Nghiên cứu nâng cao hiệu năng của hệ tìm phương sử dụng Anten không tâm pha trong môi trường các nguồn tín hiệu tương quan
Nghiên cứu nâng cao hiệu năng của hệ tìm phương sử dụng Anten không tâm pha trong môi trường các nguồn tín hiệu tương quan
Xem bên trong

Nghiên cứu nâng cao hiệu năng của hệ tìm phương sử dụng Anten không tâm pha trong môi trường các nguồn tín hiệu tương quan

90 tr. + CD-ROM
Luận án TS. Kỹ thuật viễn thông — Trường đại học Công nghệ. Đại học Quốc gia Hà Nội, 2015

0.00

Mã: 00050006084 Danh mục: Từ khóa: , ,

Tải về miễn phí bản đầy đủ PDF luận văn tại Link bản đầy đủ 1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

TRẦN THỊ THÚY QUỲNH

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU NĂNG CỦA HỆ TÌM PHƯƠNG
SỬ DỤNG ANTEN KHÔNG TÂM PHA TRONG MÔI TRƯỜNG
CÁC NGUỒN TÍN HIỆU TƯƠNG QUAN

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ,
TRUYỀN THÔNG

Hà Nội – 2015

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
Trần Thị Thúy Quỳnh
NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU NĂNG CỦA HỆ TÌM
PHƯƠNG SỬ DỤNG ANTEN KHÔNG TÂM PHA TRONG
MÔI TRƯỜNG CÁC NGUỒN TÍN HIỆU TƯƠNG QUAN
Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thông
Mã số: 62 52 02 08
LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ,
TRUYỀN THÔNG
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. GS.TSKH. Phan Anh
2. PGS.TS. Trần Minh Tuấn
Hà Nội – 2015
i
LỜI CẢM ƠN
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến GS.TSKH. Phan Anh, người đã dẫn
dắt, định hướng cho tôi trong những nghiên cứu về lĩnh vực anten, truyền sóng,
và kỹ thuật siêu cao tần. Trong suốt quá trình nghiên cứu về anten không tâm
pha, tôi đã nhận được nhiều lời khuyên quý báu của thầy để có những chuyển
biến tích cực trong nghiên cứu cấu trúc anten.
Người thầy thứ hai tôi muốn gửi lời cảm ơn là GS.TS. Karim Abed-Meraim.
Với nhiều kinh nghiệm trong lĩnh vực xử lý tín hiệu mảng cũng như tối ưu hóa
cấu hình anten mảng, thầy đã giúp tôi có cái nhìn tổng quan và định hướng tốt
hơn về các nội dung cần làm của luận án, đặc biệt là phần xử lý tín hiệu.
Tôi cũng xin cảm ơn PGS.TS. Nguyễn Linh Trung, người luôn cho tôi
những lời khuyên quý báu trong nghiên cứu cũng như hướng dẫn tôi cách suy
nghĩ và cách viết một bài báo khoa học; PGS.TS. Trần Đức Tân đã cho những
lời khuyên về cách sử dụng thuật toán nén mẫu; PGS.TS. Trần Minh Tuấn đã
hướng dẫn tôi những kiến thức ban đầu về các cấu trúc anten hiện đại; các thầy,
cô Khoa Điện tử – Viễn thông và các thầy, cô phản biện đã cho nhiều góp ý giúp
tôi khắc phục những điểm còn hạn chế trong luận án.
Tôi cũng xin được cảm ơn NCS. Trương Minh Chính đã giúp đỡ nhiều
trong phần soạn thảo luận án; các bạn đồng nghiệp trong khoa Điện tử – Viễn
thông đã luôn động viên, giúp đỡ trong công việc và cuộc sống.
Lời cảm ơn cuối cùng tôi xin gửi đến gia đình thân yêu, đã luôn tạo điều
kiện cho tôi được học tập và phát triển.
Trần Thị Thúy Quỳnh
ii
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan những công việc được thực hiện trong luận án chưa từng
được các tác giả khác đề xuất. Với sự hiểu biết của mình, tôi chắc chắn các số
liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa được công bố ở đâu và trong
bất cứ công trình nào trừ công trình của tác giả và tài liệu tham khảo.
Nếu có gì sai trái, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.
Hà Nội, ngày . . . tháng . . . năm 2015
Tác giả
Trần Thị Thúy Quỳnh
iii
MỤC LỤC
Trang phụ bìa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i
Lời cảm ơn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ii
Lời cam đoan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iii
Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . viii
Danh mục bảng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xvi
Danh mục các hình vẽ, đồ thị. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xvii
MỞ ĐẦU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Chương 1. TỔNGQUANVỀMỘT SỐMẢNGANTENVÀ PHƯƠNG
PHÁP TÌM PHƯƠNG TIÊU BIỂU. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.1. Giới thiệu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.2. Mô hình dữ liệu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.3. Cấu trúc hình học của mảng anten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.3.1. Tính duy nhất của vector đáp ứng mảng, tính vô hướng của mảng,
và ngưỡng phân giải . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.3.2. Mảng ULA và UCA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.3.3. Anten không tâm pha (AWPC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
iv
1.3.4. Nhận xét . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
1.4. Thuật toán tìm hướng sóng đến. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
1.4.1. Thuật toán tạo chùm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
1.4.2. Thuật toán MUSIC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
1.4.3. Thuật toán ML. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
1.4.4. Nhận xét . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
1.5. Anten không tâm pha tổng quát và thuật toán MUSIC . . . . . . . . . . . . 40
1.6. Kết luận chương 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Chương 2. KHẮC PHỤC VẤN ĐỀ LẶP LẠI PHỔ KHÔNG GIAN
CỦA HỆ TÌM PHƯƠNG SỬ DỤNG ANTEN AWPC . . . . . . . . . 44
2.1. Giới thiệu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.2. Sym-AWPC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.2.1. Lựa chọn góc quay anten ∆φ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.2.2. Phân tích số học tính duy nhất của vector đáp ứng mảng . . . . 47
2.2.3. Kết quả mô phỏng. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.3. SymII-AWPC-UCA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.3.1. Phân tích số học tính duy nhất của vector đáp ứng mảng . . . . 51
2.3.2. Kết quả mô phỏng. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.4. Asym-AWPC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.4.1. Phân tích số học tính duy nhất của vector đáp ứng mảng . . . . 57
2.4.2. Kết quả mô phỏng. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
2.4.3. Tính vô hướng của mảng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
2.4.4. Ngưỡng phân giải . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
2.4.5. Hiệu năng của hệ thống . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
2.4.6. Kết quả mô phỏng. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
2.5. Kết luận chương 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
v
Chương 3. HỆ TÌM PHƯƠNG SỬ DỤNG ASYM-AWPC TRONG
MÔI TRƯỜNG CÁC NGUỒN TÍN HIỆU TƯƠNG QUAN . . . . 69
3.1. Giới thiệu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
3.2. Hệ tìm phương Asym-AWPC-MUSIC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
3.3. Hệ tìm phương Asym-AWPC-CS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
3.3.1. Mô hình dữ liệu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
3.3.2. Đặc tính của ma trận đo được tạo bởi Asym-AWPC . . . . . . . . . 76
3.3.3. Thuật toán khôi phục: Bình phương tối thiểu có điều chỉnh l1 78
3.3.4. Kết quả mô phỏng. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
3.4. Cải thiện độ phân giải của Asym-AWPC-CS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
3.4.1. Đánh giá độ phân giải . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
3.4.2. Kết quả mô phỏng. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
3.5. Độ phức tạp tính toán của Asym-AWPC-CS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
3.5.1. Độ phức tạp tính toán . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
3.5.2. Kết quả mô phỏng. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
3.6. Kết luận chương 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN
QUAN ĐẾN LUẬN ÁN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
TÀI LIỆU THAM KHẢO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
PHỤ LỤC A. Công thức đánh giá tính duy nhất của vector đáp ứng
mảng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
PHỤ LỤC B. Công thức tính CRLB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
vi
PHỤ LỤC C. Giản đồ bức xạ của anten AWPC tổng quát . . . . 104
PHỤ LỤC D. Tính đường bao thấp CRLB một nguồn trong trường
hợp mô hình ngẫu nhiên . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
PHỤ LỤC E. Chứng minh phụ thuộc tuyến tính loại π của vector đáp
ứng mảng trong cấu trúc Sym-AWPC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
PHỤ LỤC F. Chứng minh phụ thuộc tuyến tính loại π/2 của vector
đáp ứng mảng trong cấu trúc SymI-AWPC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
vii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
VÀ CHỮ VIẾT TẮT
viii
Danh mục các ký hiệu
STT Ký hiệu Mô tả
1 in thường Vô hướng
2 in thường, đậm Vector
3 in hoa, đậm Ma trận
4 ∗ Phép biến đổi liên hiệp phức
5 × Phép nhân vô hướng
6 Phép nhân Hadamard (nhân từng phần tử
của ma trận)
7 β Hệ số mảng
8 δφ Ngưỡng phân giải thống kê
9 ∆φ Góc quay anten
10 ∆d Độ bất đối xứng của anten Asym-AWPC
11  Độ phân giải
12 η Mức độ không phụ thuộc tuyến tính của vec-
tor đáp ứng mảng
13 γ Tính duy nhất của vector đáp ứng mảng
14 κ Hệ số liên kết
15 λ Bước sóng của tín hiệu
16 µx Giá trị trung bình của x
17 φ Góc phương vị
18 Φ Giản đồ pha của anten
19 θ Góc ngẩng
20 ξ Tham số điều chỉnh
21 E Phép tính trung bình
22 a Phần tử của vector đáp ứng mảng
23 a Vector đáp ứng mảng
24 A Ma trận chứa các vector đáp ứng mảng hoặc
ma trận đo
ix
Danh mục các ký hiệu
STT Ký hiệu Mô tả
25 Cx = E{(x−µx)(xH −µHx )} Ma trận hiệp phương sai của x
26 d Khoảng cách giữa hai phần tử anten
27 d̄ Chỉ số nguồn tín hiệu
28 dAC Khoảng cách giữa phần tử anten A và C
29 dBD Khoảng cách giữa phần tử anten B và D
30 D Số nguồn tín hiệu đến
31 e Vector riêng
32 E Điện trường
33 En Ma trận chứa vector riêng của không gian con
nhiễu
34 Es Ma trận chứa vector riêng của không gian con
tín hiệu nguồn
35 G Giản đồ biên độ của anten
36 H Phép biến đổi Hermitan
37 I Ma trận đơn vị
38 = Phần ảo
39 J Ma trận thông tin Fisher
40 k Hệ số sóng
41 K Số mẫu tín hiệu thu thập
42 l Chiều dài dipole
43 L Số cấu hình anten hoặc số lượng góc khảo sát
44 m Chỉ số phần tử anten
45 M Số phần tử anten, kích thước vector đáp ứng
mảng
46 n Nhiễu tại một phần tử anten
47 N Số phần tử SymII-AWPC trong mảng SymII-
AWPC-UCA
x
Danh mục các ký hiệu
STT Ký hiệu Mô tả
48 < Phần thực 49 Rx = E{x(t)x(t)H} Ma trận tương quan của x 50 R̂x = 1 K ∑K k=1 x(k)x(k) H Ma trận tương quan ước lượng của x 51 s Tín hiệu nguồn đến 52 T Phép chuyển vị 53 V Điện áp vào của dipole 54 w Trọng số phức 55 x Tín hiệu thu thập tại mỗi phần tử anten 56 (x̄m, ȳm) Vị trí của phần tử anten thứ m trong không gian xi Danh mục các chữ viết tắt STT Chữ Mô tả Tiếng Anh Mô tả Tiếng Việt viết tắt 1 1-D 1 Dimensional 1 chiều 2 ACRB Averaged Cramer Rao Bound Trung bình đường bao Cramer-Rao 3 AC-ACRB Antenna Configuration and Averaged Cramer Rao Bound Trung bình đường bao Cramer-Rao theo cấu hình anten 4 ACF Ambiguity Checking Function Hàm kiểm tra lỗi phụ thuộc tuyến tính của vector đáp ứng mảng 5 AFL Ambiguity Free Level Mức độ không phụ thuộc tuyến tính của vector đáp ứng mảng 6 AGS Ambiguous Generator Set Tập tạo ra lỗi phụ thuộc tuyến tính của vector đáp ứng mảng 7 AWPC Antenna Without Phase Cen- ter Anten không tâm pha 8 AWPC- MUSIC Antenna Without Phase Center-MUltiple SIgnal Classification Hệ tìm phương sử dụng anten không tâm pha và thuật toán phân lớp nhiều tín hiệu 9 Asym- AWPC Asymmetric Antenna With- out Phase Center Anten không tâm pha bất đối xứng 10 Asym- AWPC-0.6 Asymmetric Antenna With- out Phase Center-0.6 Anten không tâm pha bất đối xứng với hệ số bất đối xứng bằng 0,6 xii Danh mục chữ viết tắt STT Chữ Mô tả Tiếng Anh Mô tả Tiếng Việt viết tắt 11 Asym- AWPC- MUSIC Asymmetric Antenna With- out Phase Center-MUltiple SIgnal Classification Hệ tìm phương sử dụng anten không tâm pha bất đối xứng và thuật toán phân lớp nhiều tín hiệu 12 Asym- AWPC-CS Asymmetric Antenna Without Phase Center- Compressive Sensing Hệ tìm phương sử dụng anten không tâm pha bất đối xứng và thuật toán nén mẫu 13 CRB Cramer Rao Bound Đường bao Cramer Rao 14 CRLB Cramer Rao Lower Bound Đường bao thấp Cramer Rao 15 CS Compressive Sensing Thuật toán nén mẫu 16 DOA Direction of Arrival Hướng sóng đến 17 DML Deterministic Maximum Likelihood Thuật toán giống nhất cực đại theo mô hình xác định 18 ESPRIT Estimation of Signal Param- eters Via Rotational Invari- ance Techniques Thuật toán ước lượng các tham số của tín hiệu thông qua kỹ thuật quay bất biến 19 FBA Forward-Backward Ap- proach Phương pháp trước và sau 20 FBSS Forward-Backward Spatial Smoothing Làm trơn không gian trước và sau 21 HIS Histograms Biểu đồ tần suất 22 iid independent and identically distributed Phân bố độc lập và giống nhau 23 ML Maximum Likelihood Thuật toán giống nhất cực đại 24 MUSIC MUltiple Signal Classifica- tion Thuật toán phân lớp nhiều tín hiệu xiii Danh mục chữ viết tắt STT Chữ Mô tả Tiếng Anh Mô tả Tiếng Việt viết tắt 25 MSE Mean Square Error Lỗi bình phương trung bình 26 MVDR Minimum Variance Distor- sionless Response Đáp ứng không méo phương sai tối thiểu 27 New-AWPC New Antenna Without Phase Center Anten không tâm pha mới 28 NLA Nonuniform Linear Array Mảng thẳng không cách đều 29 UCA Uniform Circula Array Mảng tròn cách đều 30 UCA-4e Uniform Circula Array-4 ele- ment Mảng tròn cách đều 4 phần tử 31 UCA-MUSIC Uniform Circula Array- MUltiple SIgnal Classifica- tion Hệ tìm phương sử dụng mảng tròn cách đều và thuật toán phân lớp nhiều tín hiệu 32 ULA Uniform Linear Array Mảng thẳng cách đều 33 URA Uniform Rectangular Array Mảng chữ nhật cách đều 34 RF-IF Radio Frequency - Interme- diate Frequency Bộ chuyển đổi từ tần số cao xuống trung tần 35 RIP Restricted Isometry Prop- erty Đặc tính cùng mức giới hạn 36 RMSE Root Mean Square Error Căn bậc hai lỗi bình phương trung bình 37 SDDI Scale Data and Display as Images Căn chỉnh và hiển thị dữ liệu dưới dạng hình ảnh 38 SML Stochastic Maximum Likeli- hood Thuật toán giống nhất cực đại theo mô hình ngẫu nhiên 39 SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên tạp âm 40 SRL Statistical Resolution Limit Giới hạn phân giải thống kê xiv

Tác giả

Trần Thị Thúy Quỳnh

Nhà xuất bản

ĐHCN

Năm xuất bản

2015

Người hướng dẫn

Phan Anh, Trần Minh Tuấn

Định danh

00050006084

Kiểu

text

Định dạng

text/pdf

Nhà xuất bản

Khoa điện tử viễn thông,

Trường đại học Công nghệ

Các đánh giá

Hiện chưa có đánh giá cho sản phẩm.

Hãy là người đầu tiên đánh giá “Nghiên cứu nâng cao hiệu năng của hệ tìm phương sử dụng Anten không tâm pha trong môi trường các nguồn tín hiệu tương quan”

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *