、第二信号功率及公式
Figure BDA0002231102910000183
计算得到所述毫米波信号的发射角，其中，rSUM为第一信号功率，rDIF为第二信号功率，
Figure BDA0002231102910000184
Gratio为所述第一信号功率与第二信号功率的比值或所述第一信号功率的峰值功率与所述第二信号功率的峰值功率的比值，λ为所述AOD估算装置1接收的毫米波信号的波长，d为所述均匀圆阵列天线11中相邻天线之间的间距。
本发明中，所述AOD估算装置1通过对均匀圆阵列天线11的各个天线114的相位进行设置，以不同的天线114的相位接收测量装置2发送的毫米波信号，并根据接收的毫米波信号估算出所述毫米波信号的发射角，如此简化AOD测量的估算步骤，实现AOD的快速测量。
请参考图7，所示为本发明一实施方式中AOD估算方法的流程图。根据不同需求，所述流程图中步骤的顺序可以改变，某些步骤可以省略或合并。所述方法包括如下步骤。
步骤S701：AOD估算装置1将均匀圆阵列天线11中的各个天线114的相位设置成同一值而构成全向性天线，并通过所述全向性天线向所述测量装置2发送毫米波信号。
本实施方式中，所述AOD估算装置1将均匀圆阵列天线11中的天线114的相位设置为同一值，从而使得均匀圆阵列天线11中的天线114的相位均匀分布，所述相位均匀分布的均匀圆阵列天线11中的天线114构成全向性天线。所述AOD估算装置1通过所述全向性天线发射毫米波信号。在一具体实施方式中，所述AOD估算装置1将均匀圆阵列天线11中的天线114的相位设置为0度而形成所述全向性天线。在其他实施方式中，所述AOD估算装置1还可以将所述均匀圆阵列天线11中的天线114的相位设置成45度、90度或180度而将所述均匀圆阵列天线11构成所述全向性天线。
步骤S702：所述测量装置2控制所述阵列天线21接收所述AOD估算装置1发送的毫米波信号，并根据接收的毫米波信号的信号强度确定至少一所述毫米波信号的波束的第一入射角。
本实施方式中，所述阵列天线21具有四个扇区，每个扇区具有至少一个扇区天线。所述测量装置2控制所述阵列天线21的所述四个扇区中的扇区天线进行扫描并以不同的入射角度接收所述AOD估算装置1发送的毫米波信号。所述测量装置2将接收的所述毫米波信号的信号强度超过信号强度阈值时所对应的入射角度确定为第一入射角。本实施方式中，所述测量装置2控制所述四个扇区中的扇区天线在预设循环扫描时间内进行扫描并以不同的入射角度接收所述AOD估算装置1发送的毫米波信号时，所述四个扇区分别在0～90度、90～180度、180～270度及270～360度中通过扇区天线以不同的波束的入射角度接收所述AOD估算装置1发送的毫米波信号。本实施方式中，所述扇区天线为1×16的天线结构或1×8的天线结构。
在另一实施方式中，所述阵列天线2具有三个扇区，每个扇区具有至少一个扇区天线。所述测量装置2控制所述测量装置2的所述三个扇区中的扇区天线进行扫描并以不同的入射角度接收所述AOD估算装置1发送的毫米波信号。本实施方式中，所述测量装置2在控制测量装置2的三个扇区中的扇区天线在预设循环扫描时间内进行扫描并以不同的入射角度接收所述测量装置2发送的毫米波信号时，所述三个扇区分别在0～120度、120～240度及240～360度中通过扇区天线以不同的波束的入射角度接收所述AOD估算装置1发送的毫米波信号。
步骤S703：所述测量装置控制所述阵列天线21基于所述第一入射角向所述AOD估算装置1发送毫米波信号。
步骤S704：所述AOD估算装置按照公式
Figure BDA0002231102910000211
i＝1,2,…,N设置均匀圆阵列天线11中的各个天线114中的相位构成第一天线，通过所述第一天线接收所述测量装置通过所述第一入射角发射的信号，并确定第一信号功率。其中，N为所述均匀圆阵列天线11中的天线114的个数，ψi为所述均匀圆阵列天线11中的第i个天线114的相位，xi为所述均匀圆阵列天线11中的第i个天线114的水平坐标轴上对应的坐标，yi为所述均匀圆阵列天线11中的第i个天线114的垂直坐标轴上对应的坐标，(θs,φs)为所述AOD估算装置1接收的毫米波信号的波束的指向方向。本实施方式中，可以以所述均匀圆阵列天线11成圆形排列的天线114的中心点为原点构建二维直角坐标系，如此，可以确定均匀圆阵列天线11中各个天线114在所述二维直角坐标系中的坐标。
步骤S705：所述AOD估算装置按照公式
Figure BDA0002231102910000212
i＝1,2,…,N/2,及公式
Figure BDA0002231102910000213
i＝N/2+1,N/2+2,…,N,设置均匀圆阵列天线11中的各个天线中的相位构成第二天线，通过所述第二天线接收所述测量装置通过所述第一入射角发射的信号，并确定第二信号功率。
步骤S706：所述AOD估算装置根据所述第一信号功率、第二信号功率及公式
Figure BDA0002231102910000221
计算得到所述毫米波信号的发射角，其中，rSUM为第一信号功率，rDIF为第二信号功率，
Figure BDA0002231102910000222
Gratio为所述第一信号功率与第二信号功率的比值或所述第一信号功率的峰值功率与所述第二信号功率的峰值功率的比值，λ为所述AOD估算装置1接收的毫米波信号的波长，d为所述均匀圆阵列天线11中相邻天线之间的间距。
本发明中，所述AOD估算装置1通过对均匀圆阵列天线11的各个天线114的相位进行设置，以不同的天线114的相位接收测量装置2发送的毫米波信号，并根据接收的毫米波信号估算出所述毫米波信号的发射角，如此简化AOD测量的估算步骤，实现AOD的快速测量。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种AOD估算装置，所述AOD估算装置包括处理器及均匀圆阵列天线，所述处理器与所述均匀圆阵列天线连接，其特征在于，所述处理器 用于：
将所述均匀圆阵列天线中的各个天线的相位设置成同一值而构成全向性天线，并通过所述全向性天线向测量装置发送毫米波信号以供所述测量装置确定第一入射角；
按照公式
Figure FDA0003568588440000011
i＝1,2,…,N设置所述均匀圆阵列天线中的所述天线中的相位构成第一天线，通过所述第一天线接收所述测量装置通过所述第一入射角发射的信号，并确定第一信号功率，其中ψi为所述均匀圆阵列天线中的第i个天线的相位，xi为所述均匀圆阵列天线中的第i个天线的水平坐标轴上对应的坐标，yi为所述均匀圆阵列天线中的第i个天线的垂直坐标轴上对应的坐标，(θs,φs)为所述AOD估算装置接收的毫米波信号的波束的指向方向，k0为常数，N为所述均匀圆阵列天线中的天线的个数；
按照公式
Figure FDA0003568588440000012
i＝1,2,…,N/2,及公式ψi＝-k0[xisin(θs)cos(φs)+yisin(θs)sin(φs)]，i＝N/2+1,N/2+2,…,N,设置所述均匀圆阵列天线中的各个天线中的相位构成第二天线，通过所述第二天线接收所述测量装置通过所述第一入射角发射的信号，并确定第二信号功率；及
根据所述第一信号功率、所述第二信号功率及公式
Figure FDA0003568588440000013
计算得到所述毫米波信号的发射角，其中，rSUM为第一信号功率，rDIF为第二信号功率，
Figure FDA0003568588440000021
Gratio为所述第一信号功率与第二信号功率的比值或所述第一信号功率的峰值功率与所述第二信号功率的峰值功率的比值，λ为所述AOD估算装置接收的毫米波信号的波长，d为所述均匀圆阵列天线中相邻天线之间的间距。
2.如权利要求1所述的AOD估算装置，其特征在于，所述处理单元将所述均匀圆阵列天线中的天线的相位设置为0度而形成所述全向性天线。
3.如权利要求1所述的AOD估算装置，其特征在于，所述AOD估算装置还包括发射器、接收器、第一开关模块及带有锁相回路的振荡器，所述第一开关模块包括两个第一输入端及一个第一输出端，所述第一开关模块中的两个第一输入端分别与所述第一输出端连接而连通，所述发射器和所述接收器分别连接到所述第一开关模块的两个输入端，所述第一开关模块的第一输出端与所述均匀圆阵列天线连接，所述振荡器分别与所述发射器及所述接收器连接，用于为所述发射器及所述接收器提供本地载波。
4.如权利要求3所述的AOD估算装置，其特征在于，所述发射器包括基带信号生成器、第一中频变换器、第一带通滤波器、上变频器，所述基带信号生成器与所述第一中频变换器连接，所述第一中频变换器与所述第一带通滤波器连接，所述第一带通滤波器与所述上变频器连接，所述上变频器与所述第一开关模块的一个第一输入端连接，所述第一开关模块的第一输出端与所述均匀圆阵列天线连接，所述振荡器分别与所述基带信号生成器、所述第一中频变换器及所述上变频器连接，用于为所述基带信号生成器、所述第一中频变换器及所述上变频器提供本地载波。
5.如权利要求4所述的AOD估算装置，其特征在于，所述接收器包括基带信号接收器、第二中频变换器、第二带通滤波器、下变频器，所述基带信号接收器与所述第二中频变换器连接，所述第二中频变换器与所述第二带通滤波器连接，所述第二带通滤波器与所述下变频器连接，所述下变频器与所述第一开关模块的第一输入端连接，所述振荡器分别与所述基带信号生成器、所述第二中频变换器及所述下变频器连接，用于为所述基带信号生成器、所述第二中频变换器及所述下变频器提供本地载波。
6.如权利要求5所述的AOD估算装置，其特征在于，所述均匀圆阵列天线还包括混合器、多个功率分配器合成器、多个收发器，所述混合器包括两个第二输入端及两个第二输出端，所述第一开关模块与所述混合器的一第二输入端相连接，所述混合器的另一第二输入端与所述下变频器相连接，所述混合器的两个第二输出端分别通过多个所述功率分配器/合成器与所述多个收发器连接，每一所述收发器与一所述天线连接。
7.一种AOD估算方法，应用在AOD估算装置及测量装置中，所述AOD估算装置包括均匀圆阵列天线，其特征在于，所述方法包括：
将所述均匀圆阵列天线中的各个天线的相位设置成同一值而构成全向性天线，并通过所述全向性天线向所述测量装置发送毫米波信号；
所述测量装置控制所述测量装置中的阵列天线接收所述AOD估算装置发送的毫米波信号，并根据接收的毫米波信号的信号强度确定至少一所述毫米波信号的波束的第一入射角；
所述测量装置控制所述阵列天线基于所述第一入射角向所述AOD估算装置发送毫米波信号；
所述测量装置按照公式
Figure FDA0003568588440000031
i＝1,2,…,N设置所述均匀圆阵列天线中的所述天线中的相位构成第一天线，通过所述第一天线接收所述测量装置通过所述第一入射角发射的信号，并确定第一信号功率，其中ψi为所述均匀圆阵列天线中的第i个天线的相位，xi为所述均匀圆阵列天线中的第i个天线的水平坐标轴上对应的坐标，yi为所述均匀圆阵列天线中的第i个天线的垂直坐标轴上对应的坐标，(θs,φs)为所述AOD估算装置接收的毫米波信号的波束的指向方向，k0为常数，N为所述均匀圆阵列天线中的天线的个数；
所述测量装置按照公式
Figure FDA0003568588440000041
i＝1,2,…,N/2,及公式ψi＝-k0[xisin(θs)cos(φs)+yisin(θs)sin(φs)]，i＝N/2+1,N/2+2，…，N,设置所述均匀圆阵列天线中的各个天线中的相位构成第二天线，通过所述第二天线接收所述测量装置通过所述第一入射角发射的信号，并确定第二信号功率；及
所述测量装置根据所述第一信号功率、所述第二信号功率及公式
Figure FDA0003568588440000042
计算得到所述毫米波信号的发射角，其中，rSUM为第一信号功率，rDIF为第二信号功率，
Figure FDA0003568588440000043
Gratio为所述第一信号功率与第二信号功率的比值或所述第一信号功率的峰值功率与所述第二信号功率的峰值功率的比值，λ为所述AOD估算装置接收的毫米波信号的波长，d为所述均匀圆阵列天线中相邻天线之间的间距。
8.如权利要求7所述的AOD估算方法，其特征在于，所述测量装置控制所述阵列天线的四个扇区中的扇区天线进行扫描并以不同的入射角度接收所述AOD估算装置发送的毫米波信号，并将接收的所述毫米波信号的信号强度超过信号强度阈值时所对应的入射角度确定为第一入射角。
9.如权利要求8所述的AOD估算方法，其特征在于，所述四个扇区分别在0～90度、90～180度、180～270度及270～360度中通过所述扇区天线以不同的波束的入射角度接收所述AOD估算装置发送的毫米波信号。
10.如权利要求7所述的AOD估算方法，其特征在于，所述将所述均匀圆阵列天线中的各个天线的相位设置成同一值而构成全向性天线包括：
将所述均匀圆阵列天线中的天线的相位设置为0度而形成所述全向性天线。
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