CN112763971A - 波达角估计、数字通道相位误差校准方法、装置存储介质 - Google Patents

波达角估计、数字通道相位误差校准方法、装置存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种波达角DOA估计方法、数字通道相位误差校准方法、装置及存储介质，通过改变模拟子阵的原始等效相位中心，结合改变前和改变后的等效相位中心以及分别在改变前和改变后接收到的数据计算孤立传输路径DOA，计算得到的DOA更为精确，且基于计算得到的DOA实现了数字通道相位误差的校准，无需获取校准源，操作更加简单，在一定程度上节省了系统成本。

Description

波达角估计、数字通道相位误差校准方法、装置存储介质
技术领域
本发明实施例涉及但不限于通信技术领域，具体而言，涉及但不限于一种波达角(direction-of-arrival，DOA)估计方法、数字通道相位误差校准方法、装置及存储介质。
背景技术
5G高频通信系统采用模拟数字混合阵列结构，由若干个数字通道构成，每个数字通道连接一个模拟子阵，每个模拟子阵能够产生定向波束，用来提高接收信号的信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)，通过这种混合的阵列结构可以有效权衡高频通信系统的自由度、成本、覆盖增益等。
相关技术中随着温度变化、器件老化等因素的影响，数字通道不可避免的存在幅度误差和相位误差，这些误差的存在会对系统性能产生不利影响，例如如图1所示导致DOA估计时产生较大偏离，由此使得不能根据估计的DOA实现波束对准；其中，幅度误差可以根据接收信号强度实现校准，但是相位误差的盲校准难度则很高。
发明内容
本发明实施例提供的波达角DOA估计方法、数字通道相位误差校准方法、装置及存储介质，主要解决的技术问题是相关技术中估计的DOA误差大，无法实现波束对准。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种波达角DOA估计方法，所述波达角DOA估计方法包括：
记录各模拟子阵的原始等效相位中心以及接收到的第一接收数据，所述第一接收数据来自于孤立传输路径；
保持各所述模拟子阵的接收波束指向不变，改变所述模拟子阵的原始等效相位中心以使得各所述模拟子阵的原始等效相位中心之间的差距在预设范围阈值内；
记录各所述模拟子阵改变后的等效相位中心以及接收到的第二接收数据，所述第二接收数据来自于和所述第一接收数据相同的孤立传输路径；
根据各所述原始等效相位中心、各所述第一接收数据、各所述改变后的等效相位中心以及各所述第二接收数据计算所述孤立传输路径的DOA。
本发明实施例还提供了一种数字通道相位误差校准方法，所述数字通道相位误差校准方法包括：
获取如上述的孤立传输路径的DOA，将所述DOA作为粗略DOA；
根据所述粗略DOA计算通道相位误差，得到粗略通道相位误差；
根据所述粗略DOA和所述粗略通道相位误差计算精确DOA和精确通道相位误差。
本发明实施例还提供了一种装置，所述装置包括处理器、存储器及通信总线；
所述通信总线用于实现所述处理器和所述存储器之间的连接通信；
所述处理器用于执行所述存储器中存储的一个或者多个计算机程序，以实现如上所述的波达角DOA估计方法的步骤，和/或，以实现如上所述的数字通道相位误差校准方法的步骤。
本发明实施例还提供了一种存储介质，所述存储介质存储有一个或者多个计算机程序，所述一个或者多个计算机程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如上所述的波达角DOA估计方法的步骤，和/或，以实现如上所述的数字通道相位误差校准方法的步骤。
本发明的有益效果是：
本发明实施例提供的波达角DOA估计方法、数字通道相位误差校准方法、装置及存储介质，通过记录各模拟子阵的原始等效相位中心以及接收到的第一接收数据，其中第一接收数据来自于孤立传输路径，进一步地，保持各模拟子阵的接收波束指向不变，改变模拟子阵的原始等效相位中心以使得各模拟子阵的原始等效相位中心之间的差距在预设范围阈值内，进一步地，记录各模拟子阵改变后的等效相位中心以及接收到的第二接收数据，第二接收数据来自于和第一接收数据相同的孤立传输路径，进一步地，根据各原始等效相位中心、各第一接收数据、各改变后的等效相位中心以及各第二接收数据计算孤立传输路径的DOA；解决了相关技术中估计的DOA误差大，无法实现波束对准的问题。也即本发明实施例提供的波达角DOA估计方法、数字通道相位误差校准方法、装置及存储介质，通过改变模拟子阵的原始等效相位中心，结合改变前和改变后的等效相位中心以及分别在改变前和改变后接收到的数据计算孤立传输路径DOA，计算得到的DOA更为精确，且基于计算得到的DOA实现了数字通道相位误差的校准，无需获取校准源，操作更加简单，在一定程度上节省了系统成本。
本发明其他特征和相应的有益效果在说明书的后面部分进行阐述说明，且应当理解，至少部分有益效果从本发明说明书中的记载变的显而易见。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为现有DOA估计时产生较大偏离不能根据估计的DOA实现波束对准的示意图；
图2为本发明实施例一提供的波达角DOA估计方法的基本流程示意图；
图3为本发明实施例一提供的记录各模拟子阵的原始等效相位中心以及接收到的第一接收数据之后的基本流程示意图；
图4为本发明实施例一提供的时延示意图一；
图5为本发明实施例一提供的时延示意图二；
图6为本发明实施例一提供的时延示意图三；
图7a为本发明实施例一提供的两个模拟子阵的原始等效相位中心的示意图；
图7b为图7a所示的在方位维上改变两个模拟子阵的等效相位中心的示意图；
图7c为图7a所示的在俯仰维上改变两个模拟子阵的等效相位中心的示意图；
图8为本发明实施例一提供的记录各模拟子阵改变后的等效相位中心以及接收到的第二接收数据之后的基本流程示意图；
图9为本发明实施例一提供的空间角度的示意图；
图10为本发明实施例五提供的装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面通过具体实施方式结合附图对本发明实施例作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一：
为了解决相关技术中估计的DOA误差大，无法实现波束对准的问题，本发明实施例中提供了一种波达角DOA估计方法，通过记录各模拟子阵的原始等效相位中心以及接收到的第一接收数据，其中第一接收数据来自于孤立传输路径；进一步地，保持各模拟子阵的接收波束指向不变，改变模拟子阵的原始等效相位中心以使得各模拟子阵的原始等效相位中心之间的差距在预设范围阈值内；进一步地，记录各模拟子阵改变后的等效相位中心以及接收到的第二接收数据，第二接收数据来自于和第一接收数据相同的孤立传输路径；进一步地，根据各原始等效相位中心、各第一接收数据、各改变后的等效相位中心以及各第二接收数据计算孤立传输路径的DOA；请参见图2所示，如图2为本实施例提供的波达角DOA估计方法的基本流程示意图。
S201：记录各模拟子阵的原始等效相位中心以及接收到的第一接收数据，第一接收数据来自于孤立传输路径。
可选地，本发明实施例中记录各模拟子阵的原始等效相位中心以及接收到的第一接收数据之后，还包括至少以下步骤，请参见图3所示：
S301：当第一接收数据为频域导频信号时，对频域导频信号进行快速傅里叶逆变换(Inverse Fast Fourier Transform，IFFT)或离散傅里叶逆变换(Inverse DiscreteFourier Transform，IDFT)得到时延相关的各时域抽头。
可选地，对频域导频信号进行IFFT或IDFT得到时延相关的各时域抽头之时，还可对其进行插值。值得注意的是，这里所列举的只是两种常见的变换，本发明并不局限于IFFT、IDFT这两种变换，在实际应用中，可根据具体应用场景做灵活调整。
S302：从各时域抽头中确定出至少一个强度大于第一预设强度阈值的时域抽头，且时域抽头所在时延位置对应的预设距离范围内的其他传输路径的时域抽头的强度小于第二预设强度阈值。
应当理解的是，经过IFFT或IDFT得到时延相关的各时域抽头之后，若干个时域抽头可对应一个传输路径，即一个传输路径占据若干个时域抽头，请参见图4-6所示，在图4-6中若干个时域抽头均形成了多条传输路径，传输路径由非规则的倒U/V示出；其中，传输路径分为孤立传输路径和非孤立传输路径，例如在图4中，存在一条孤立传输路径，其他均为非孤立传输路径；在图5中，存在两条孤立传输路径，其他均为非孤立传输路径；在图6中，均为非孤立传输路径。还应当理解的是，孤立传输路径的确定方式为形成该孤立传输路径的各时域抽头中必然存在至少一个强度大于第一预设强度阈值的时域抽头，且其周围(即该时域抽头所在时延位置对应的预设距离范围内)不存在时域抽头的强度大于等于第二预设强度阈值形成的其他传输路径。值得注意的是，在实际应用中，第一预设强度阈值、预设距离范围以及第二预设强度阈值由开发人员根据实验或经验进行灵活设定。
S303：将确定出的时域抽头作为第一孤立峰值。
应当理解的是，当确定出的时域抽头为一个时，将该时域抽头作为第一孤立峰值，例如在图4中存在的一条孤立传输路径中确定出时域抽头401，将其作为第一孤立峰值。
应当理解的是，当确定出的时域抽头为多个(即至少两个)时，可以将多个时域抽头分别作为第一孤立峰值，或从多个时域抽头中选择任意一个时域抽头作为第一孤立峰值(通常选择强度最大的时域抽头作为第一孤立峰值)；例如在图5中存在的两条孤立传输路径中确定出时域抽头501、502，分别将其作为第一孤立峰值，或者从时域抽头501、502中选择任意一个作为第一孤立峰值(通常选择其中强度最大的时域抽头作为第一孤立峰值，如设时域抽头501的强度大于时域抽头502的强度，此时选取时域抽头502作为第一孤立峰值)。
可选地，在图4中除了选取孤立传输径对应的时域抽头中最强的时域抽头401作为第一孤立峰值，还可选取紧挨着时域抽头401的其它时域抽头如402、403作为第一孤立峰值，通常而言，进行插值后由于一条传输路经占据了多个时域抽头，因此可能会造成紧挨着最强时域抽头的其它时域抽头也比较强，但如果没有进行插值，紧挨着最强时域抽头的其它时域抽头有可能也比较强，当然也有可能很弱甚至为0，在实际应用中，紧挨着最强时域抽头的其它时域抽头具体有多强取决于最强时域抽头的真实位置，事实上，本发明实施例中只要选取的时域抽头强度大于第一预设强度阈值即可。应当理解的是，本发明实施例中通常选择孤立传输径中最强的时域抽头，当然也可以选择孤立传输径中的其它时域抽头，在实际应用中，时域抽头的选取可根据具体应用场景做灵活调整。
S202：保持各模拟子阵的接收波束指向不变，改变模拟子阵的原始等效相位中心以使得各模拟子阵的原始等效相位中心之间的差距在预设范围阈值内。
可选地，本发明实施例中改变模拟子阵的原始等效相位中心，包括：
在二维空间上改变模拟子阵的原始等效相位中心，二维空间包括方位维和俯仰维。
可选地，本发明实施例中在二维空间上改变模拟子阵的原始等效相位中心，包括：
分别在方位维和俯仰维上同时改变模拟子阵的原始等效相位中心；
或，在方位维上改变部分模拟子阵的原始等效相位中心，在俯仰维和/或方位维上改变另一部分模拟子阵的原始等效相位中心；
或，在俯仰维上改变部分模拟子阵的原始等效相位中心，在方位维和/或俯仰维上改变另一部分模拟子阵的原始等效相位中心。
应当理解的是，本发明实施例中的模拟子阵包括至少两个：
当模拟子阵为两个时，可在方位维和俯仰维上同时改变两个模拟子阵的原始等效相位中心，例如在方位维和俯仰维上同时改变模拟子阵1、2的原始等效相位中心；
也可保持其中一个模拟子阵的原始等效相位中心不变，在方位维和俯仰维上同时改变另一个模拟子阵的原始等效相位中心，例如保持模拟子阵1的原始等效相位中心不变，在方位维和俯仰维上同时改变模拟子阵2的原始等效相位中心；
也可在方位维上改变一个模拟子阵的原始等效相位中心，在俯仰维上改变另一模拟子阵的原始等效相位中心，例如在方位维上改变模拟子阵1的原始等效相位中心，在俯仰维上改变模拟子阵2的原始等效相位中心；
也可在俯仰维上改变一个模拟子阵的原始等效相位中心，在方位维上改变另一模拟子阵的原始等效相位中心，例如在俯仰维上改变模拟子阵1的原始等效相位中心，在方位维上改变模拟子阵2的原始等效相位中心。
当模拟子阵为三个及其以上时，可在方位维和俯仰维上同时改变三个及其以上模拟子阵的原始等效相位中心，例如在方位维和俯仰维上同时改变模拟子阵1～K(K大于等于3)的原始等效相位中心；
也可保持其中一个模拟子阵(这里为第一个模拟子阵)的原始等效相位中心不变，在方位维和俯仰维上同时改变另外模拟子阵(这里为除第一个模拟子阵之外的其他模拟子阵)的原始等效相位中心，例如保持模拟子阵1的原始等效相位中心不变，在方位维和俯仰维上同时改变模拟子阵2～K的原始等效相位中心；
也可保持其中一个模拟子阵(这里为第一个模拟子阵)的原始等效相位中心不变，在方位维上改变另外一个模拟子阵(这里为第二个模拟子阵)的原始等效相位中心，在俯仰维和/或方位维上改变另外模拟子阵(这里为除第一、二个模拟子阵之外的其他模拟子阵)的原始等效相位中心，例如保持模拟子阵1的原始等效相位中心不变，在方位维上改变模拟子阵2的原始等效相位中心，在俯仰维和/或方位维上改变模拟子阵3～K的原始等效相位中心；
也可保持其中一个模拟子阵(这里为第一个模拟子阵)的原始等效相位中心不变，在俯仰维上改变另外一个模拟子阵(这里为第二个模拟子阵)的原始等效相位中心，在方位维和/或俯仰维上改变另外模拟子阵(这里为除第一、二个模拟子阵之外的其他模拟子阵)的原始等效相位中心，例如保持模拟子阵1的原始等效相位中心不变，在俯仰维上改变模拟子阵2的原始等效相位中心，在方位维和/或俯仰维上改变模拟子阵3～K的原始等效相位中心。
值得注意的是，只要能实现在二维空间上改变模拟子阵的原始等效相位中心的方式均可，并不局限于改变的次数以及改变所在的模拟子阵。
可选地，以模拟子阵为两个为例，请参见图7a-7c所示，显示了改变两个模拟子阵的原始等效相位中心的情况，其中的实心圆点表示每个模拟子阵的等效相位中心；在图7a中为两个模拟子阵的原始等效相位中心，在图7b中为在方位维上改变两个模拟子阵的等效相位中心，在图7c中为在俯仰维上改变两个模拟子阵的等效相位中心。
可选地，本发明实施例中改变模拟子阵的原始等效相位中心以使得各模拟子阵的原始等效相位中心之间的差距在预设范围阈值内，包括：
改变各模拟子阵中的所有模拟子阵的原始等效相位中心以使得各模拟子阵的原始等效相位中心之间的差距在预设范围阈值内；例如上述的当模拟子阵为两个时，在方位维和俯仰维上同时改变两个模拟子阵的原始等效相位中心；
或，改变各模拟子阵中的部分模拟子阵的原始等效相位中心以使得各模拟子阵的原始等效相位中心之间的差距在预设范围阈值内；例如上述的当模拟子阵为两个时，保持其中一个模拟子阵的原始等效相位中心不变，在方位维和俯仰维上同时改变另一个模拟子阵的原始等效相位中心。
值得注意的是，在实际应用中，预设范围阈值由开发人员根据实验或经验进行灵活设定。
可选地，本发明实施例中改变模拟子阵的原始等效相位中心，包括：
在模拟子阵具有单独关闭能力时，直接关闭模拟子阵中的部分阵子，以使得模拟子阵的原始等效相位中心发生改变；
或，在模拟子阵不具有单独关闭能力时，对模拟子阵中的待关闭的部分阵子进行波束赋型后在观测区域形成零陷或低旁瓣，以使得模拟子阵的原始等效相位中心发生改变。
值得注意的是，在实际应用中，改变模拟子阵的原始等效相位中心可根据具体应用场景做灵活调整，本发明实施例中并不局限于上述所列举的两种改变模拟子阵的原始等效相位中心的方式。
S203：记录各模拟子阵改变后的等效相位中心以及接收到的第二接收数据，第二接收数据来自于和第一接收数据相同的孤立传输路径。
可选地，本发明实施例中记录各模拟子阵改变后的等效相位中心以及接收到的第二接收数据之后，还包括至少以下步骤，请参见图8所示：
S801：当第二接收数据为频域导频信号时，对频域导频信号进行IFFT或IDFT处理得到时延相关的各时域抽头。
S802：在各时域抽头中确定出和第一孤立峰值所在时延位置相同的时域抽头，将确定出的时域抽头作为第二孤立峰值。
应当理解的是，在第二接收数据经过IFFT或IDFT得到时延相关的各时域抽头之后，需选取和第一孤立峰值所在时延位置相同的时域抽头，也就是说改变原始等效相位中心前后所用的孤立峰值所对应的时延位置需相同，以确保第一孤立峰值和第二孤立峰值来自于相同的方向(DOA)；例如在图4中，当选取时域抽头401作为第一孤立峰值时，其中时域抽头401对应的时延位置为5，那么改变原始等效相位中心之后需选取时延位置5对应的时域抽头将其作为第二孤立峰值；当还选取了时域抽头402、403分别作为第一孤立峰值时，其中时域抽头402、403对应的时延位置分别为3、6，那么改变原始等效相位中心之后需选取时延位置3、6对应的时域抽头将其分别作为第二孤立峰值。
S204：根据各原始等效相位中心、各第一接收数据、各改变后的等效相位中心以及各第二接收数据计算孤立传输路径的DOA。
可选地，根据记录的各原始等效相位中心、各第一接收数据、各改变后的等效相位中心以及各第二接收数据计算孤立传输路径的DOA为根据记录的各原始等效相位中心、各第一峰值、各改变后的等效相位中心以及各第二峰值计算孤立传输路径的DOA。
应当理解的是，当针对于各个模拟子阵而言，在获取到两个及其以上的第一峰值和第二峰值时，需分别利用各原始等效相位中心、各第一峰值、各改变后的等效相位中心以及各第二峰值计算孤立传输路径的DOA；当然为了简便起见，也可仅获取到一个第一峰值和第二峰值，利用各原始等效相位中心、各第一峰值、各改变后的等效相位中心以及各第二峰值计算一次得到孤立传输路径的DOA即可。
本发明实施例中在计算出孤立传输路径的DOA后，将其作为粗略DOA，应当理解的是，这里所述的粗略DOA和现有相比也是非常高精度的DOA，只是为了与后续计算得到更为精确的DOA相区分才将其称之为粗略DOA，进一步地，根据粗略DOA计算通道相位误差，可得到粗略通道相位误差，进一步地，根据粗略DOA和粗略通道相位误差计算精确DOA和精确通道相位误差。
本发明实施例中通过多次改变模拟子阵的相位中心，消去了相位误差的影响，可以有效估计出DOA，实现了高精度DOA估计；解决了相关技术中估计的DOA误差大，无法实现波束对准的问题；同时利用估计出的DOA校准数字通道的相位误差，实现了高精度的数字通道相位误差校准。
实施例二：
本发明实施例在实施例一的基础上进行示例说明。
设系统的空间角度示意图如图9所示，目标来波方向为
Figure BDA0002241666050000101
对应的方位角为φ，天顶角为θ，λ为载波波长，j为虚数
Figure BDA0002241666050000102
假设第n个模拟子阵的原始等效相位中心为(xn,yn,zn)，如果以坐标原点为参考点，那么远场条件下该原始等效相位中心相对参考点的相位偏移可以表示为：
Figure BDA0002241666050000111
如果第n个通道的相位误差为εn，那么没有噪声时该通道的接收数据可以表示为：
rn(k)＝exp(jεn)·wn(θ,φ)·s(k) (2)
其中rn(k)为第n个通道的接收数据，s(k)为接收到的频域导频数据，k为频率索引。
步骤一：当基站或者用户端接收到另一端有效强度的信号时，对接收到的频域导频信号(即第一接收数据)进行IFFT处理得到时延相关的各时域抽头，当从各时域抽头中确定出一个强度大于第一预设强度阈值的时域抽头，且时域抽头所在时延位置对应的预设距离范围内的其他传输路径的时域抽头的强度小于第二预设强度阈值时，此时认为该时域抽头对应一条孤立传输路径，将该时域抽头作为第一孤立峰值，记录下该峰值rn(k)和此时的原始等效相位中心(xn,yn,zn)。可以令任一通道为参考通道，参考通道的相位误差设为0，那么可以得出：
Figure BDA0002241666050000112
步骤二：保持接收波束指向不变，改变模拟子阵的原始等效相位中心，使得原始等效相位中心发生变化(原始等效相位中心需要等效在二维空间均发生变化)，对接收到的频域导频信号(即第二接收数据)进行IFFT处理得到时延相关的各时域抽头，在上述所选的第一孤立峰值所在的时延位置处找出并记录下新峰值r′n(k)和此时的等效相位中心(x′n,y′n,z′n)(即改变后的等效相位中心)。
步骤三：当模拟子阵只有两个时，且上一次是仅在一个空间维度上改变原始等效相位中心时，此时需要再次改变模拟子阵的原始等效相位中心，此次的原始等效相位中心需要在另外一个空间维度发生变化；对接收到的频域导频信号进行IFFT处理得到时延相关的各时域抽头，在上述所选的第一孤立峰值所在的时延位置处找出并记录下r″n(k)和此时的等效相位中心(x″n,y″n,z″n)(即改变后的等效相位中心)。
同理可以得出：
Figure BDA0002241666050000121
消除相位误差的影响，可以得出：
Figure BDA0002241666050000122
Figure BDA0002241666050000123
为了降低运算量，参考通道的相位中心改变量设为0，即参考通道相位中心没有发生变化，此时wref(θ,φ)＝w′ref(θ,φ)＝w″ref(θ,φ)，则上述两式可以简化为：
Figure BDA0002241666050000124
Figure BDA0002241666050000125
可以看出，上述式子的右端是关于DOA的方程，因此可以估计出该孤立传输路径对应的DOA。由于式(7)和式(8)等式右端的等效相位中心间距仅仅是同一个模拟子阵前后改变的量，该值往往较小，即有效孔径长度很小，从而导致DOA估计精度的降低，因此这里称之为粗略DOA估计。利用估计的粗略DOA估计出粗略的通道相位误差。可以令任一通道为参考通道，参考通道的相位误差设为0，那么可以得出：
Figure BDA0002241666050000126
显然等式左边可以通过测量的孤立传输路径的峰值数据获取，等式右边第二项可以利用记录的模拟子阵改变前后的相位中心和估计的粗略DOA计算获取，那么等式右边第一项相位误差就可以很容易计算出来。由于上述采用粗略DOA，因此这里估计的相位误差也称之为粗略相位误差。
利用粗略的DOA和粗略的相位误差估计出更为精确的DOA和相位误差。假设所估计的粗略DOA为
Figure BDA0002241666050000131
所估计的粗略的相位误差为
Figure BDA0002241666050000132
令：
Figure BDA0002241666050000133
Figure BDA0002241666050000134
那么可以得出：
Figure BDA0002241666050000135
由于粗略的DOA和角度误差距离真实的偏差不大，上式等式右端的相位可以有效控制在-180度到+180度范围内，因此可以得出：
Figure BDA0002241666050000136
其中arg表示取相位。这样上式就转换成了一个关于εn,sinθcosφ,sinθsinφ,cosθ的多元一次方程。如果一共有N个模拟子阵，当N>2时，那么精度更高的通道误差和DOA可以通过下式求出：
Figure BDA0002241666050000141
其中“+”表示矩阵的Moore-Penrose逆，“′”表示步骤二的测量结果，“″”表示步骤三的测量结果。
应当理解的是，也可以在LCS(local coordinate system)中求解，此时x＝0，式(14)等式左边不含有sinθcosφ，右边不含有x。当N＝2时，存在三个方程(13)，如果写成式(14)的形式存在四个未知数，这时就不能将sinθcosφ,sinθsinφ,cosθ看成三个独立的未知数了。为了解决这个问题，可以在LCS中直接求解，在LCS中x＝0，后面将通过实例进行说明。
实施例三：
本发明实施例在实施例一至二的基础上以模拟子阵为两个进行示例说明。
步骤一：接收端两个模拟子阵的波束指向相同，对接收到的频域导频信号分别进行IFFT处理得到时延相关的第一孤立峰值，记录两个模拟子阵的第一孤立峰值和原始等效相位中心。
应当理解的是，对接收到的频域导频信号分别进行IFFT处理得到时延相关的第一孤立峰值为对接收到的频域导频信号分别进行IFFT处理得到时延相关的各时域抽头，从各时域抽头中确定出至少一个强度大于第一预设强度阈值的时域抽头，且时域抽头所在时延位置对应的预设距离范围内的其他传输路径的时域抽头的强度小于第二预设强度阈值，将确定出的时域抽头作为第一孤立峰值。
步骤二：保持两个模拟子阵波束指向不变，在其中一个维度改变模拟子阵的原始等效相位中心(为简单起见，也可以保持其中一个模拟子阵的相位中心不变，只改变另外一个模拟子阵的相位中心)，对接收到的频域导频信号进行IFFT处理得到时延相关的第二孤立峰值，对其进行插值，记录两个模拟子阵的第二孤立峰值和改变后的等效相位中心。
应当理解的是，对接收到的频域导频信号进行IFFT处理得到时延相关的各时域抽头，进一步地，在各时域抽头中确定出和第一孤立峰值所在时延位置相同的时域抽头，将确定出的时域抽头作为第二孤立峰值。其中该步骤测量和步骤一在不同的符号或者时隙进行。
步骤三：保持两个模拟子阵的波束指向不变，在另外一个维度改变模拟子阵的相位中心(为简单起见，也可以保持其中一个模拟子阵的相位中心不变，只改变另外一个模拟子阵的相位中心)，对接收到的频域导频信号进行IFFT处理得到时延相关的第二孤立峰值，对其进行插值，记录两个模拟子阵的第二孤立峰值和改变后的等效相位中心。
应当理解的是，对接收到的频域导频信号进行IFFT处理得到时延相关的各时域抽头，进一步地，在各时域抽头中确定出和第一孤立峰值所在时延位置相同的时域抽头，将确定出的时域抽头作为第二孤立峰值。其中该步骤测量和步骤一、步骤二在不同的符号或者时隙进行。
步骤二和步骤三中改变模拟子阵的相位中心需要在两个空间维度上均发生变化，当然这两个维度不一定必须分别是方位维或者俯仰维。
步骤四：利用上述三组测量数据和三组等效相位中心来估计所选择孤立传输路径的DOA。
以第一个通道为参考通道，在LCS中，在图7a-7c所示的例子中，设步骤二只引起y轴(即方位维)的变化，而步骤3只引起z轴(即俯仰维)的变化，那么式(5)和式(6)可以表示为：
Figure BDA0002241666050000161
Figure BDA0002241666050000162
可以通过式(16)可以很容易得出粗略的θ，然后将得出的θ带入式(15)从而估计出粗略的φ。
步骤五：利用估计的粗略DOA估计出粗略的通道相位误差。那么可以得出：
Figure BDA0002241666050000163
显然通过上式可以很容易的由估计的粗略DOA获取粗略的相位误差ε2。需要说明的是式(17)中的测量数据既可以是步骤一中的，也可以是步骤二或者步骤三中的。
步骤六：利用粗略的DOA和粗略的相位误差估计出更为精确的DOA和相位误差。
在LCS中，x＝0，针对这个例子由式(13)可得：
Figure BDA0002241666050000164
又由于该实例中步骤二只引起了y轴的变化，步骤三中只引起了z轴的变化，因此可以得出：
Figure BDA0002241666050000165
Figure BDA0002241666050000166
则精度更高的通道误差和DOA可以通过下式求出：
Figure BDA0002241666050000171
采用上述方法在CDL-D模型下进行相位误差估计，假设有两个相同的模拟子阵，每个模拟子阵由8×8的均匀面阵组成，水平方向和垂直方向的阵元间距均为半波长。每个模拟子阵形成的波束指向和估计的DOA如表1所示，其中θ表示天顶角，
Figure BDA0002241666050000173
表示方位角，从中可以看出，本发明实施例能够有效估计DOA和相位误差。
表1
Figure BDA0002241666050000172
Figure BDA0002241666050000181
实施例四：
本发明实施例在实施例一至三的基础上以模拟子阵为三个及其以上进行示例说明。
步骤一：接收端多个模拟子阵(至少三个)的波束指向相同，对接收到的频域导频信号进行IFFT处理得到时延相关的第一孤立峰值，对其进行插值，记录多个模拟子阵的第一孤立峰值和原始等效相位中心。
步骤二：保持多个模拟子阵波束指向不变，改变模拟子阵的原始等效相位中心(为简单起见，也可以保持其中一个模拟子阵的相位中心不变，只改变其余模拟子阵的原始等效相位中心，其中模拟子阵相位中心的改变方法可和实施例三相同，要求模拟子阵的原始等效相位中心的改变能够在俯仰维和方位维均引起变化)，对接收到的频域导频信号进行IFFT处理得到时延相关的第二孤立峰值，对其进行插值，记录多个模拟子阵的第二孤立峰值和改变后的等效相位中心。其中，该步骤测量和步骤一在不同的符号或者时隙进行。
步骤三：利用上述两组测量数据和两组等效相位中心来估计所选择孤立传输路径的粗略DOA。
粗略DOA可以采用下面的方法估计。由于只进行了一次测量，因此仅能得到式(7)，而得不到式(8)，而式(7)除了参考通道，当不少于三个通道时，能得到不少于两个式(7)，式(7)是关于两个角度的函数，可以通过谱峰搜索求解出粗略的二维DOA，或者将其转换到LCS中求解DOA，在LCS中可以避免谱峰搜索。
步骤四：利用估计的粗略DOA估计出粗略的通道相位误差。
应当理解的是，估计粗略相位误差所用的数据来自步骤一或者步骤二。
步骤五：利用粗略的DOA和粗略的相位误差估计出更为精确的DOA和相位误差。
应当理解的是，当通道数大于等于三个时，式(14)中不含有“″”项。当在LCS中时，式(14)中还不含有sinθcosφ和x。
实施例五：
为了解决相关技术中估计的DOA误差大，无法实现波束对准的问题，本发明实施例中提供了一种装置，请参见图10所示，本实施例提供的装置包括处理器1001、存储器1002及通信总线1003。
其中，本实施例中的通信总线1003用于实现处理器1001与存储器1002之间的连接通信，处理器1001用于执行存储器1002中存储的一个或者多个程序，以实现以下步骤：
记录各模拟子阵的原始等效相位中心以及接收到的第一接收数据，第一接收数据来自于孤立传输路径；
保持各模拟子阵的接收波束指向不变，改变模拟子阵的原始等效相位中心以使得各模拟子阵的原始等效相位中心之间的差距在预设范围阈值内；
记录各模拟子阵改变后的等效相位中心以及接收到的第二接收数据，第二接收数据来自于和第一接收数据相同的孤立传输路径；
根据各原始等效相位中心、各第一接收数据、各改变后的等效相位中心以及各第二接收数据计算孤立传输路径的DOA；
和/或，
处理器1001用于执行存储器1002中存储的一个或者多个程序，以实现以下步骤：
获取如上的孤立传输路径的DOA，将DOA作为粗略DOA；
根据粗略DOA计算通道相位误差，得到粗略通道相位误差；
根据粗略DOA和粗略通道相位误差计算精确DOA和精确通道相位误差。
需要说明的是，实现上述步骤可为同一装置也可为不同装置，当“和”时由同一装置的处理器执行，当“或”时由不同装置的处理器分别执行，在实际应用中，可根据具体应用场景做灵活调整。
值得注意的是，为了不累赘说明，在本实施例中并未完全阐述实施例一至四中的所有示例，应当明确的是，实施例一至四中的所有示例均适用于本实施例。
本发明实施例还提供一种存储介质(即计算机可读存储介质)，计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如实施例一至四中的波达角DOA估计方法和/或数字通道相位误差校准方法的步骤。
该计算机可读存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、计算机程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性或非易失性、可移除或不可移除的介质。计算机可读存储介质包括但不限于RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)，ROM(Read-Only Memory，只读存储器)，EEPROM(Electrically ErasableProgrammable read only memory，带电可擦可编程只读存储器)、闪存或其他存储器技术、CD-ROM(Compact Disc Read-Only Memory，光盘只读存储器)，数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。
显然，本领域的技术人员应该明白，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件(可以用计算装置可执行的程序代码来实现)、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，
一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。
此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。所以，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明实施例所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种波达角DOA估计方法，其特征在于，包括：
记录各模拟子阵的原始等效相位中心以及接收到的第一接收数据，所述第一接收数据来自于孤立传输路径；
保持各所述模拟子阵的接收波束指向不变，改变所述模拟子阵的原始等效相位中心以使得各所述模拟子阵的原始等效相位中心之间的差距在预设范围阈值内；
记录各所述模拟子阵改变后的等效相位中心以及接收到的第二接收数据，所述第二接收数据来自于和所述第一接收数据相同的孤立传输路径；
根据各所述原始等效相位中心、各所述第一接收数据、各所述改变后的等效相位中心以及各所述第二接收数据计算所述孤立传输路径的DOA。
2.如权利要求1所述的波达角DOA估计方法，其特征在于，所述记录各模拟子阵的原始等效相位中心以及接收到的第一接收数据之后，还包括：
当所述第一接收数据为频域导频信号时，对所述频域导频信号进行快速傅里叶逆变换IFFT或离散傅里叶逆变换IDFT得到时延相关的各时域抽头；
从所述各时域抽头中确定出至少一个强度大于第一预设强度阈值的时域抽头，且所述时域抽头所在时延位置对应的预设距离范围内的其他传输路径的时域抽头的强度小于第二预设强度阈值；
将确定出的所述时域抽头作为第一孤立峰值。
3.如权利要求2所述的波达角DOA估计方法，其特征在于，所述记录各所述模拟子阵改变后的等效相位中心以及接收到的第二接收数据之后，还包括：
当所述第二接收数据为频域导频信号时，对所述频域导频信号进行IFFT或IDFT处理得到时延相关的各时域抽头；
在所述各时域抽头中确定出和所述第一孤立峰值所在时延位置相同的时域抽头，将确定出的所述时域抽头作为第二孤立峰值。
4.如权利要求1-3任一项所述的波达角DOA估计方法，其特征在于，所述改变所述模拟子阵的原始等效相位中心，包括：
在二维空间上改变所述模拟子阵的原始等效相位中心，所述二维空间包括方位维和俯仰维。
5.如权利要求4所述的波达角DOA估计方法，其特征在于，所述在二维空间上改变所述模拟子阵的原始等效相位中心，包括：
分别在方位维和俯仰维上同时改变所述模拟子阵的原始等效相位中心；
或，在方位维上改变部分所述模拟子阵的原始等效相位中心，在俯仰维和/或方位维上改变另一部分所述模拟子阵的原始等效相位中心；
或，在俯仰维上改变部分所述模拟子阵的原始等效相位中心，在方位维和/或俯仰维上改变另一部分所述模拟子阵的原始等效相位中心。
6.如权利要求1-3任一项所述的波达角DOA估计方法，其特征在于，所述改变所述模拟子阵的原始等效相位中心以使得各所述模拟子阵的原始等效相位中心之间的差距在预设范围阈值内，包括：
改变各所述模拟子阵中的所有模拟子阵的原始等效相位中心以使得各所述模拟子阵的原始等效相位中心之间的差距在预设范围阈值内；
或，改变各所述模拟子阵中的部分模拟子阵的原始等效相位中心以使得各所述模拟子阵的原始等效相位中心之间的差距在预设范围阈值内。
7.如权利要求1-3任一项所述的波达角DOA估计方法，其特征在于，所述改变所述模拟子阵的原始等效相位中心，包括：
在所述模拟子阵具有单独关闭能力时，直接关闭所述模拟子阵中的部分阵子，以使得所述模拟子阵的原始等效相位中心发生改变；
或，
在所述模拟子阵不具有单独关闭能力时，对所述模拟子阵中的待关闭的部分阵子进行波束赋型后在观测区域形成零陷或低旁瓣，以使得所述模拟子阵的原始等效相位中心发生改变。
8.一种数字通道相位误差校准方法，所述数字通道相位误差校准方法包括：
获取如权利要求1-7任一项所述的孤立传输路径的DOA，将所述DOA作为粗略DOA；
根据所述粗略DOA计算通道相位误差，得到粗略通道相位误差；
根据所述粗略DOA和所述粗略通道相位误差计算精确DOA和精确通道相位误差。
9.一种装置，其特征在于，所述装置包括处理器、存储器及通信总线；
所述通信总线用于实现所述处理器和所述存储器之间的连接通信；
所述处理器用于执行所述存储器中存储的一个或者多个计算机程序，以实现如权利要求1-7中任一项所述的波达角DOA估计方法的步骤，和/或，以实现如权利要求8中所述的数字通道相位误差校准方法的步骤。
10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有一个或者多个计算机程序，所述一个或者多个计算机程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如权利要求1-7中任一项所述的波达角DOA估计方法的步骤，和/或，以实现如权利要求8中所述的数字通道相位误差校准方法的步骤。
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