Оцінка границі Крамера-Рао випуклих антенних решіток з направленими виапромінювачами для радіопеленгації

  • Ю. Б. Нєчаєв Вороніжський державний університет
  • І. В. Пєшков Єлецький державний університет https://orcid.org/0000-0001-8370-6954
  • Н. А. Фортунова Єлецький державний університет імені І. А. Буніна
Ключові слова: радіопеленгація, спрямовані випромінювачі, зверх роздільна здатність, цифрова антенна решітка, кільцеві антенні решітки, об'ємна антена, КНД

Анотація

Вступ. Оцінка кутових координат джерел радіовипромінювання становить серйозний дослідницький інтерес в різних сферах. Так, в бездротових телекомунікаційних системах інформація про координати дозволяє здійснити просторове розділення для збільшення кількості користувачів, котрі можуть функціонувати одночасно. Досліджено вплив коефіцієнта спрямованої дії окремого антенного елемента на точність визначення кутових координат джерел радіовипромінювання кільцевої, кубічної і сферичної антенних решіток, що складаються з спрямованих випромінюючих елементів, які знайшли широке застосування в сучасних бездротових комунікаційних технологіях.
Теоретичнi результати. Для коректного функціонування високоточних алгоритмів радіопеленгації в складі розглянутих решіток здійснено виведення точних виразів, що описують амплітудно-фазовий розподіл електромагнітного поля решіток, т.зв. направляючі вектори.
Експериментальнi результати. Здійснено теоретичне дослідження роботи даних антенних решіток за допомогою оцінки границі Крамера-Рао, а також комп'ютерне моделювання з реалізацією методу зі зверх розрізненням MUSIC. Визначено межі зміни коефіцієнта спрямованої дії окремого елемента, за якого досягається максимальна точність оцінки кутових координат. Зі збільшенням коефіцієнту підсилення окремих антен точність пеленгації може значно змінюватися залежно від азимутального положення сигналу і прийнятним вибором коефіцієнта спрямованої дії. Проведено оцінку роздільної здатності опуклих або об'ємних антенних решіток в залежності від коефіцієнта спрямованої дії.
Висновок. В цілому встановлено, що найкращою конфігурацією антенної ршітки є сферична. З підвищенням підсилення окремих антен точність пеленгації може значним чином змінюватися залежно від азимутального положення сигналу і прийнятним вибором коефіцієнта спрямованої дії є рівним від чотирьох до шести.

Біографії авторів

Ю. Б. Нєчаєв, Вороніжський державний університет

Нєчаєв Ю. Б., д.ф.-м.н.

І. В. Пєшков, Єлецький державний університет

Пєшков І. В., к.ф.-м.н.

Н. А. Фортунова, Єлецький державний університет імені І. А. Буніна

Фортунова Н. А., к.т.н., доцент кафедри фізики, радіотехніки і електоніки

Посилання

Список литературы

Chetan R. Dongarsane Simulation study on DOA estimation using MUSIC algorithm / R. Dongarsane Chetan, A. N. Jadhav // Intl. J. Tech. Eng. Sys. - 2011 - Vol. 2, No. 1.

Ikeda K. DOA estimation by using MUSIC algorithm with a 9-elements rectangular ESPAR antenna / K. Ikeda, J. Nagai, T. Fujita, H. Yamada, A. Hirata, and T. Ohira // Proc. of Intl. Symp. on Antennas and Propagat. - 2004. - pp. 45-48.

Chen Sun Direction of arrival estimation based on a single port smart antenna using MUSIC algorithm with periodic signals / Chen Sun, N. C. Karmakar // Intl. J. Signal Process. - Vol. 1, No. 3. - pp. 153-162.

Schmidt R.O. Multiple emitter location and signal parameter estimation / R. O. Schmidt // IEEE Trans. Antennas Propagat. - 1986. - Vol. 34. - pp. 276-280.

Belhoud F.A. Modelling and performance analysis of DOA estimation in adaptive signal processing arrays / F. A. Belhoud, R. M. Shubair, and M. E. Al-Mualla // Proc. IEEE Intl. Conf. on Electron., Circuits and Sys. - 2003. - pp. 340-343.

Cadzow J.A. A high resolution direction-of-arrival algorithm for narrow-band coherent and incoherent sources / J. A. Cadzow // IEEE Trans. Acoust., Speech, Signal Process. - 1998. - Vol. 36, No. 7. - pp. 965-979.

Abouda A. Impact of antenna array geometry on MIMO channel eigenvalues / A. Abouda, H. M. El-Sallabi, and S. G. Haggman // Proc. IEEE Intl. Symp. on Personal, Indoor and Mobile Radio Comm. - 2005. - Vol. 1. - pp. 568-572.

Нечаев Ю.Б. Построение кольцевых, восьмигранных, шестигранных и четырехгранных антенных решеток для радиопеленгации методом MUSIC / Ю.Б. Нечаев, И.В. Пешков // Радиотехника. - 2016. - №. 6. - С. 137-142.

Wu B.Realization and simulation of DOA estimation using MUSIC algorithm with uniform circular arrays / B. Wu // The 4th Asia-Pacific Conf. on Environmental Electromagnetics. - 2006. - pp. 908–91.

Нечаев Ю.Б. Оценка границы Крамера-Рао для 2D радиопеленгации в плоских антенных решетках / Ю.Б. Нечаев, И.В. Пешков// Вестник НТУ ``КПИ''. Серия Радиотехника, Радиоаппаратостроение. - 2016. - Вып. 67. - с. 12–17.

Jackson R. Direction of arrival estimation using directive antennas in uniform circular arrays / Jackson, Brad R., Sreeraman Rajan, Bruce J. Liao, and Sichun Wang // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. - 2015. - Vol. 63, no. 2. - pp. 736-747.

Mohammadi S. Direction of Arrival Estimation in Conformal Microstrip Patch Array Antenna / S. Mohammadi, A. Ghani, S. H. Sedighy // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. - 2018. - Vol. 66, Iss.1. - pp. 511–515.

Chan, A.Y.J. MUSIC and maximum likelihood techniques on two-dimensional DOA estimation with uniform circular array / Chan, A.Y.J., Litva, J. // IEE Proceedings - Radar, Sonar and Navigation. - Vol.142, Iss. 3. - pp. 105–114

Nechaev Yu.B. Estimation of the Cramer-Rao Bound for Radio Direction-Finding on the Azimuth and Elevation of the Cylindical Antenna Arrays / Yuri Nechaev, Eduard Algazinov, Ilia Peshkov // 2018 41st International Conference on Telecommunications and Signal Processing (TSP). DOI: 10.1109/TSP.2018.8441419

References

Chetan R.D. and Jadhav A.N. (2011) Simulation study on DOA estimation using MUSIC algorithm. Intl. J. Tech. Eng. Sys., Vol. 2, no. 1., pp. 54-57.

Ikeda K., Nagai J., Fujita T., Yamada H., Hirata A. and Ohira T. (2004) DOA estimation by using MUSIC algorithm with a 9-elements rectangular ESPAR antenna. Proc. of Intl. Symp. on Antennas and Propagat., pp. 45-48.

Sun C. and Karmakar N. C. (2004) Direction of arrival estimation based on a single port smart antenna using MUSIC algorithm with periodic signals. International Journal of Signal Processing, Vol. 1, No 2, pp. 153-162.

Schmidt R. (1986) Multiple emitter location and signal parameter estimation. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 34, Iss. 3, pp. 276-280. DOI: 10.1109/tap.1986.1143830

Belhoul F., Shubair R. and Ai-Mualla M. (2003) Modelling and performance analysis of DOA estimation in adaptive signal processing arrays. 10th IEEE International Conference on Electronics, Circuits and Systems, 2003. ICECS 2003. Proceedings of the 2003. DOI: 10.1109/icecs.2003.1302046

Cadzow J. (1988) A high resolution direction-of-arrival algorithm for narrow-band coherent and incoherent sources. IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing, Vol. 36, Iss. 7, pp. 965-979. DOI: 10.1109/29.1618

Abouda A., El-Sallabi H. and Haggman S. (2005) Impact of Antenna Array Geometry on MIMO Channel Eigenvalues. 2005 IEEE 16th International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications. DOI: 10.1109/pimrc.2005.1651500

Nechaev Yu.B. and Peshkov I.V. (2016) Building circular, octagonal, hexagonal and rectangular antenna arrays for direction-of-arrival via superresolutional method MUSIC. Radiotekhnika-Radioengineering, No 6, pp. 137-142.

Bo W. (2006) Realization and Simulation of DOA estimation using MUSIC Algorithm with Uniform Circular Arrays. The 2006 4th Asia-Pacific Conference on Environmental Electromagnetics. DOI: 10.1109/ceem.2006.258099

Nechaev Yu. B. and Peshkov I. V. (2016) Evaluating Cramer-Rao Bound for 2D direction-finding via planar antenna arrays. Visn. NTUU KPI, Ser. Radioteh. radioaparatobuduv., Iss. 67, pp. 12-17. DOI: 10.20535/RADAP.2016.67.12-17

Jackson B.R., Rajan S., Liao B.J. and Wang S. (2015) Direction of Arrival Estimation Using Directive Antennas in Uniform Circular Arrays. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 63, Iss. 2, pp. 736-747. DOI: 10.1109/tap.2014.2384044

Mohammadi S., Ghani A. and Sedighy S.H. (2018) Direction-of-Arrival Estimation in Conformal Microstrip Patch Array Antenna. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 66, Iss. 1, pp. 511-515. DOI: 10.1109/tap.2017.2772085

Chan A. (1995) MUSIC and maximum likelihood techniques on two-dimensional DOA estimation with uniform circular array. IEE Proceedings - Radar, Sonar and Navigation, Vol. 142, Iss. 3, pp. 105. DOI: 10.1049/ip-rsn:19951756

Nechaev Yu.B., Algazinov E.K. and Peshkov I.W. (2018) Estimation of the Cramer-Rao Bound for Radio Direction-Finding on the Azimuth and Elevation of the Cylindical Antenna Arrays. 2018 41st International Conference on Telecommunications and Signal Processing (TSP). DOI: 10.1109/tsp.2018.8441419

Опубліковано
2018-12-30
Як цитувати
Нєчаєв, Ю. Б., Пєшков, І. В. і Фортунова, Н. А. (2018) «Оцінка границі Крамера-Рао випуклих антенних решіток з направленими виапромінювачами для радіопеленгації», Вісник НТУУ "КПІ". Серія Радіотехніка, Радіоапаратобудування, 0(75), с. 16-24. doi: 10.20535/RADAP.2018.75.16-24.
Номер
Розділ
Електродинаміка, пристрої НВЧ діапазону та антенна техніка