عنوان                                                        صفحه
 
چکیده 1
مقدمه 2
 
فصل اول : اصول انتشار امواج
1-1- مقدمه 4
1-2- انتشار امواج 4
1-3-سنسورهای آرایه ای 6
1-4- پردازش سیگنال آرایه خطی 7
1-4-1- فرضیات پایه 7
1-4-1-1- میدان دور 7
1-4-1-2- سیگنال باند باریک 7
1-4-1-3- ایستائی 8
1-4-1-4- سیگنال های چندگانه 8
1-4-1-5- نویز (Noise) 8
1-5- تبدیل مکان – زمان 9
1-6- سیگنال های تصادفی 10
 
فصل دوم: روش های پردازش سیگنال های باند باریک
2-1-مقدمه 15
2-2-روش های مبتنی بر پایه طیف 15
2-3-روش های شکل دهی پرتو 15
2-3-1-روش شکل دهی پرتو متعارف 15
2-3-2- روش کاپون 17
2-3-3- روش های مبتنی بر زیر فضا 19
2-3-4-معرفی روش 20
2-3-5- الگوریتم 21
2-3-6- معرفی روش 23
2-3-7-مدل داده ها 25
2-3-8- الگوریتم ESPIRIT 28
2-4-آنتن های آرایه ای 31
2-5- مدل سیگنال 35
2-6- ماتریس کوواریانس 36
 
فصل سوم: جهت یابی سیگنال های پهن باند
3-1- مقدمه 39
3-2- معرفی سیگنال های باند پهن 39
3-3- معرفی تکنیک های مختلف جهت یابی سیگنال های باند پهن 41
3-3-1- مدلسازی داده های باند پهن 41
3-3-2- معرفی اجمالی روش های جهت یابی سیگنال های باند پهن با بهره گرفتن از بانک فیلتر 42
3-3-3- مدل فرکانسی سیگنال باند پهن 44
3-3-4- الگوریتم های مختلف جهت یابی سیگنال های پهن باند 47
3-3-5- روش های جهت یابی ناهمبسته 47
3-3-6- روش های ناهمبسته فرکانسی 48
3-3-7- فرم دهنده بیم به روش کاپون 48
3-3-8- میانگین گیری حسابی 51
3-3-9- روش میانگین گیری هندسی 52
3-3-10- روش میانگین گیری هارمونیک 53
3-3-11- الگوریتم موزیک پهن باند 53
3-3-12- الگوریتم وزن دهی مناسب زیرفضاها 55
3-3-13- محاسبه تخمین به روش 58
3-3-14- ملاحظات عملی در روش 60
3-3-15- روش های جهت یابی همبسته زیرفضایی( ) 62
3-3-16- روش ماتریس تمرکز قطری 62
3-3-17- روش زیرفضای چرخشی سیگنال 64
3-3-18- استفاده از ماتریس کانونی در روش 66
3-3-19– روش وزن دهی متوسط به زیر فضاهای سیگنال( ) 67
 
فصل چهارم:‌الگوریتم TOPS
4-1- مقدمه 70
4-2- مفاهیم پایه 70
4-3- ارائه یک مدل ریاضی 71
4-4- توسعه الگوریتم به فضای چند بعدی 76
4-5- تصویر در راستای زیرفضای سیگنال 78
4-6- الگوریتم محاسبه 80
4-6-1- پیچیدگی محاسبات 81
 
فصل پنجم:‌شبیه سازی الگوریتم های تخمین DOA
برای آرایه های خطی 83
5-1- مقدمه 84
5-2- الگوریتم های تخمین 84
5-2-1- معرفی اجمالی الگوریتم های به کار رفته در شبیه سازی 84
5-2-1-1- بررسی الگوریتم MUSIC و Capon 85
5-2-1-2- الگوریتم همبستگی زیرفضای سیگنال( ) 86
5-2-1-3- ماتریس زیرفضای کانونی سیگنال ( ) 88
5-2-1-3-1- الگوریتم محاسبه روش 89
5-2-1-3-2-نکات مهم در محاسبه تخمین به روش 90
5-3- مدل سازی داده ها 91
5-3-1- خصوصیات منبع سیگنال ارسالی 91
5-3-2- مفروضات داده های دریافتی توسط آرایه آنتن 92
5-4- سناریوهای شبیه سازی شده. 92
5-4-1- سناریوی شماره 1 92
 
 
فصل ششم: نتیجه‌گیری و پیشنهادات
6-1- نتیجه‌گیری. 122
6-2- پیشنهادات 123
مراجع 121
 
 
فهرست جداول
عنوان                                                        صفحه
 
جدول شماره (5-1)– مبنای شبیه سازی 92
جدول شماره (5-2) – خلاصه اطلاعات شبیه سازی در سناریوی اول 93
 
 
فهرست تصاویر
عنوان                                                        صفحه
 
شکل 1-1- مختصات کروی 6
شکل 1- 4- پردازش سیگنال در آرایه ای ازآنتن ها شامل آنتن 13
شکل 2-1- هندسه آرایه 24
شکل 2-2- نمایش آرایه ها برای الگوریتم 25
شکل 2-3- الگوریتم استاندارد با دو زیر آرایه غیر هم پوش و هرکدام شامل سنسور 29
شکل 2-4- الگوریتم استاندارد با دو زیر آرایه با هم پوشانی حداکثر و هرکدام                  شامل سنسور 29
شکل 2-5- آرایه خطی 32
شکل 2-6- نمونه برداری فضایی از سیگنال ارسالی توسط آرایه خطی از آنتن ها 33
شکل 3-1- الف – آرایه خطی 45
شکل 3-1- ب آرایه دایره ای 46
شکل 3-2- الگوی پرتودهی در روش کاپون به ازای منبع ارسالی 0db در بین فرکانسی 150 هرتز و دریافتی توسط آرایه ای از 20 سنسور 49
شکل 3-3- ضرب اسکالر بردار هدایت در بردار ویژه 50
شکل (5- 1) – خروجی الگوریتم MUSIC در و زوایای 94
شکل (5- 2) – خروجی الگوریتم SSF در و زوایای 94
شکل (5-3 ) – خروجی الگوریتم WAVES در و زوایای 95
شکل (5- 4) – خروجی الگوریتم Capon Arithmetic در و زوایای 96
شکل (5- 5) – خروجی الگوریتم Capon Harmonic در و زوایای 97
شکل (5- 6) – خروجی الگوریتم Capon Geometric در و زوایای 97
شکل (5- 7) – خروجی الگوریتم MUSIC در و زوایای 98
شکل (5- 8) – خروجی الگوریتم SSF در و زوایای 98
شکل (5- 9) – خروجی الگوریتم WAVES در و زوایای 99
شکل (5- 10) – خروجی الگوریتمCapon Arithmetic در و زوایای 99
شکل (5- 11) – خروجی الگوریتمCapon Harmonic در و زوایای 100
شکل (5- 12) – خروجی الگوریتمCapon Geometric در و زوایای 100
شکل (5- 13) – خروجی الگوریتم  MUSICدر و زوایای 101
شکل (5- 14) – خروجی الگوریتم  SSFدر و زوایای 101
شکل (5- 15) – خروجی الگوریتم  WAVESدر و زوایای 102
شکل (5- 16) – خروجی الگوریتم Capon Arithmeticدر و زوایای 102
شکل (5- 17) – خروجی الگوریتم Capon Harmonic و زوایای 103
شکل (5- 18) – خروجی الگوریتم Capon Geometric و زوایای 103
شکل (5- 19) – خروجی الگوریتم MUSIC برای و زوایای 104
شکل (5- 20) – خروجی الگوریتم WAVES برای و زوایای 104
شکل (5- 21) – خروجی الگوریتم Capon Arithmetic برای و زوایای 105
شکل (5- 22) – خروجی الگوریتم Capon Harmonic برای و زوایای 105
شکل (5- 23) – خروجی الگوریتم Capon Geometric برای و زوایای 106
شکل (5- 24) – خروجی الگوریتم MUSIC برای و زوایای 106
شکل (5- 25) – خروجی الگوریتم SSF برای و زوایای 107
شکل (5- 26) – خروجی الگوریتم WAVES برای و زوایای 107
شکل (5- 27) – خروجی الگوریتم Capon Arthimetic برای و زوایای 108
شکل (5- 28) – خروجی الگوریتم Capon Harmonic برای و زوایای 108
شکل (5- 29) – خروجی الگوریتمCapon Geometrics برای و زوایای 109
5-4-2- سناریو 2 109
شکل (5-30) مقایسه 5 الگوریتم مطرح شده به ازای سیگنال دریافتی در زاویه 100 ، 330، 360 به ازای تعداد لحظات مشاهده 128 و تعداد بین فرکانسی 128) 110
شکل (5-31)محاسبه میزان خطا به ازای سیگنال دریافتی در زاویه 100 ، 330، 370 به ازای تعداد لحظات مشاهده 128 و تعداد بین فرکانسی 128 110
شکل (5-32) مقایسه الگوریتم مطرح شده به ازای سیگنال دریافتی در زاویه 100 ، 330، 380 به ازای تعداد لحظات مشاهده 128 و تعداد بین فرکانسی 128 111
شکل (5-33) مقایسه الگوریتم مطرح شده به ازای سیگنال دریافتی در زاویه 100 ، 330، 390 به ازای تعداد لحظات مشاهده 128 و تعداد بین فرکانسی 128 111
شکل (5-34) مقایسه الگوریتم مطرح شده به ازای سیگنال دریافتی در زاویه 100 ، 330، 340 به ازای تعداد لحظات مشاهده 100 و تعداد بین فرکانسی 4 114
شکل (5-35) مقایسه الگوریتم مطرح شده به ازای سیگنال دریافتی در زاویه 100 ، 330، 370 به ازای تعداد لحظات مشاهده 1024 و تعداد بین فرکانسی 16 115
شکل (5-36) مقایسه الگوریتم مطرح شده به ازای سیگنال دریافتی در زاویه 100 ، 330، 380 به ازای تعداد لحظات مشاهده 100 و تعداد بین فرکانسی 8 115
شکل (5-37) مقایسه الگوریتم مطرح شده به ازای سیگنال دریافتی در زاویه 100 ، 330، 380 به ازای تعداد لحظات مشاهده 100 و تعداد بین فرکانسی 16 116
شکل (5-38) مقایسه الگوریتم مطرح شده به ازای سیگنال دریافتی در زاویه 100 ، 330، 380 به ازای تعداد لحظات مشاهده 100 و تعداد بین فرکانسی 16 116
شکل (39-5) مقایسه الگوریتم‌های متفاوت به ازای دو سیگنال دریافتی در زاویه‌های 100 و 330 و زاویه سیگنال سوم بین مقادیر 270 الی 390 به ازای SNR=2 و تعداد‌ لحظات مشاهده SNAP=128 و تعداد در بین فرکانسSamp=64 117
شکل (40-5) مقایسه الگوریتم‌های متفاوت به ازای دو سیگنال دریافتی در زاویه‌های 100 و 330 و زاویه سیگنال سوم بین مقادیر 270 الی 390 به ازای SNR=5 و تعداد ‌لحظات مشاهده SNAP=128 و تعداد در بین فرکانسSamp=64 117
شکل (41-5) مقایسه الگوریتم‌های متفاوت به ازای دو سیگنال دریافتی در زاویه‌های 100 و 330 و زاویه سیگنال سوم بین مقادیر 270 الی 390 به ازای SNR=9 و تعداد ‌لحظات مشاهده SNAP=128 و تعداد در بین فرکانسSamp=64 118
شکل (42-5) مقایسه الگوریتم‌های متفاوت به ازای دو سیگنال دریافتی در زاویه‌های 100 و 330 و زاویه سیگنال سوم بین مقادیر 270 الی 390 به ازای SNR=14 و تعداد ‌لحظات مشاهده SNAP=128 و تعداد در بین فرکانسSamp=64 118
شکل (43-5) مقایسه الگوریتم‌های متفاوت به ازای دو سیگنال دریافتی در زاویه‌های 100 و 330 و زاویه سیگنال سوم بین مقادیر 270 الی 390 به ازای SNR=16 و تعداد ‌لحظات مشاهده SNAP=128 و تعداد در بین فرکانسSamp=64 119
 
 

چکیده:
 
جهت یابی سیگنال­های پهن باند
DOA Estimation for Wideband Signals
یکی از مهم­ترین کاربردهای آرایه ها، تحمین جهت یابی سیگنال­های انتشار یافته درمحیط می باشد. بسیاری از روش­های جهت یابی از دیرباز مورد استفاده قرار می­گیرند که به مرور زمان تغییراتی در آن­ها صورت گرفته است. بسته به شرایط محیط، ممکن است یکی از روش­های جهت یابی عملکرد بهتری نسبت به سایر روش­ها داشته باشد. نکته­ای که مطرح است اینکه اغلب روش­های جهت یابی برای سیگنال­های باریک باند طراحی شده ­اند. در عمل ممکن است سیگنال­هایی که در محیط وجود دارند یا پهن باند باشند و یا اینکه در بین­های فرکانسی مختلفی قرار داشته باشند.یکی از متداول ترین روش­ها در جهت یابی سیگنال­های پهن باند این است که سیگنال پهن باند را به بین­های مختلف فرکانسی تفکیک نموده و سپس پردازش­های لازم را در حوزه فرکانس انجام دهیم. بر این اساس روش­های مختلفی برای جهت یابی سیگنال­های پهن باند بیان شده است.در برخی از روش­ها جهت یابی هر بین فرکانسی به صورت مستقل از سایر بین­ها پردازش می گردد، که به روش­های ناهمبسته مشهور هستند. برخی دیگر از روش­ها اطلاعات بین­های مختلف فرکانسی را به صورتی با یکدیگر ترکیب می­ کند و سپس جهت یابی را انجام می­دهد (روش­های همبسته). مشکل بزرگ روش­های همبسته این است که بایستی در ابتدا تخمین اولیه­ای از زوایای ورود منابع داشته باشیم. برخی از روش­ها نیز هستند که ماهیت آن­ها متفاوت از روش­های همبسته و ناهمبسته است و می­توان گفت حالت بین این دو روش هستند. از جمله این روش­ها می­توان به TOPS[1] اشاره کرد. که برای رفع مشکل تخمین اولیه زوایا در روش­های همبسته معرفی شده است.هدف از این پایان نامه بررسی روش های مختلف جهت یابی سیگنالهای پهن باند و مقایسه نحوه عملکرد هر یک می باشد.