本发明涉及可重构智能表面和阵列信号doa估计，尤其是涉及一种基于非均匀矩形ris辅助的二维到达角估计方法。
背景技术：
1、到达角估计在无线通信、雷达、车辆定位等领域得到了广泛的应用。目前，最具代表性的多重信号分类(music)、旋转不变子空间信号参数(esprit)以及压缩感知算法大多建立在视距传输场景和均匀阵列结构。在多维到达角估计场景下，因计算代价高昂和阵列孔径受限而难以提供高效可行的解决方案。特别地，随着毫米波和太赫兹信号在未来b5g/6g新一代无线通信系统中的应用，视距传输堵塞的情况将越来越普遍，视距传输堵塞情况下上述传统算法因模型适配问题将不再适用。视距传输堵塞场景下稳健高效的多维到达角估计方法具有重要的研究意义和客观实际的迫切需求。
2、近年来，作为未来无线通信的节能、经济硬件结构，可重构智能表面(reconfigurable intelligent surface，简称ris)一经提出就受到广泛的关注。ris通常由大量的低成本的无源反射器件组成，通过配置ris的反射系数，可以在视距传输受限区域创建虚拟视距链路，从而实现定位的准确性。基于ris的诸多优点，利用ris辅助来增强到达角估计的策略已成为国际学术界和工业界的研究热点和具有重要潜在应用价值的解决方案。现有的基于ris辅助的到达角估计方案主要基于均匀ris结构并利用原子范数和半定规划(sdp)求解技术实现，其大多针对接收天线阵列和一维到达角估计场景设计，且其复杂度高、ris孔径有限，无法为二维高效到达角估计场景提供切实可行的解决方案。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题是提供一种区别于传统依赖视距链路以及接收天线阵列的二维到达角估计新方法，其计算复杂度低，硬件成本低，普适应用性强。
2、本发明所采用的技术方案是，一种基于非均匀矩形ris辅助的二维到达角估计方法，该方法包括如下步骤：
3、s1：构建信号模型：建立目标到ris端以及ris端到单接收天线间的虚拟视距链路，设l个目标发射的远场窄带、统计独立信号由不同的二维角度{(θ1,φ1),(θ2,φ2),…,(θl,φl)}入射到非均匀ris端，信号经过所述非均匀ris端反射后由单接收天线端接收；其中，所述的非均匀ris端为由n＝m×m个ris单元组成的非均匀ris阵列；所述的ris阵列垂直方向上的每一列为满足阵元间距为d＝λ/2的均匀线阵，ris阵列水平方向上的每一行为嵌套阵列，所述嵌套阵列包含两个子阵，其中一个子阵为满足阵元间距d＝λ/2的均匀线阵，另一个子阵为满足阵元间距d1＝(m/2+1)d的均匀线阵，λ表示为载波波长；
4、s2：在非均匀ris端，分别通过开关和移相器控制ris单元的工作状态和反射权重系数，所述的ris单元的工作状态表示为{1,0}，其中，1代表ris单元处于激活状态，0则表示其处于未激活状态，反射权重系数表示为{-π/4,0,π/4}；
5、s3：在单接收天线端，根据所述ris单元的工作状态和反射权重系数，利用基于功率计算的子矩阵乘法策略实现空间样本协方差矩阵重构；
6、s4：利用所述重构的样本协方差矩阵，通过多项式求根技术获得二维到达角的估计值。
7、作为优选，在步骤s1中，所述的单接收天线端在采样时刻t的输出信号表示为：
8、y(t)＝φhhs(t)+w(t)
9、其中，φ＝βeω表示ris控制向量，表示ris相位转移向量，表示ris反射权重系数，β＝[β1,l,βg,l,βn]t表示ris单元工作状态，βg∈{0,1},g＝1,...,n；s(t)＝[s1(t),s2(t),l,sl(t)]t代表l个目标发射的信源信号向量，y(t)和w(t)分别表示单接收天线在时刻t的输出信号和加性高斯白噪声；上标符号h代表共轭转置运算，符号e表示hadamard积；h表示目标到ris间的信道矩阵，
10、
11、其中，
12、
13、其中，上标符号t代表转置运算，符号代表n×l维的复数矩阵，表示kronecker积。
14、作为优选，在步骤s3中，所述的根据ris工作状态和反射权重系数，利用基于功率计算的子矩阵乘法策略实现空间样本协方差矩阵重构的具体过程包括下列步骤：
15、s3.1：设定所述单接收天线端的输出信号y(t)经射频链路处理的采样信号为y[k]＝y[kts]，所述ris端的等效采样信号为x[k]＝x[kts]，其中，k＝1,…,k，ts和k分别表示采样周期和采样点数量；
16、s3.2：调整ris端的控制向量为φ＝φγ1，使反射权重系数均为0，同时仅保证第g个单元处于激活状态，其他单元均处于未激活状态，则得到x[k]对应的空间样本协方差矩阵r中第g个主对角元素的估计值为：
17、
18、s3.3：调整ris端的控制向量为φ＝φγ2，使其第m个单元和第n个单元处于激活状态且反射权重系数为0，其他单元处于未激活状态，m,n＝1,l,n,m≠n，得到单接收天线上的输出平均功率表示为：
19、
20、其中，en为第n个元素为1其他元素为0的列向量，em为第m个元素为1其他元素为0的列向量，为空间样本协方差矩阵r的第(m,n)个元素的估计值；
21、s3.4：调整ris端的控制向量为φ＝φγ3，使其第m个单元第n个单元处于激活状态且反射权重系数分别为-γ和γ，γ＝π/4，其他单元处于未激活状态，得到单接收天线上的输出平均功率表示为：
22、
23、s3.5：根据单接收天线上的输出平均功率p1和p2，构建方程组为：
24、
25、其中，通过求解所述方程组得到空间样本协方差矩阵r的第(m,n)个和第(n,m)个元素的估计值为：
26、
27、作为优选，在步骤s4中，所述的利用重构的样本协方差矩阵，通过多项式求根技术获得二维到达角的估计值的具体过程包括下列步骤：
28、s4.1：提取出重构协方差矩阵的前m行前m列形成子阵对进行特征值分解获得m-k个小特征值对应的特征向量en1，构建以z为变量的多项式j(z)为：
29、
30、其中，
31、s4.2：取j(z)位于单位圆内具有最大幅值的l个根z1,z2,...,zl后，通过提取其相位得到
32、
33、s4.3：对重构协方差矩阵进行特征值分解获得n-k个小特征值对应的特征向量en，并基于步骤s4.2中获得的各个值构建以为变量的多项式为：
34、
35、s3.4：取位于单位圆内具有最大幅值的根后，通过提取其相位得到：
36、
37、s4.5：利用和估计方位角和俯仰角分别为：
38、
39、本发明的有益效果是：提出了一种基于非均匀矩形ris辅助的二维到达角估计新方法，可实现遮挡场景下无需参数配对的高精度二维到达角估计。不同于已有基于天线阵列的到达角估计方法，本发明方法基于单接收天线和非均匀ris结构经基于功率计算的子矩阵乘法策略完成孔径扩展的空间协方差矩阵重构，通过多项式求根技术获得二维到达角的闭式解高效估计，可有效避免高维矩阵分解和逆运算，具有计算复杂度低、普适应用性好的优势和特色，并且降低了硬件成本。
1.一种基于非均匀矩形ris辅助的二维到达角估计方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于非均匀矩形ris辅助的二维到达角估计方法，其特征在于：在步骤s1中，所述的单接收天线端在采样时刻t的输出信号表示为：
3.根据权利要求2所述的一种基于非均匀矩形ris辅助的二维到达角估计方法，其特征在于：在步骤s3中，所述的根据ris工作状态和反射权重系数，利用基于功率计算的子矩阵乘法策略实现空间样本协方差矩阵重构的具体过程包括下列步骤：
4.根据权利要求3所述的一种基于非均匀矩形ris辅助的二维到达角估计方法，其特征在于：在步骤s4中，所述的利用重构的样本协方差矩阵，通过多项式求根技术获得二维到达角的估计值的具体过程包括下列步骤：
