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

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 KHƠNG TÂM PHA TRONG MƠI 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 KHƠNG TÂM PHA TRONG MƠI 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: GS.TSKH Phan Anh 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 dẫn dắt, định hướng cho nghiên cứu lĩnh vực anten, truyền sóng, kỹ thuật siêu cao tần Trong suốt q trình nghiên cứu anten khơng tâm pha, nhận nhiều lời khuyên quý báu thầy để có chuyển biến tích cực nghiên cứu cấu trúc anten Người thầy thứ hai muốn gửi lời cảm ơn GS.TS Karim Abed-Meraim Với nhiều kinh nghiệm lĩnh vực xử lý tín hiệu mảng tối ưu hóa cấu hình anten mảng, thầy giúp tơi có nhìn tổng quan định hướng tốt nội dung cần làm luận án, đặc biệt phần xử lý tín hiệu Tôi xin cảm ơn PGS.TS Nguyễn Linh Trung, người cho lời khuyên quý báu nghiên cứu hướng dẫn cách suy nghĩ cách viết báo khoa học; PGS.TS Trần Đức Tân cho lời khuyên cách sử dụng thuật toán nén mẫu; PGS.TS Trần Minh Tuấn hướng dẫn kiến thức ban đầu cấu trúc anten đại; thầy, cô Khoa Điện tử - Viễn thông thầy, cô phản biện cho nhiều góp ý giúp tơi khắc phục điểm cịn hạn chế luận án Tơi xin cảm ơn NCS Trương Minh Chính giúp đỡ nhiều phần soạn thảo luận án; bạn đồng nghiệp khoa Điện tử - Viễn thông động viên, giúp đỡ công việc sống Lời cảm ơn cuối xin gửi đến gia đình thân u, ln tạo điều kiện cho tơi học tập phát triển Trần Thị Thúy Quỳnh ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công việc thực luận án chưa tác giả khác đề xuất Với hiểu biết mình, tơi chắn số liệu, kết luận án trung thực chưa công bố đâu cơng trình trừ cơng trình tác giả tài liệu tham khảo Nếu có sai trái, tơi xin hồn tồn 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 ký hiệu chữ viết tắt viii Danh mục bảng xvi Danh mục hình vẽ, đồ thị xvii MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ MẢNG ANTEN VÀ PHƯƠNG PHÁP TÌM PHƯƠNG TIÊU BIỂU 11 1.1 Giới thiệu 11 1.2 Mơ hình liệu 11 1.3 Cấu trúc hình học mảng anten 13 1.3.1 Tính vector đáp ứng mảng, tính vơ hướng mảng, ngưỡng phân giải 14 1.3.2 Mảng ULA UCA 17 1.3.3 Anten không tâm pha (AWPC) 23 iv 1.3.4 Nhận xét 31 1.4 Thuật tốn 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 khơng tâm pha tổng qt thuật tốn MUSIC 40 1.6 Kết luận chương 43 Chương 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 vector đáp ứng mảng 47 2.2.3 Kết mô 48 2.3 SymII-AWPC-UCA 50 2.3.1 Phân tích số học tính vector đáp ứng mảng 51 2.3.2 Kết mô 54 2.4 Asym-AWPC 54 2.4.1 Phân tích số học tính vector đáp ứng mảng 57 2.4.2 Kết mô 57 2.4.3 Tính vơ hướng mảng 57 2.4.4 Ngưỡng phân giải 61 2.4.5 Hiệu hệ thống 62 2.4.6 Kết mô 63 2.5 Kết luận chương 68 v Chương HỆ TÌM PHƯƠNG SỬ DỤNG ASYM-AWPC TRONG MƠI 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 Mơ hình liệu 73 3.3.2 Đặc tính ma trận đo tạo Asym-AWPC 76 3.3.3 Thuật toán khơi phục: Bình phương tối thiểu có điều chỉnh l1 78 3.3.4 Kết mô 79 3.4 Cải thiện độ phân giải Asym-AWPC-CS 82 3.4.1 Đánh giá độ phân giải 82 3.4.2 Kết mô 83 3.5 Độ phức tạp tính tốn Asym-AWPC-CS 84 3.5.1 Độ phức tạp tính tốn 84 3.5.2 Kết mô 85 3.6 Kết luận chương 86 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 88 DANH MỤC CƠNG 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 vector đáp ứng mảng 101 PHỤ LỤC B Cơng thức tính CRLB 101 vi PHỤ LỤC C Giản đồ xạ anten AWPC tổng quát 104 PHỤ LỤC D Tính đường bao thấp CRLB nguồn trường hợp mơ hình ngẫu nhiên 106 PHỤ LỤC E Chứng minh phụ thuộc tuyến tính loại π vector đáp ứng mảng cấu trúc Sym-AWPC 111 PHỤ LỤC F Chứng minh phụ thuộc tuyến tính loại π/2 vector đáp ứng mảng cấu trúc SymI-AWPC vii 113 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT viii Danh mục ký hiệu STT Ký hiệu Mô tả in thường Vô hướng in thường, đậm Vector in hoa, đậm Ma trận ∗ Phép biến đổi liên hiệp phức × Phép nhân vô hướng Phép nhân Hadamard (nhân phần tử ma trận) β Hệ số mảng δφ Ngưỡng phân giải thống kê ∆φ Góc quay anten 10 ∆d Độ bất đối xứng anten Asym-AWPC 11 12 Độ phân giải η Mức độ không phụ thuộc tuyến tính vector đáp ứng mảng 13 γ Tính vector đáp ứng mảng 14 κ Hệ số liên kết 15 λ Bước sóng tín hiệu 16 µx Giá trị trung bình x 17 φ Góc phương vị 18 Φ Giản đồ pha anten 19 θ Góc ngẩng 20 ξ Tham số điều chỉnh 21 E Phép tính trung bình 22 a Phần tử vector đáp ứng mảng 23 a Vector đáp ứng mảng 24 A Ma trận chứa vector đáp ứng mảng ma trận đo ix ...ĐẠI HỌC QU? ??C GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Trần Thị Thúy Qu? ??nh NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU NĂNG CỦA HỆ TÌM PHƯƠNG SỬ DỤNG ANTEN KHƠNG TÂM PHA TRONG MƠI TRƯỜNG CÁC NGUỒN TÍN HIỆU TƯƠNG QUAN Chuyên... trường nguồn tín hiệu tương quan: hệ thống hoạt động tốt nguồn tín hiệu khơng tương quan; hiệu hệ thống giảm hệ số tương quan tín hiệu tăng hồn tồn sai tín hiệu giống - Đánh giá khả áp dụng thuật... Anten không tâm pha (AWPC) Phần tìm hiều anten khơng tâm pha đề xuất tác giả Phan Anh, tác giả Trần Cao Quyền, kiến thức nghiên cứu sinh anten không tâm pha tổng qu? ?t Khái niệm Anten sử dụng hệ