Görüntü işleme yöntemleri ile sinyallerin geliş açısının kestirimi
DOA by image processing principles
Yazar: SAİT IŞIK
Danışman: YRD. DOÇ. DR. EMİR TUFAN AKMAN
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2005
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
ÖZETGÖRÜNTÜ İŞLEME YÖNTEMLERİ İLE SİNYALLERİN GELİŞAÇILARININ KESTİRİMİBir çok sinyal işleme uygulamasında amaç, ölçümlerden sinyale ait bilinmeyenparametrelerin kestirilmesidir. Örneğin anten diziliminde, anten çıkışlarında elde edilensinyaller kullanılarak, sinyallerin geliş açılarının kestirilmesi önemli bir problemdir. Buproblemin çözümüne yönelik olarak çeşitli yöntemler önerilmiştir. Bu yöntemlerarasında MUSIC (MUltiple SIgnal Classification) ve ESPRIT, oldukça yaygın olarakkullanılan yöntemlerdir. MUSIC ve ESPRIT yöntemlerinin başarımları oldukça iyiolmasına rağmen, işlem yükleri çok fazladır. İşlem yükünün fazla olmasının nedeni,DOA kestiriminde kullanılan ortak değişinti matrisinin boyutunun büyük olmasıdır. Bumatrisin boyutu da kullanılan anten sayısı ile ilgilidir. Kestirim sonucunda elde edilendeğerlerin, gerçek değerelere yakın çıkması için de anten sayısının büyük seçilmesigerekmektedir.Bu çalışmada, ESPRIT ve MUSIC yöntemlerindeki işlem yükü ile ilgili probleminortadan kaldırılmasında, görüntü işleme yöntemlerinden yararlanabileceği öngörülmüşve DOA kestirim problemine ait yeni bir yaklaşım sunulmuştur. Bu yaklasimimizda,öz-yüzler yöntemiyle yüz tanıma çalışmasında [5] önerilen Sirovich-Kirby yöntemikullanıldı. Bu yöntem, boyutu çok büyük olan ortak değişinti matrisi yerine, boyutuküçük olan iç-çarpım matrisinin kullanılması esasına dayanır.Düzgün rotasyonlu görüntülere ait iç-çarpım matrisinin simetrik ve Toeplitz matrisolduğu belirtilmektedir. Bu durumda iç-çarpım matrisinin özvektörleri, ayrık kosinüsdönüşümünün (DCT-Discrete Cosine Transform) taban fonksiyonlarıdır. Bu özellikDOA kestirim probleminde kullanılabilir. Böylece bazı varsayımlar altında (örneğinsinyallerin düzgün geliş açılı olması gibi) işlem hızı daha da arttırılabilir. Yapılanuygulamalarda elde edilen sonuçların ESPRIT yönteminden elde edilen sonuçlara(özellikler yüksek SNR değerlerinde ) çok yakın olduğu görülmüştür.i

Abstract:
SUMMARYDOA ESTIMATION BY IMAGE PROCESSING METHODSIn many signal processing applications, the estimation of unknown parameters ofsignals from the measurments is the main objective. For example, the direction ofarrival estimation by using the signals obtained at the antenna outputs is very importantin many sensor systems. There have been several approaches to such problem [3].MUSIC ( Multiple SIgnal Classification ) and ESPRIT are widely used for DOA.Although often successful, the computational cost is considerably high in thesemethods, since the dimension of covariance matrix used in DOA estimation is veryhigh. The dimension of covariance matrix depends on the number of sensor. The use ofmany sensors provides the better DOA estimation.DOA estimation techniques also find some applications in image processing problems.We suggest that the image proccesing techniques can be used to reduce computationalcost in ESPRIT and MUSIC and two approaches for DOA estimation problem arepresented in this thesis. In our first approach, the Sirovich-Kirby method used for facerecognition by eigen-faces method proposedin [ 5 ] is used. This approach is based onthe use of the low dimensional inner-productmatrix instead of the high dimensionalcovariance matrix.In addition to that if the image consists of the set of uniforly rotated templates, thecorresponding inner-product matrix becomes symmentric and Toeplitz matrix. In thiscase, the basis of DCT are the eigenvalues of inner-product matrix. In our secondapproach, we use this property for DOA estimation problem under the constraint thatthe signals are uniformly directed. Thus the computational cost can be much reduced.In our study, we observed tahat, the estimated directions obtained by using ourapproaches are very closed to the actual values especially for high SNRs.i