[发明专利]涡旋电磁波的到达角估计方法

摘要

本发明公开了一种涡旋电磁波到达角估计方法，主要解决现有技术无法直接估计多载波‑多模态OAM通信系统发送端到达角的问题。其实现方案是：利用两个具有相同参数的均匀圆形天线阵构成通信系统的收发端，发送端利用多个载波及多个模态发送已知的信息信号；在收发端分别建立直角坐标系，确定收发端坐标系间的角度关系，得到接收信号在发送端坐标系下的信号形式并构成接收信号矩阵；基于2‑D ESPRIT算法及二分法利用接收信号矩阵估计发送端的方位角及俯仰角，即得到发送端所发送涡旋电磁波的到达角。本发明能精确估计出多载波‑多模态OAM通信系统发送端的到达角，可用于涡旋电磁波无线通信。

主权项

1.一种涡旋电磁波的到达角估计方法，其特征在于，包括如下：(1)利用两个具有相同参数的均匀圆阵构成轨道角动量通信系统的发送端与接收端，将发送端在远场空间中任意一点所产生的电场强度表示为发送端在训练阶段发送已知的信息信号；(2)在发送端与接收端分别建立坐标系，将接收端圆心在发送端坐标中的坐标表示为(r，α，π‑θ)，其中r为发送端圆心与接收端圆心间的距离，α为发送端坐标系与接收端坐标系X轴间的夹角，θ为发送端的俯仰角，将接收端接收到的信号在发送端坐标系中表示为其中k_p为波数，l_q为所用模态；(3)利用构成接收信号矩阵(4)提取接收信号矩阵中各元素的辐角，构成辐角矩阵X，将辐角矩阵X的各列向量依次排列成向量X₁，将辐角矩阵X的各行向量依次排列成向量X₂，基于2‑D ESPRIT算法利用这两个向量X₁及X₂信号子空间的旋转不变性，分别估计发送端圆心与接收端圆心间的距离r及发送端坐标系与接收端坐标系X轴间的夹角α；(5)提取接收信号的幅值其中，是与发送端的方位角及俯仰角θ估算过程无关的常数项，k_p＝2πf_p/c为波数，f_p为所用频率，c为真空中的光速，a为收发端圆阵半径；(6)将式<1>右边的各项移至式<1>的左边，将这一函数表示为利用二分法在发送端主瓣波束的俯仰角范围内估计的零点，估计得到发送端的俯仰角θ；(7)利用发送端坐标系与接收端坐标系X轴间夹角α的估计值和发送端俯仰角θ的估计值，估计得到发送端的方位角