O metodach wyznaczania kierunków, z których odbierane są fale elektromagnetyczne TEM

• Autorzy: Rosłoniec Stanisław , Rosłoniec Wojciech

Identyfikatory

DOI

10.15199/59.2022.6.2

Warianty tytułu

EN

About the methods of determining directions from which TEM electromagnetic waves are received

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedmiotem rozważań w niniejszym artykule są metody wyznaczania kierunków odbioru fal elektromagnetycznych rodzaju TEM za pomocą wieloelementowych, liniowych szyków antenowych. Jeżeli charakterystyki kierunkowości tych szyków formowane są przez analogowe lub cyfrowe układy formowania wiązek, to opracowane dla nich metody wyznaczania kierunku odbioru (ang. DOA) określa się mianem technik formowania wiązek. Istotę tych metod omówiono w rozdziale 2 na przykładzie metod DAS i MVDR. W przypadku szyków złożonych z modułów nadawczo-odbiorczych (ang. T/R), konwerterów analogowo-cyfrowych (ang. A/D, ADC) i procesorów cyfrowej obróbki sygnałów (ang. DSP) możliwe jest stosowanie bardziej nowoczesnych metod DOA jakimi są metody podprzestrzeni sygnałów i szumu. Klasycznymi reprezentantami tej grupy metod są: MUSIC, Root – MUSIC i TLS ESPRIT, których algorytmy przedstawiono w kolejnych rozdziałach.. Wiele zagadnień matematycznych ułatwiających zrozumienie prezentowanych metod omówiono w Dodatkach 1, 2 i 3.

EN

The subject of considerations in this article are methods of determining the directions of TEM electromagnetic waves with the use of multielement, linear antenna arrays. If the directivity characteristics of these arrays are formed using analog or digital beamformers, the methods of determining the direction of reception (DOA) developed for them are referred to as beamforming techniques. The essence of these methods is discussed in subsection 2 using the DAS and MVDR methods as an example. In the case of antenna arrays composed of transceiver modules (T/R), analog-to-digital converters (A/C, ADC) and computing processors (CPU) it is possible to use more modern DOA methods, know as the spectral subspace-based techniques. Classic representatives of this group of methods are: MUSIC, Root - MUSIC and TLS ESPRIT. The algorithms of them are presented in the subsections 3 and 4, respectively. Many of the math issues that facilitate understanding of the presented methods are covered in Appendices 1, 2 and 3.

Słowa kluczowe

PL

szyki antenowe; metody DOA; MUSIC; TLS ESPRIT

EN

array antennas; DOA methods; MUSIC; TLS ESPRIT

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Telekomunikacyjny + Wiadomości Telekomunikacyjne
• Rocznik: 2022
• Tom: nr 6
• Strony: 698--722
• Opis fizyczny: Bibliogr. 32 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Rosłoniec Stanisław

• PIT RADWAR S. A., Warszawa

autor

Rosłoniec Wojciech

• R&D ERICSSON, Warszawa

Bibliografia

• [1] Atkinson K.E., An introduction to numerical analysis; second edition. John Wiley and Sons, New York 2004.
• [2] Aurentz J.L. et.al., "Fast and backward stable computation of roots of polynomials" SIAM Journal on Matrix Analysis and Applications, 33(3) 2015, pp. 942,973.
• [3] Balanis C. A, Antenna theory, analysis and design, (third edition) John Wiley and Sons, New York, 2005.
• [4] Bhede M.H. et al., “Performance evaluation of Capon and CAPON-like algorithm for direction of arrival estimation". International Journal of Engineering Research and Technology, vol. A, Issue 07, July 2015, pp. 131,134.
• [5] Capon J., "High-resolition frequency-wavenumber spectrum analysis" Proc. of the IEEE, vol. 57, No. 8, August 1969, pp. 1408,1418.
• [6] Chen Z. et.al., Introduction to direction of arrival estimation Artech House, Inc, Norwood (MA), 2010
• [7] Eadie W.T., et al., Metody statystyczne w fizyce doświadczalnej PWN, Warszawa, 1989.
• [8] Edelman A. and H. Murakami, "Polynomial roots from companion matrix eigenvalues". Mathematics of Computation, vol. 64(210), 1995, pp.763,776.
• [9] Forssell B., Radionavigation systems, Artech House, Inc. Boston/London, 2008.
• [10] Holejko K., Precyzyjne pomiary odległości i kątów; wydanie drugie WNT, Warszawa 1987.
• [11] Introduction into theory of direction finding; Radiomonitoring and radiolocation Rohde and Schwarz Catalog, 2011 2012.
• [12] Kayton M. and Fried W.R., Avionic Navigation Systems; second edition John Wiley and Sons, New York 1996.
• [13] Lipsky S.E., Microwave passive direction finding; second edition Scitech Publishing Inc, Raleigh, (NC) 2004.
• [14] Mailloux R.J., Phased array antenna handbook, Artech House, Norwood (MA), 1994.
• [15] Moir Ian and Allan Seabridge, Military Avionics Systems. John Wiley and Sons, New York/London 2006.
• [16] Mourad Barkat, Signal detection and estimation; second edition Artech House, Inc, Norwood (MA), 2005, Chapter 4.2.
• [17] Pillai,S.U.,and B.H. Kwon, “Forward/backward spatial smoothing techiques for coherent signal identification”. IEEE Trans. on Acoustics, Speech and Signal Processing, ASSP - 37,No. 1, January 1989, pp. 8,15.
• [18] Rosłoniec S., Podstawy techniki antenowej, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2006.
• [19] Rosłoniec W., "Metody monoimpulsowe, MUSIC i Root - MUSIC w zastosowaniu do estymacji współrzędnych kątowych przemieszczających się obiektów", Prace Przemysłowego Instytutu Telekomunikacji, zeszyt 146, 2010, str. 3,19.
• [20] Rosłoniec W., "Estymacja współrzędnych kątowych przemieszczających się obiektów za pomocą metody ESPRIT'. Elektronika (SIGMA-NOT) Nr. 1,2010, str. 119,128
• [21] Rosłoniec W., Zastosowanie wybranych metod cyfrowego przetwarzania sygnałów do wyznaczania współrzędnych kątowych obiektów ruchomych, Rozprawa doktorska w Politechnice Warszawskiej (WEITI), Warszawa 2011.
• [22] Rosłoniec S., Podstawy radiolokacji i radionawigacji, wydanie drugie zmienione, Wydawnictwo Wojskowej Akademii Technicznej , Warszawa 2020.
• [23] Rosłoniec S., Wybrane metody numeryczne z przykładami zastosowań w zadaniach inżynierskich; wydanie trzecie zmienione. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2020.
• [24] Rosłoniec S., O cyfrowym formowaniu charakterystyk kierunkowości wieloelementowych regularnych szyków antenowych, Przegląd Telekomunikacyjny, Nr.3, 2021, str. 57)1.
• [25] Rosłoniec S. Wybrane zagadnienia techniki antenowej z przykładami projektowania. Wydawnictwo Wojskowej Akademii Technicznej, Warszawa 2022.
• [26] Rosłoniec S., Fundamentals of the radiolocation and radionavigation, Springer Nature, Cham (Switzerland) 2023.
• [27] Roy R .and T. Kailath, “ESPRIT - estimation of signal parameters via rotational invariance techniques". IEEE Trans. on Acoustics, Speech and Signal Processing, ASSP - 37, No.7, July 1989, pp. 984,994.
• [28] Saad Y., Numerical methods for large eigenvalue problems; second edition. Classics in Applied Mathematics, SIAM, Philadelphia 2011.
• [29] Schmidt R.O., "Multiple emitter location and signal parameter estimation" IEEE Trans., AP-34, Antennas and Propagation, No.3, March 1986, pp. 276,280.
• [30] Wang H. and K. J. R Liu "2-D spatial smoothing for multipath coherent signal Separation" IEEE Trans. on Aerospace and Electronic Systems.AES-34, No. 2, Apri1 1998, pp 391,405.
• [31] Waweru N.P., et al., "Performance analysis of MUSIC, Root-MUSIC and ESPRIT DOA estimation algorithm". International Journal of Electronics and Communication Engineering, vol.8, NO.1, 2014, pp 209,216 Uwaga Niewłaściwa interpretacja macierzy we wzorze (26).
• [32] Zieliński T. P, Cyfrowe przetwarzanie sygnałów Od teorii do zastosowań Wydawnictwa Komunikacji Łączności, Warszawa 2007.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).