انتخاب صفحه

 چکیده:

امروزه تخمین جهت ورود (DOA) سیگنال های باند پهن، در  سیستمهای مخابراتی سیار و باند پهن، مورد توجه بسیار است. نوع الگوریتم و شکل آرایه آنتنی، در فرایند تخمین DOA بسیار مهم و تأثیر گذار هستند. لذا در این تحقیق با تمرکز بر الگوریتم طبقه بندی سیگنال های چندگانه (MUSIC) و نسخه های بهبود یافته آن و در نظر گرفتن شکل جدید آرایه، زاویه ورود سیگنال های باند پهن، تخمین زده شده و بهبود یافته است  .

در این پایان نامه، ابتدا به کلیات تخمین DOA و  روشهای آن برای  سیگنالهای باند باریک و باند پهن پرداخته شده است. سپس نتایج  شبیهسازی  الگوریتمهای مبتنی بر MUSIC باند باریک شامل:

MUSIC اصلاح شده ،Root-MUSIC و  نسخههای هموارسازی شده برای  سیگنالهای باند باریک ایستای ناهمبسته و ناهمدوس و نیز همبسته و همدوس در آرایه یکنواخت خطی (ULA) مرسوم ،ارائه شده است. همچنین نتایج  الگوریتمهای Root-MUSIC ،MUSIC و MUSIC اصلاح شده باند باریک برای  سیگنالهای باند پهن ناهمبسته ایستا و ایستای دوری آورده شده است. با توجه به نتایج حاصله، واضح است که  الگوریتمهای باند باریک مذکور در تخمین DOA سیگنال های باند پهن ناکارآمد هستند. این به این معنی است که برای تخمین جهت ورود سیگنال های باند پهن باید الگوریتم های باند پهن طراحی و به کار رود.

برخی از سیگنال های باند پهن مخابراتی همانند BPSK دارای ویژگی ایستای دوری هستند. به منظور در نظر گرفتن ویژگی ایستای دوری این نوع  سیگنالها، تمرکز این تحقیق بر روی الگوریتم های مبتنی بر MUSIC دوری باند پهن است. این  الگوریتمها  میتوانند علاوه بر تخمین دقیق زاویه ورود سیگنال، تداخل را نیز حذف نمایند. نتایج شبیه سازی های این تحقیق برای  سیگنالهای BPSK در حضور تداخل، نشان می دهد که:

  1. با انتخاب مناسب فرکانس دوری، تداخل را میتوان حذف کرد.
  2. تخمین DOA به پهنای باند فرکانسی وابسته است. الگوریتم GWCM اثر فرکانس را لحاظ نموده است و از این رو عملکرد بهتری را نسبت به سایر روش ها نشان می دهد.

در این پژوهش، برای داشتن تخمین مناسب در همه زوایا و همچنین حذف تداخل در سیگنال های باند پهن ایستای دوری، آرایه هندسی شیروانی-اکبری در کنار روش های مبتنی بر ایستای دوری استفاده شده است. نتایج شبیه سازی این راهکار پیشنهادی، نشان می دهد که علاوه بر افزایش دقت تخمین باند پهن در حضور تداخل، می توان  سیگنالهای باند پهن زوایای کناری را نیز تخمین زد.

کلمات کلیدی: تخمین جهت ورود MUSIC ،(DOA) دوری، سیگنال های ایستا و ایستای دوری ،همبسته، همدوس، باند پهن، ماتریس متمرکزساز، تداخل، آرایه شیروانی -اکبری.   

 فهرست مطالب

فصل اول: مقدمه ………………………………………………………………………………….. 1  

فصل دوم: مبانی و کلیات تخمین جهت ورود سیگنال (DOA) ……ا………….. 6

2 -1- مدل سازی تخمین DOA باند باریک و باند پهن …………………………………………… 8

2 -1-1- مدل سازی تخمین DOA باند باریک ………………………………………………. 8

2 -1-2- تخمین DOA باند پهن …………………………………………………………. 11

2 -2- روش های تخمین جهت ورود …………………………………………………………… 12

2 -2-1- مدل های کلاسیک برای تخمین جهت ورود سیگنال …………………………….. 15

2 -2-1-1- روش تأخیر و جمع ………………………………………………………… 15

2 -2-1-2- پاسخ بدون اعوجاج با حداقل واریانس کاپون(CMVDR) .ا…………………. 16

2 -2-2- روش های زیرفضا برای تخمین DOA…………………….ا……………………… 17

2 -2-2-1- الگوریتم MUSIC ………………..ا……………………………………….. 18

20 ………………………………………..ا…………  Root-MUSIC

الگوریتم -2-2-2- 2

2 -2-2-3- الگوریتم هموارسازی فضایی (SS)…………………………….ا……………. 21

2 -2-2-4- الگوریتم ESPRIT ………….ا……………………………………………… 22

24 ……………………………………ا…………………. Min-Norm

الگوریتم -5-2-2- 2

2 -2-3- روش های حداکثر درست نمایی( ML) …………..ا……………………………… 24

2 -3- مقایسه روش های مختلف تخمین زاویه ورود سیگنال …………………………………… 28

2 -4- نتیجه گیری …………………………………………………………………………….. 29

فصل سوم: مروری بر الگوریتم های تخمین جهت ورود سیگنال (DOA) مبتنی بر MUSIC

دوری ……………………………………………………………………………………………. 30

3 -1- الگوریتم های تخمین DOA باند پهن سیگنال های ایستا ………………………………… 31

3 -1-1- تخمین DOA باند پهن کیفیت بالا مبتنی بر الگوریتم MUSIC اصلاح شده ……. 31

3 -1-2- روش جهت یابی زیرفضای حقیقی برای منابع باند پهن ………………………….. 33

3 -1-2-1- پردازش مقدار حقیقی برای آرایه های متقارن مرکزی ………………………. 34

3 -1-2-2- MUSIC بهبود یافته مبتنی بر تصویر زیرفضا (PMUSIC) ………ا………… 35

3 -2- الگوریتم های تخمین DOA باند پهن سیگنال های ایستای دوری ……………………….. 36

3 -2-1- سیگنال های ایستای دوری ………………………………………………………. 37

3 -2-2- الگوریتم MUSIC دوری ………………………………………………………… 83

3 -2-3- الگوریتم MUSIC دوری توسعه یافته …………………………………………… 93

3 -2-3-1- مدل داد ههای توسعه یافته ایستای دوری استفاده شده …………………….. 39

3 -2-3-2- ماتریس خودبستگی توسعه یافته …………………………………………… 40

3 -2-3-3- الگوریتم MUSIC توسعه یافته …………………………………………….. 40

3 -2-4- الگوریتم جاسازی زیرفضای سیگنال همبسته طیفی موجود (SC-SSF) …………ا. 43

3 -2-5-MUSIC  دوری متوسط گیری شده (ACM) ……………….ا……………………. 44

3 -2-6- MUSIC دوری باند پهن توسعه یافته (EWCM) ……………ا………………….. 47

3 -2-6-1 – ساختار ماتریس همبستگی دوری باند پهن توسعه یافته ……………………. 47

3 -2-6-2 – تخمینDOA  برای EWCM …………ا……………………………………. 49

3 -2-7- MUSIC دوری باند پهن تعمیم یافته (GWCM) ……….ا………………………. 50

3 -3- نتیجه گیری …………………………………………………………………………….. 54

فصل چهارم: شبیه سازی نر مافزاری تخمین جهت ورود سیگنال مبتنی بر MUSIC باند

باریک و نتایج آن ………………………………………………………………………………. 56

4 -1- شرح مختصری بر الگوریتم ها ……………………………………………………………. 58

4 -1-1- الگوریتم MUSIC ……………………………..ت………………………………… 58

58 ……………………………………………ا…………… Root-MUSIC

الگوریتم -2-1- 4

4 -1-3- الگوریتم MUSIC اصلاح شده …………………………………………………… 59

4 -1-4- هموارسازی فضایی ………………………………………………………………. 59

4 -2- شبیه سازی الگوریتم ها برای سیگنال های باند باریک ناهمبسته و ناهمدوس ……………… 60

4 -2-1- شبیه سازی الگوریتم MUSIC …….ا…………………………………………….. 60

4 -2-2- شبیه سازی الگوریتم Root-MUSIC ……ا………………………………………. 64

4 -2-3- شبیه سازی الگوریتم MUSIC اصلاح شده ………………………..ا…………….. 67

4 -2-4- مقایسه الگوریتم های Root-MUSIC ،MUSIC و MUSIC برای سیگنال های باند

باریک ناهمبسته و ناهمدوس ……………………………………………………………… 72

4 -2-4-1 مقایسه الگوریتم ها با توجه به نمودار NRMSE برحسب فاصله  زاویه ای بین دو منبع سیگنال در SNR = -10     dB …………ا…………………………………………… 72

4 -2-4-2- مقایسه الگوریتم ها با توجه به نمودار NRMSE برحسب فاصله  زاویه ای بین دو منبع سیگنال در SNR = 30    dB ………………ا………………………………………. 73

4 -2-4-3- تکرار نتایج دو قسمت قبل برای آرایه خطی یکنواخت 01 عنصری ………… 47

4 -3- شبیه سازی الگوریتم ها برای سیگنال های باند باریک همبسته …………………………… 67

4 -4- شبیه سازی الگوریتم ها برای سیگنال های باند باریک همدوس …………………………… 77

4 -5- شبیه سازی الگوریتم های ROOT-MUSIC ،MUSIC و MUISC اصلاح شده برای

سیگنال های باند پهن ناهمبسته و ناهمدوس ………………………………………………….. 79

4 -5-1- شبیه سازی الگوریتم ها برای سیگنال های ایستا ………………………………….. 79

4 -5-1-1- شبیه سازی الگوریتم MUSIC …………………ا………………………….. 79

4 -5-1-2- شبیه سازی الگوریتم Root-MUSIC ………….ا………………………….. 81

4 -5-1-3- شبیه سازی الگوریتم MUSIC اصلاح شده ………………………………… 83

4 -5-2- شبیه سازی الگوریتم ها برای سیگنال های ایستای دوری …………………………. 84

4 -5-2-1- شبیه سازی الگوریتم MUSIC ………………..ا……………………………. 84

4 -5-2-2- شبیه سازی الگوریتم Root-MUSIC …………ا……………………………. 86

4 -5-2-3- شبیه سازی الگوریتم MUSIC اصلاح شده …………………………………. 87

4 -6- نتیجه گیری …………………………………………………………………………….. 89

فصل پنجم: شبیه سازی MUSIC دوری برای سیگنالهای باند پهن ایستای دوری ………. 91

5 -1- شرح مختصری بر الگوریتم ها ……………………………………………………………. 92

5 -1-1- الگوریتم ACM ……………………………ا…………………………………….. 92

5 -1-2- الگوریتم EWCM ………………………….ا……………………………………. 93

5 -1-3- الگوریتم GWCM ………………………..ا…………………………………….. 93

5 -2- شبیه سازی الگوریتمها به منظور انتخاب فرکانس دوری مناسب …………………………. 94

5 -3- شبیه سازی الگوریتم ها بدون وجود سیگنال های تداخلی ………………………………… 95

5 -4- شبیه سازی الگوریتم ها با وجود سیگنال های تداخلی …………………………………….. 97

5 -5- شبیه سازی الگوریتم ACM برای سیگنال های همبسته و همدوس …………………….. 102

5 -6- بررسی نتایج تخمین DOA در زوایای مختلف…………………………………………. 103

5 -7- نتیجه گیری ………………………………………………………………………….. 105

فصل ششم: بهبود تخمین DOA باند پهن مبتنی بر MUSIC دوری با شکل هندسی جدید

آرایه ……………………………………………………………………………………………. 107

6 -1- بردار هدایت SAA ……………………………………………ا………………………. 108

6 -2- عملکرد آرایه SAA در تخمین زوایای کناری ………………………………………….. 109

6 -2-1- مقایسه کارایی آرایه های ULA و SAA برای سیگنال های باند باریک …………. 109

6 -2-2- مقایسه کارایی آرایه های ULA و SAA برای سیگنال های ایستای دوری باند پهن 110

6 -2-3- مقایسه کارایی آرایه  SAA با آرایه های مختلف برای سیگنال های ایستای دوری باند

پهن ……………………………………………………………………………………… 111

6 -3- نتیجه گیری ………………………………………………………………………….. 11

فصل هفتم: نتیجه گیری و پیشنهادها ……………………………………………………….. 114

7 -1- نتیجه گیری …………………………………………………………………………… 115

7 -2- پیشنهادها ……………………………………………………………………………. 118

مراجع ………………………………………………………………………………………….. 119

واژه نامه انگلیسی به فارسی …………………………………………………………………. 121

واژه نامه فارسی به انگلیسی ………………………………………………………………… 123

فهرست علائم اختصاری ……………………………………………………………………… 125

 فهرست شکل ها

شکل1-1. ارتباط بین مطالب فصل های مختلف پایان نامه ………………………………………….. 5

شکل2-1. هندسه ای از آرایه خطی یکنواخت ……………………………………………………… 9

شکل2-2. آرایه آنتنی و جایگاه الگوریتم های تخمین جهت ورود سیگنال (DOA) …..ا………….. 13

شکل2-3. آرایه های آنتنی به منظور فیلتر کردن تداخل …………………………………………. 13

شکل2-4. یک آرایه خطی یکنواخت …………………………………………………………….. 14

شکل2-5. یک آرایه سطحی یکنواخت 4×4 ……………………………………………………… 14

شکل2-6. الگوی تشعشعی یک آرایه خطی با دامنه های مساوی …………………………………. 16

شکل2-7. نمایش ساختار کلاسیک شکل دهی الگو ………………………………………………. 16

شکل2-8. طیف زاویه ای MUSICبرای دو مقدار متفاوت فاصله بین عناصر آرایه 4 عنصری ……… 19

شکل3-1. طیف فضایی تخمین DOA سیگنال باند باریک ………………………………………. 32

شکل3-2. RMSE بر حسب SNR برای الگوریتم MUSIC ………….ا………………………….. 33

شکل3-3. RMSE دو روش TCT و R-TCT برحسب SNR ……………….ا…………………… 36

شکل3-4. طیف فضایی سه روش MUSIC ،MUSIC دوری و MUSICدوری توسعه یافته ……… 43

شکل3-5. تخمین DOA دو سیگنال BPSK باند پهن،”-“روش ACM؛ “–” روش SC-SSF …ا. 47

شکل3-6. تخمین DOA سیگنال های BPSK باند پهن به وسیله روش EWCM با 4 آنتن ……… 49

شکل3-7. میانگین مربعات خطای DOA تخمینی دو روش ACM و EWCM بر حسب SNR ..ا… 50

شکل3-8. طیف های فضایی روش GWCM و SC-SSF .ا………………………………………… 53

شکلا3-9. RMSE دو روش GWCM و ACM ……………………..ا…………………………… 53

شکل4-1. طیف فضایی الگوریتم  MUSICبرای زاویه ی o0 ……………ا………………………… 60

شکل4-2. طیف فضایی الگوریتم MUSIC برای زاویه ی o75 ….ا…………………………………. 60

شکل4-3. طیف فضایی الگوریتم MUSIC برای زاویه ی o85 .ا……………………………………. 61

شکل4-4.  RMSEالگوریتم MUSIC برای زوایای ورود مختلف در حالت تک منبع …………….. 61

شکل4-5. طیف فضایی الگوریتم  MUSICبرای زوایای( o1 و o1-) ….ا………………………….. 62

شکل4-6. طیف فضایی الگوریتم MUSIC برای زوایای( o5 و o5-) …..ا…………………………. 62

شکل4-7.NRMSE  الگوریتم  MUSICبرحسب فاصله ی بین زوایای دو سیگنال به ازای SNR .ا… 63

شکل4-8. طیف فضایی الگوریتم  MUSICبرای پنج زاویه ی مختلف …………………………….. 46

شکل4-9. RMSE الگوریتمMUSIC  برای پنج زاویه ی مختلف …………………………………. 64

ادامه فهرست

  1. 01. RMSE الگوریتمRoot-MUSIC برای زوایای ورود مختلف در حالت تک منبع …….. 65
  2. شکل4-11. NRMSE الگوریتمRoot-MUSIC بر حسب فاصله ی بین زوایای دو سیگنال به ازای

SNR ..ا…………………………………………………………………………………………….66

شکل4-21. RMSE الگوریتمRoot-MUSIC  برای پنج زاویه ی مختلف …………………………. 67

شکل4-31. طیف فضایی الگوریتم  MUSICاصلاح شده برای زاویه ی o0 …..ا……………………. 68

شکل4-41. طیف فضایی الگوریتم MUSIC اصلاح شده برای زاویه ی o75 …..ا………………….. 68

شکل4-51. طیف فضایی الگوریتم MUSIC اصلاح شده برای زاویه ی o85 …ا……………………. 68

شکل4-61.  RMSEالگوریتم MUSIC اصلاح شده برای زوایای ورود مختلف در حالت تک منبع .. 69

شکل4-71. طیف فضایی الگوریتم  MUSIC اصلاح شده برای زوایای( o1 و o1-) ا……………….. 69

شکل4-81. طیف فضایی الگوریتم MUSIC اصلاح شده برای زوایای( o5 و o5-) ……ا………….. 70

شکل4-91.NRMSE  الگوریتم  MUSICاصلاح شده برحسب فاصله ی بین زوایای دو سیگنال به ازای

SNRهای مختلف ………………………………………………………………………………… 70

شکل4-02. طیف فضایی الگوریتم  MUSICاصلاح شده برای پنج زاویه ی مختلف ………………. 71

شکل4-12. RMSE الگوریتمMUSIC  اصلاح شده برای پنج زاویه ی مختلف …………………… 71

شکل4-22.NRMSE  الگوریتم های Root-MUSIC ،MUSIC و MUISC اصلاح شده برحسب فاصله

زاویه ای بین دو سیگنال به ازای SNR= -10 dB …………………………………………………

شکل4-32.NRMSE الگوریتم های Root-MUSIC ،MUSIC و MUISC اصلاح شده برحسب فاصله

زاویه ای بین دو سیگنال به ازای SNR= 30 dB …………………………………………………..

شکل4-42.NRMSE الگوریتم های Root-MUSIC ،MUSIC و MUISC اصلاح شده برحسب فاصله

زاویه ای بین دو سیگنال به ازای SNR= -10 dB …………………………………………………

شکل4-52.NRMSE الگوریتم های Root-MUSIC ،MUSIC و MUISC اصلاح شده برحسب فاصله

زاویه ای بین دو سیگنال به ازای SNR= 30 dB …………………………………………………..

با و بدون Modified-MUSIC ،Root-MUSIC ،MUSIC شکل4-26. طیف فضایی الگوریتم های

هموارسازی فضایی برای سه منبع همبسته با زوایای oo51، o30 ….ا………………………….. 77

شکل4-72.NRMSE  الگوریتم هایModified-MUSIC ،Root-MUSIC ،MUSIC  با و بدون

هموارسازی فضایی بر حسب SNR برای سه منبع همبسته ………………………………………

شکل4-28. طیف فضایی الگوریتم هایModified-MUSIC ،Root-MUSIC ،MUSIC با و بدون

هموارسازی فضایی برای سه منبع همدوس با زایای oo51، o30 ……………………………….

با و بدون Modified-MUSIC ،Root-MUSIC ،MUSIC الگوریتم های NRMSE .29-4شکل

هموارسازی فضایی بر حسب SNR برای سه منبع همدوس ……………………………………… 78

  1. 03. طیف فضایی الگوریتم MUSIC برای دو منبع سیگنال باند پهن و باند باریک ایستا با زوایای o3 و o3-..ا………………. 80

شکل4-13. طیف فضایی الگوریتم  MUSIC برای سه منبع سیگنال باند پهن و باند باریک ایستا با

زوایای oo01 و o30 .ا…………………………………………………………………………… 80

شکل4-23. طیف فضایی الگوریتم  MUSIC برای پنج منبع سیگنال باند پهن و باند باریک ایستا با

زوایای oo51، o03،o 06 وo75 ………………………………………………………………….

شکل4-33. NRMSEهای الگوریتم MUSIC برای سه منبع سیگنال باند پهن و باند باریک ایستا با

زوایای oo03، o60 …………………………………………………………………………….

.شکل4-43. NRMSEهای الگوریتم Root-MUSIC برای سه منبع سیگنال باند پهن و باند باریک

ایستا با زوایای oo03، o60 ……………………………………………………………………..

شکل4-53. طیف فضایی الگوریتم MUSIC اصلاح شده برای دو منبع سیگنال باند پهن و باند باریک

ایستا با زوایای o3 و o3- ………………………………………………………………………….

شکل4-63. طیف فضایی الگوریتم MUSIC اصلاح شده برای سه منبع سیگنال باند پهن و باند باریک

ایستا با زوایای oo01 و o30 ……………………………………………………………………

شکل4-37. طیف فضایی الگوریتم MUSIC اصلاح شده برای پنج منبع سیگنال باند پهن و باند

باریک ایستا با زوایای oo51، o03،o 06 وo75 …………………………………………………..

شکل4-83. NRMSEهای الگوریتم MUSIC اصلاح شده برای سه منبع سیگنال باند پهن  و باند

باریک ایستا با زوایای oo03، o60 ………………………………………………………………

شکل4-93. طیف فضایی الگوریتم MUSIC برای دو منبع سیگنال باند پهن و باند باریک ایستای

دوری با زوایای o3 و o3- ………………………………………………………………………….

شکل4-04. طیف فضایی الگوریتم MUSIC برای سه منبع سیگنال باند پهن و باند باریک ایستای

دوری با زوایای oo01 و o30 ……………………………………………………………………

شکل4-14. طیف فضایی الگوریتم MUSIC برای پنج منبع سیگنال باند پهن و باند باریک ایستای

دوری با زوایای oo51، o03،o 06 وo75 …………ا……………………………………………… 85

شکل4-24. NRMSEهای الگوریتم  MUSIC برای سه منبع سیگنال باند پهن و باند باریک ایستای

دوری با زوایای oo03، o60 …………………………………………………………………….

شکل4-34. NRMSEهای الگوریتم Root-MUSIC برای سه منبع سیگنال باند پهن و باند باریک

ایستای دوری با زوایای oo03، o60 …………………………………………………………….

شکل4-44. طیف فضایی الگوریتم MUSIC اصلاح شده برای دو منبع سیگنال باند باریک و باند پهن

ایستای دوری با زوایای o3 و o3- …………………………………………………………………

  1. 54. طیف فضایی الگوریتم MUSIC اصلاح شده برای سه منبع سیگنال باند باریک و باند پهن ایستای دوری با زوایای [1]o01 و o30 ………………………………..ا………………………… 88

شکل4-64. طیف فضایی الگوریتم  MUSIC اصلاح شده برای پنج منبع سیگنال باند باریک و باند

پهن ایستای دوری با زوایای oo51، o03،o 06 وo75 ……………………………………………

شکل4-74. NRMSEهای الگوریتم MUSIC اصلاح شده برای سه منبع سیگنال باند باریک و باند

پهن ایستای دوری با زوایای oo03، o60 ……………………………………………………….

 

شکل5-1. NRMSE الگوریتم  ACM بر حسب فرکانس های دوری مختلف برای یک منبع سیگنال

باند پهن ایستای دوری با زاویه o01 به ازای SNR = 15dB ………………….ا…………………. 94

شکل5-2. NRMSE الگوریتم  EWCM بر حسب فرکانس های دوری مختلف برای یک منبع سیگنال

باند پهن ایستای دوری با زاویه o01 به ازای SNR = 15dB ……………………………………..

شکل5-3. NRMSE الگوریتم GWCM بر حسب فرکانس های دوری مختلف برای یک منبع سیگنال

باند پهن ایستای دوری با زاویه o01 به ازای SNR = 15dB ……………………………………..

شکل5-4. طیف فضایی الگوریتم GWCM ،EWCM ،ACM و MUSIC باند باریک برای دو منبع

سیگنال باند پهن ایستای دوری با زوایای o3 و o3- ……………………………………………….

شکل5-5. طیف فضایی الگوریتم GWCM ،EWCM ،ACM و MUSIC باند باریک برای سه منبع

سیگنال باند پهن ایستای دوری با زوایای oo01 و o30 …………………………………………

شکل5-6. طیف فضایی الگوریتم های GWCM ،EWCM ،ACM و MUSIC باند باریک برای پنج

منبع سیگنال باند پهن ایستای دوری با زوایای oo51، o03،o 06 وo75 ………………………..

شکل5-7.RMSE الگوریتم های EWCM ،ACM و GWCM بر حسب SNRهای مختلف برای یک

منبع سیگنال باند پهن ایستای دوری با زاویه o0 …………………………………………………

شکل5-8. مقایسه طیف فضایی الگوریتم های MUSIC باند باریک و الف) ACM، ب) EWCM، ج) GWCM برای منبع سیگنال مطلوب باند پهن ایستای دوری با زاویه o0 و تداخل o5 ……..ا…….. 98

شکل5-9. مقایسه طیف فضایی الگوریتم های MUSIC باند باریک و الف) ACM، ب) EWCM، ج) GWCM برای منبع سیگنال مطلوب باند پهن ایستای دوری با زاویه o0 و تداخل o30 ……….ا…. 99

شکل5-01. مقایسه طیف فضایی الگوریتم های MUSIC باند باریک و الف) ACM، ب) EWCM، ج) GWCM برای منابع سیگنال مطلوب باند پهن ایستای دوری با زوایای o01 و o03 و تداخل o15 100

شکل5-11. مقایسه طیف فضایی الگوریتم های MUSIC باند باریک و الف) ACM، ب) EWCM، ج) GWCM برای منابع سیگنال مطلوب باند پهن ایستای دوری با زوایای o01 و o03 و تداخل o51 و

شکل5-21.RMSE الگوریتم های EWCM ،ACM و GWCM بر حسب SNRهای مختلف برای سیگنال مطلوب باند پهن ایستای دوری با زاویه o0 و تداخل o2 ………ا……………………….. 102

شکل5-31. طیف فضایی الگوریتم   ACM با و بدون هموارسازی فضایی برای سه منبع همبسته با

زایای oo02، o4 ………………………………………………………………………………

شکل5-41. طیف فضایی الگوریتم  ACM با و بدون هموارسازی فضایی برای سه منبع همدوس با

زایای oo02، o4 ………………………………………………………………………………

شکل5-51. مقایسه عملکرد الگوریتم های EWCM ،ACM و GWCM در تخمین DOA برای منبع

سیگنال مطلوب باند پهن ایستای دوری با زاویه o30 ……………………………………………

جشکل5-61. مقایسه عملکرد الگوریتم های EWCM ،ACM و GWCM در تخمین DOA برای منبع

سیگنال مطلوب باند پهن ایستای دوری با زاویه o70 ……………………………………………

شکل5-71. مقایسه عملکرد الگوریتم های EWCM ،ACM و GWCM در تخمین DOA برای منبع

سیگنال مطلوب باند پهن ایستای دوری با زاویه o85 ……………………………………………

شکل5-81. RMSE الگوریتم های EWCM ،ACM و GWCM را بر حسب SNRهای مختلف برای

یک منبع سیگنال باند پهن ایستای دوری با زاویه o85 ……………..ا…………………………. 105

شکل6-1. چیدمان خطی یکنواخت…………………………………………………………….. 108

شکل6-2. چیدمان SAA ………..ا…………………………………………………………….. 109

شکل6-3. طیف فضایی MUSIC در زوایای کناری برای آرایه های ULA و SAA با تعداد عناصر برابر110 شکل6-4. مقایسه عملکرد الگوریتم های EWCM ،ACM و GWCM در تخمین DOA برای منبع

سیگنال مطلوب باند پهن ایستای دوری با زاویه o58 با استفاده از آرایه SAA ………………….

شکل6-5. RMSE الگوریتم های EWCM ،ACM و GWCM بر حسب SNRهای مختلف برای یک

منبع سیگنال باند پهن ایستای دوری با زاویه o0 و یک تداخل o2 با فرکانس دوری متفاوت برای آرایه

SAA ……………………………………………………………………………………………

شکل6-6. آرایه یکنواخت L شکل ……………………………………………………………… 111

شکل6-7. آرایه یکنواخت V شکل ……………………………………………………………… 111

شکل6-8. RMSE الگوریتم های EWCM ،ACM و GWCM بر حسب SNRهای مختلف برای یک

منبع سیگنال باند پهن ایستای دوری با زاویه o0 برای آرایه های مختلف ………………………..

شکل6-9. RMSE الگوریتم های EWCM ،ACM و GWCM بر حسب SNRهای مختلف برای یک

منبع سیگنال باند پهن ایستای دوری با زاویه o88 برای آرایه های مختلف ………………………

 فهرست جدول ها

جدول2-1. مقایسه کارایی دسته روش های تخمین DOA ……………..ا………………………. 28

جدول2-2. مقایسه  روش های تخمین DOA ……………………………………….ا……………. 29

جدول3-1. مقایسه عملکرد روش های مختلف تخمین DOA مبتنی بر MUSIC…………ا……… 55

جدول4-1. مقادیر زاویه ای تخمین زده شده با الگوریتم Root-MUSIC برای منابع تکی مختلف … 65

جدول4-2. مقادیر زاویه ای تخمین زده شده با الگوریتم Root-MUSIC برای دو منبع مختلف …….66

جدول4-3. مقادیر زاویه ای تخمین زده شده با الگوریتم Root-MUSIC برای پنج منبع سیگنال … 67

جدول4-4. مقادیر زاویه ای تخمین زده شده با الگوریتم Root-MUSIC برای دو منبع سیگنال باند

پهن و باند باریک ایستا به ازای زوایای o3 و o3- ………………………………………………….

جدول4-5. مقادیر زاویه ای تخمین زده شده با الگوریتم Root-MUSIC برای سه منبع سیگنال باند

پهن و باند باریک ایستا به ازای زوایای o03 و o01 و o0 …………………………………………..

جدول4-6. مقادیر زاویه ای تخمین زده شده با الگوریتم Root-MUSIC برای پنج منبع سیگنال باند پهن و باند باریک ایستا به ازای زوایای o57 و o06 و o03 و o51 و o0 ……………..ا…………….. 82

جدول4-7. مقادیر زاویه ای تخمین زده شده با الگوریتم Root-MUSIC برای دو منبع سیگنال باند پهن و باند باریک ایستای دوری به ازای زوایای o3 و o3 – ……………….ا……………………….. 86

جدول4-8. مقادیر زاویه ای تخمین زده شده با الگوریتم Root-MUSIC برای سه منبع سیگنال باند پهن و باند باریک ایستای دوری به ازای زوایای o03 و o01 و o0 ……ا……………………………. 86

جدول4-9. مقادیر زاویه ای تخمین زده شده با الگوریتم Root-MUSIC برای پنج منبع سیگنال باند پهن و باند باریک ایستای دوری به ازای زوایای o57 و o06 و o03 و o51 و o0 …………ا………… 87

جدول4-01. خلاصه ای از عملکرد شش روش بررسی شده مبتنی بر MUSIC باند باریک ……….. 90

عملگرهای ریاضی که در طول  پایاننامه از آنها استفاده شده است. 

|. |  اندازه یک کمیت اسکالر
‖. ‖ اندازه اقلیدسی یک بردار
Tr . مجموع عناصر روی قطر اصلی یک ماتریس
                 . ترانهاده یک بردار یا ماتریس
                 . ترانهاده مزدوج مختلط یک بردار یا ماتریس
                . معکوس یک ماتریس یا یک کمیت اسکالر
E . امید ریاضی
diag . ماتریس قطری با عناصر . … روی قطر اصلی و صفر در بقیه موقعیت ها
<. >! متوسط گیری زمانی در سر تا سر تأخیر زمانی [()$” ,&%$“] = “

 

 فصل اول

مقدمه 

1-1- مقدمه

یکی از کاربردهای سامانه های جهت یاب به تحقیقات یکی از کارشناسان ارشد ارتش آمریکا بر م یگردد که با  نمونهبرداری از صدای یک تانک و سپردن این نمونه صدای تانک در حافظه کامپیوتر و سپس کاشتن تعدادی میکروفن به عنوان حسگر و مقایسه خروجی آرایه با حافظه، توانست زاویه ای را که این تانک به هنگام حرکت با موتور روشن نسبت به حسگر م یساخت آشکار نماید. بدین ترتیب این امکان فراهم آمد تا بتوان تانک دشمن را با علم به زاویه آن شناسایی نموده و با داشتن مختصات آن (به عنوان یک هدف نظامی) به آن شلیک نمود. این کاری بود که در گذشته با رادار انجام م یشد ،درحال یکه هزینه ساخت رادار با هزینه ساخت این پروژه نظامی غیر قابل مقایسه بود. این در حالی است که اگر رادار توسط دشمن مورد تخریب قرار م یگرفت، هزینه آن بسیار زیاد بود در صورتی که چنانچه این پروژه توسط دشمن تخریب م یشد فقط تعدادی میکروفن از بین م یرفت.

امروزه علاوه بر کاربردهای وسیعی که آرایه های میکروفنی به ارمغان  آوردهاند م یتوان با نمونه برداری از صدای حوادث یا پدیده ها (شبیه صدای رعد، صدای انفجار- صدای شکستن شیشه و …) و سپردن این اصوات به حافظه کامپیوتر و مقایسه با خروجی حسگرها یا آرایه های کاشته شده در محل های مورد نظر، بروز یک پدیده یا اتفاق را آشکار و متعاقب آن امور پیشگیرانه را لحاظ نمود. مثلاً با پردازشگرهای قوی م یتوان بروز رعد را از روی صدای آن تشخیص داده و در پست های توزیع برق فشار قوی در کسری از ثانیه نسبت به قطع برق اقدام نمود و سایر امور پیشگیرانه لازم را با استفاده از آرایه بندی به انجام رساند.

در حال حاضر، کاربرد سامانه های جهت یاب، دیگر منحصر به سامانه های نظامی و کاربرد های خاص چون رادار، سونار و جهت یاب های رادیویی معمولی نیست و مسیر خود را در سیستم های مخابراتی پیشرفته چون سامانه های مخابراتی سیار، سامانه های ردیابی و شناسایی نجوم و اکوستیک و کاربردهای صوتی باز نموده است، به طوری که ترکیب سامانه های جهت یابی و مخابرات سیار باعث مزایای فراوانی از جمله افزایش تعداد استفاده کنندگان، افزایش سطح پوشش و کاهش تداخل شده است. همچنین تقاضا برای خدمات مخابراتی مخابرات سیار روز به روز به طور گسترده ای در حال افزایش است. از این رو، پی شبینی م یشود در آینده ای نزدیک بتوان ارتباطات سیار را در هر نقطه ای از زمین در تمامی زمان ها داشت. به نظر م یرسد که آرایه آنتن ها که بر روی کشت یها ،ناوها، ماهواره ها و همچنین ایستگاه های پایه نصب شده اند دارای نقش بسیار مهمی در پاسخگویی به نیا زهای مربوطه خواهند بود .

 


مقطع : کارشناسی ارشد

قبل از خرید فایل می توانید با پشتبانی سایت مشورت کنید