Please use this identifier to cite or link to this item: https://hdl.handle.net/20.500.13087/2385
Title: Volumetric array geometry design for direction of arrival estimation under array imperfections
Other Titles: Dizi kusurları altında varış yönü kestirimi için hacimsel dizi geometrisi tasarımı
Authors: Filik, Tansu
Keskin, Fesih
Keywords: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği
Electrical and Electronics Engineering
Issue Date: 2021
Publisher: Eskişehir Teknik Üniversitesi
Abstract: Varış-açısı (DOA) kestirimi birkaç on yıldır kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. DOA kestirim performansı birkaç parametreye bağlıdır. Bu parametrelerden önemli olan bazıları kaynakların sayısı, kaynakların yönü, dizideki algılayıcıların sayısı ve konumudur. Pratik DOA kestirim sistemlerinde, yakın aralıklı antenler kaçınılmaz olarak elektromanyetik ortak bağlaşıma (MC) neden olur, ve geniş aralıklı dizi elemanları açı kestirimi belirsizliğine neden olur. Ayrıca yayılan dalgaların yansıma, kırılma, kırınım ve saçılması, iyi bilinen dizi modelini bozmaktadır. Dizi kusurları olarak adlandırılabilecek olan tüm bu pratik etkiler, DOA sistemleri için zorlu konulardır. Günümüzde DOA kestirim sistemleri sadece yerde değillerdir, uçuyorlar, ve ayrıca hedefler de hareketlidirler. Bu dinamik senaryoda, hem yanca hem de yükseklik açı (yani iki boyutlu, 2-B) kestirim performansı yön-bağımsız (izotropik) olmalıdır. Yön-bağımsız diziler, tüm yanca ve yükseklik yönleri için eşit Cramer-Rao alt sınır seviyelerine sahiptir. Bu özellik sadece bazı özel hacimsel dizilerle mümkün olabilmektedir. Bu çalışmada, yeni hacimsel (yani üç boyutlu, 3-B) algılayıcı dizi geometrisi tasarımları araştırılmış ve dizi kusurları altında analiz edilmiştir. Önerilen yöntemler 2-B yön-bağımsızlık, ortak bağlaşım ve açı belirsizliği kısıtlamaları altında minimum sayıda ek algılayıcı eklemeye dayanmaktadır. Verilen dizilere eklenecek algılayıcıların konumları ve sayıları üzerindeki kısıtlamalar analitik olarak türetilmiştir. İlk olarak, 2-B yön-bağımsız DOA kestirimi için Hacimsel V-şekilli dizilerin potansiyelleri üzerine durulmuştur. Ardından, merkez simetrik düzlemsel diziler için daha genel bir genişletme düzeni sunulmuştur. Son olarak, 2-B yön-bağımsız DOA kestirimi için rastgele doğrusal ve düzlemsel dizilere uygulanabilen en iyi (optimum) dizi genişletme yaklaşımı önerilmiştir. Tüm bu diziler için analitik sonuçlar çeşitli benzetim sonuçlarıyla doğrulanmıştır. Ayrıca, geleceğin senaryosu olarak, gizli yayıcıların 2-B DOA kestirimi için hacimsel algılayıcı dizisi olarak uçan (dinamik) çoklu İHA'ları ele aldık. Ayrıca, geleceğin uçmakta olan DF sistemi senaryosu olarak, gizli yayıcıların 2-B DOA kestirimi için hacimsel sensör dizisi olarak birden fazla İHA'yı ele aldık.
Direction of arrival (DOA) estimation has been studied comprehensively for several decades. The DOA estimation performance depends on several parameters. Some of these important parameters are the number of sources, the direction of sources, the number and location of the sensors in the array. In practical DOA estimation systems, closely spaced antennas (sensors) inevitably cause electromagnetic mutual coupling (MC), and largely spaced array elements cause angle estimation ambiguity. Also, reflection, refraction, diffraction, and scattering of propagating waves distort the well-known array model. All these practical effects, which can be called as array imperfections, are challenging issues for DOA systems. Nowadays, DOA estimation systems are not located on the ground, they are flying, and the targets are also mobile. In this dynamic scenario, both the azimuth and elevation angles (i.e., two-dimensional, 2-D) estimation performance should be isotropic. The isotropic arrays have equal Cram\'{e}r-Rao lower bound levels for all azimuth and elevation directions. This can only be possible with some special volumetric arrays. In this study, new volumetric (i.e., three-dimensional, 3-D) sensor array geometry designs are investigated and analyzed under array imperfections. The proposed methods are based on adding a minimum number of additional sensors under constraints of 2-D isotropy, mutual coupling, and angle ambiguity. The constraints on the sensors' locations and numbers to be added over the given arrays are analytically derived. Firstly, the potentials of volumetric V-shaped arrays are considered for 2-D isotropic DOA estimation. Then more generic extension layout for centrosymmetric planar arrays is presented. Finally, an optimum array extension approach, which can be applicable to arbitrary linear and planar arrays, is proposed for 2-D isotropic DOA estimation. Analytical results have been verified with various simulation results for all these arrays. We also considered multiple UAVs as volumetric sensor array for 2-D DOA estimation of hidden emitters as the future airborne DF system scenario.
URI: https://hdl.handle.net/20.500.13087/2385
https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi/TezGoster?key=9MiDp3x86xrwjpi5-14w-YCr0dfT164wbaVlndgykGCoBl1JtmRSCZDRDPY_tGOr
Appears in Collections:Tez Koleksiyonu

Show full item record

CORE Recommender

Page view(s)

24
checked on Oct 3, 2022

Google ScholarTM

Check


Items in GCRIS Repository are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.