本申请涉及卫星通信，尤其涉及一种基于相控阵的低轨卫星doa估计方法和装置。
背景技术：
1、卫星通信(satcom)网络已成为实现无处不在的海洋通信的主要解决方案。与传统的地球静止轨道(geo)satcom系统相比，最新一代低地球轨道(leo)satcom系统具有更高的吞吐量、更低的延迟和更低的成本等优越属性。具有可重构多波束的相控阵终端在leosatcom中具有潜在的优势。
2、为了研制多波束相控阵终端，接收器采用了紧凑的可变增益相移和主动组合方案。然而，幅度加权与相位加权的耦合会损害低增益状态下的精度，并增加片上波束表存储的复杂度。同时由于制造误差、生产不精确、天线间非均匀互耦等因素，导致各通道间幅度和相位不一致，形成波束偏离预期值。为了解决这个问题，目前，已经提出了并广泛采用了用于估计所有阵元均激活时的初始幅相误差的方法，包括单元件方法和多单元件方法。但是，这些算法的准确性和实际适用性仍然不足。并且当相控阵应用在海上通信场景时，由于舰船和卫星的运动增加了目标捕获的复杂性，限制了快速移动的低轨卫星的定位精度，舰船和低轨卫星的耦合运动影响无线链路质量。
3、近年来，研究旨在将到达方向(doa)估计方法与跟踪算法相结合，以提高效率和精度。然而，这些方法在保持实时性方面遇到了挑战，特别是在平面相控阵下。提出的稀疏贝叶斯学习(sbl)与状态更新滤波器的组合来降低计算复杂度并实现离网doa估计，但仅关注一维doa估计场景。对于全连接结构的多波束模拟相控阵，需要实时的二维doa估计算法。同时，每个阵元接收到的信号经过求和后被输出，无法单独获取。因此，我们只能用与输出波束数量相当的复合信号进行doa估计。这一限制使得传统的doa估计算法在海上通信场景中无法使用。因此，亟需一种方法，基于多波束相控阵实现海上通信场景中低轨卫星的doa估计。
技术实现思路
1、有鉴于此，本申请提供一种基于相控阵的低轨卫星doa估计方法和装置，用以基于多波束相控阵实现海上通信场景中低轨卫星的doa估计。
2、具体地，本申请是通过如下技术方案实现的：
3、本申请第一方面提供一种基于相控阵的低轨卫星doa估计方法，所述方法包括：
4、基于多通道相位加权对校准后的全连接多波束相控阵进行调整，重构导向矩阵；所述导向矩阵表征所述相控阵的天线单元在多个方向上的响应；
5、其中，基于多通道相位加权改变所述相控阵的天线单元的每个通道对应的相位权重，基于所述相位权重重构所述天线单元中接收信号的导向向量；基于所述导向向量确定导向矩阵；
6、基于所述导向矩阵构建接收信号模型，对所述接收信号模型进行特征分解，基于分解结果确定doa估计结果；
7、基于所述doa估计结果确定低轨卫星的运动轨迹，基于目标跟踪算法更新所述doa估计结果。
8、本申请第二方面提供一种基于相控阵的低轨卫星doa估计装置，所述装置包括：调整模块、确定模块和更新模块；其中，
9、所述调整模块，用于基于多通道相位加权对校准后的全连接多波束相控阵进行调整，重构导向矩阵；所述导向矩阵表征所述相控阵的天线单元在多个方向上的响应；
10、其中，基于多通道相位加权改变所述相控阵的天线单元的每个通道对应的相位权重，基于所述相位权重重构所述天线单元中接收信号的导向向量；基于所述导向向量确定导向矩阵；
11、所述确定模块，用于基于所述导向矩阵构建接收信号模型，对所述接收信号模型进行特征分解，基于分解结果确定doa估计结果；
12、所述更新模块，用于基于所述doa估计结果确定低轨卫星的运动轨迹，基于目标跟踪算法更新所述doa估计结果。
13、本申请提供的基于相控阵的低轨卫星doa估计方法和装置，基于多通道相位加权对校准后的相控阵进行调整，得到导向矩阵。第一方面，通过调整相控阵的相位权重，可以改变相控阵的整体波束特性，产生与波束数量相对应的不同的合成波束输出，可以在无法获得每个天线单元单独接收到的信号的情况下，实现doa估计。第二方面，由于多通道相位加权基于hadamard矩阵设计相位加权矩阵，重构每个天线单元的阵列因子，显著降低每个输出波束之间的相关性，在有限数量的输出波束下更容易获取目标方向信息，进而获得更精确的doa估计结果，提高doa估计成功率。第三方面，由于得到的导向矩阵是基于两个方向角度（俯仰角和方位角）来描述天线单元的响应特性，在后续基于导向矩阵构建接收信号模型和对接收信号模型进行特征分解以确定doa估计结果时，分解结果也包含这两个方向角度的估计，即包含了两个维度的角度信息，相较于传统的doa估计算法，本申请实现了二维doa估计。
1.一种基于相控阵的低轨卫星doa估计方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于多通道相位加权对校准后的全连接多波束相控阵进行调整，重构导向矩阵，包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述相控阵的相关参数，确定所述天线单元的相位权重，包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述doa估计结果确定低轨卫星的运动轨迹，基于目标跟踪算法更新所述doa估计结果，包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述目标跟踪算法为无迹卡尔曼滤波器时，所述在跟踪过程中基于目标跟踪算法采集所述低轨卫星的状态参数，基于所述状态参数更新所述doa估计结果，包括：
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述校准后的全连接多波束相控阵的建立过程，包括：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述多波束集成电路用于处理多个波段的信号，将多个波束分配到不同的区域，基于确定出的每个波束的方向，通过调整相位和增益控制每个波束的接收或发射。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述接收信号模型进行特征分解，基于分解结果确定doa估计结果，包括：
9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其特征在于，所述基于多通道相位加权对校准后的相控阵进行调整之前，包括：
10.一种基于相控阵的低轨卫星doa估计装置，其特征在于，所述装置包括：调整模块、确定模块和更新模块；其中，
