Bir polar grid anten dizisiyle DOA kestirimi
DOA estimation by a polar grid antenna array
Yazar: SERDAR ÖZGÜR ATA
Danışman: DOÇ. DR. CEVDET IŞIK
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Kaynak işaretlerin geliş doğrultusu (Direction of Arrival - DOA) kestirimi problemiradar, sonar ve telsiz haberleşme gibi pek çok uygulama alanında çözümü üzerindeyoğun çalışılan önemli bir araştırma konusudur. Bu tez kapsamında öncelikleelektromagnetik dalga yayılımı bağıntılarından yola çıkılarak bir dalganın yayılım hızve doğrultu bilgisini taşıyan vektör tanımlanmıştır. Bu vektör ile kaynak işaretlerininalıcı anten dizileri üzerinde, ilgili dizi geometrisine bağlı olarak alacağı faz farklarınınbelirlenmesi ve dolayısıyla alınan işaretle kaynak işaretleri arasındaki bağıntıları içerenyönlendirme matrislerinin türetilmesi mümkün olmuştur.Bu tezde DOA kestirimi probleminde işaret alt uzaylarının ayrıştırılmasına dayalıMUSIC (Multiple SIgnal Classification) algoritması temel alınarak dar bantlı kaynakişaretleri için çeşitli anten dizilim geometrileri incelenmiş, mevcut düzgün doğrusaldizilim (Uniform Linear Array - ULA) ve düzgün dairesel dizilim (Uniform circularArray - UCA) geometrilerine alternatif olarak eş merkezli dairesel dizilimleri içerenpolar grid anten dizi geometrisi önerilmiştir. Bu geometriye ait yönlendirme matrisiözgün bir çalışma olarak ortaya konmuş, dizilimin DOA kestirimi problemini çözmeperformansı benzetimlerle irdelenmiştir.Çeşitli geometriler üzerinde yapılan karşılaştırmalı benzetimlerle dizi geometrilerindekiçeşitli parametrelerin DOA kestirimi başarımına olan etkileri incelenmiştir. Bu tezçalışması ile polar grid dizilimin ULA ve UCA dizilimlerine göre daha yüksek açıçözünürlüğü sağladığı ancak maliyet arttırıcı bir etken olarak polar grid dizilimlerleDOA kestiriminde yüksek işlem gücü gerektiren daha karmaşık algoritmalarınkullanılmasını gerektiği sonucuna varılmıştır.

Abstract:
The problem of estimating the direction of arrival (DOA) of source signals is a vitalresearch interest in various application areas including radar, sonar and wirelesscommunications with vast amount of effort invested to its solution. In this thesis, avector that possesses the information on the speed of propagation and the direction of awave, which are derived from the electromagnetic propagation formulation is defined.Using this vector, it could be possible to determine the phase difference terms of thesource signals related to the geometry of the array and therefore derive the steeringmatrices which include the phase-difference relationships between the received andsource signals.In this thesis, we employ the MUSIC (Multiple SIgnal Classification) algorithmdepending on the separation of signal subspaces in the estimation of DOA and analyzevarious antenna array geometries for narrowband source signals. As an alternative tothe well-known geometries of uniform linear array (ULA) and uniform circular array(UCA), polar grid antenna arrays including concentric circular arrays have beenproposed. The steering matrix of this geometry is defined as an original contributionand the performance analysis of the array in DOA-estimation is investigated.Through comparative simulations on several antenna geometries, the role of variousparameters is analyzed in DOA estimation performance. We conclude that polar gridgeometries provide higher angle resolution compared to the ULA and UCA geometries,however as a cost-increasing effect, more complex algorithms and higher computationalpower are needed to estimate DOA with polar grid antenna arrays.