一种基于混合一比特量化的波达方向估计方法和装置

本发明属于传感，尤其涉及一种基于混合一比特量化的波达方向估计方法和装置。

背景技术：

1、波达方向估计在无线通信、雷达和声纳系统等多个应用中具有关键作用。准确的信号定位对于这些技术的有效性至关重要。波达方向估计有助于实施先进的波束成形技术，这些技术通过将传输或接收方向指向目标信号源，从而最小化干扰，提升信号质量，特别是在多用户和多天线系统中。这些能力可以显著改善系统性能和容量。

2、现有技术中最接近的量化方法是完全一比特量化和低分辨率量化。完全一比特量化方法仅保留信号的符号部分，能够显著减少功耗和硬件成本。虽然这种方法具有降低硬件需求的优点，但由于只保留信号的符号信息，导致大量信号信息丢失，使得完全一比特量化在复杂信号处理任务中的应用受到限制。由于信息丢失，完全一比特量化在doa估计中的精度可能不如高精度量化方法，影响了估计结果的准确性。然而，低分辨率量化比完全一比特量化能保留更多的信息，但仍然面临数据存储需求大和计算复杂性高的问题。

技术实现思路

1、本申请实施例提供一种基于混合一比特量化的波达方向估计方法，包括：

2、获取传感器的信号，并对所述信号进行量化处理；

3、利用协方差矩阵对量化处理后的信号进行计算，并利用差分共阵列将计算后的信号进行处理得到虚拟信号向量；

4、利用music算法对所述虚拟信号向量进行处理，得到波达方向的估计结果。

5、进一步地，所述信号进行量化处理，包括：

6、对所述信号划分为完全量化信号和一比特量化信号；

7、分别对所述完全量化信号进行全精度量化处理，对所述一比特信号进行一比特量化处理，并将符号信息保存为一比特量化后的信号。

8、进一步地，所述利用协方差矩阵对量化处理后的信号进行计算，包括：

9、利用标准的协方差公式对完全量化后信号进行计算；

10、利用一比特量化协方差公式对一比特量化的信号进行计算。

11、进一步地，所述利用差分共阵列将计算后的信号进行处理得到虚拟信号向量，包括：

12、利用差分共阵列对协方差矩阵进行处理，生成虚拟均匀阵列的信号协方差矩阵。

13、本发明提供一种基于混合一比特量化的波达方向估计装置，包括：

14、获取模块，用于获取传感器的信号，并对所述信号进行量化处理；

15、处理模块，用于利用协方差矩阵对量化处理后的信号进行计算，并利用差分共阵列将计算后的信号进行处理得到虚拟信号向量；

16、执行模块，用于利用music算法对所述虚拟信号向量进行处理，得到波达方向的估计结果。

17、进一步地，所述获取模块包括：

18、第一处理子模块，用于对所述信号划分为完全量化信号和一比特量化信号；

19、第二处理子模块，用于对所述完全量化信号进行全精度量化处理，对所述一比特信号进行一比特量化处理，并将符号信息保存为一比特量化后的信号。

20、进一步地，所述处理模块包括：

21、第一执行子模块，用于利用标准的协方差公式对完全量化后信号进行计算；

22、第二执行子模块，用于利用一比特量化协方差公式对一比特量化的信号进行计算。

23、进一步地，所述处理模块还包括：

24、第三处理子模块，用于利用差分共阵列对协方差矩阵进行处理，生成虚拟均匀阵列的信号协方差矩阵。

25、本发明提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如上所述的基于混合一比特量化的波达方向估计方法的步骤。

26、本发明提供一种存储有计算机可读指令的存储介质，所述计算机可读指令被一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器执行如上所述基于混合一比特量化的波达方向估计方法的步骤。

27、本发明的混合一比特量化（mixed one-bit quantization）方法，通过结合完全一比特量化和全精度量化，能够有效保留更多的信号信息。通过这种混合量化策略，提高doa估计精度的同时，避免了信息丢失的问题，从而提升了整体估计的准确性和可靠性。混合一比特量化方法在有效降低功耗和硬件成本的同时，结合全精度量化的优点，提供了一个平衡点。这种方法通过减少所需硬件的复杂性，降低了制造和维护成本，同时保持了足够的信号信息以提高估计精度，从而在成本和性能之间达到了更好的平衡。

技术特征：

1.一种基于混合一比特量化的波达方向估计方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信号进行量化处理，包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用协方差矩阵对量化处理后的信号进行计算，包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用差分共阵列将计算后的信号进行处理得到虚拟信号向量，包括：

5.一种基于混合一比特量化的波达方向估计装置，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述获取模块包括：

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述处理模块包括：

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述处理模块还包括：

9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如上权利要求1至4任一项所述的基于混合一比特量化的波达方向估计方法的步骤。

10.一种存储有计算机可读指令的存储介质，所述计算机可读指令被一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器执行如上权利要求1至4任一项所述基于混合一比特量化的波达方向估计方法的步骤。

技术总结
本申请提供了一种基于混合一比特量化的波达方向估计（DoA）方法，包括：获取传感器的信号，并对所述信号进行量化处理；利用协方差矩阵对量化处理后的信号进行计算，并利用差分共阵列将计算后的信号进行处理得到虚拟信号向量；利用MUSIC算法对所述虚拟信号向量进行处理，得到波达方向的估计结果。通过结合完全一比特量化和全精度量化，能够有效保留更多的信号信息，通过混合量化策略，提高DoA估计精度的同时，避免了信息丢失的问题，从而提升了整体估计的准确性和可靠性。该方法通过减少所需硬件的复杂性，降低了制造和维护成本，同时保持了足够的信号信息以提高估计精度，从而在成本和性能之间达到了更好的平衡。

技术研发人员：黄建军,黄浩,康莉,丁建滨
受保护的技术使用者：深圳大学
技术研发日：
技术公布日：2025/1/2