ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2024. №2

УДК: 621.396

СПОСОБ ПОСТРОЕНИЯ ДВУХЭЛЕМЕНТНОЙ ЦИФРОВОЙ

АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ ДЛЯ ОЦЕНКИ УГЛОВЫХ КООРДИНАТ

РАДИОСИГНАЛОВ СО СВЕРХРАЗРЕШЕНИЕМ С ПОВЫШЕННОЙ

ТОЧНОСТЬЮ НА ОСНОВЕ НИЖНЕЙ ГРАНИЦЫ КРАМЕР-РАО

И.В. Пешков

Елецкий государственный университет им. И.А. Бунина

399770, Елец, ул. Коммунаров, 28

Статья поступила в редакцию 25 декабря 2023 г.

Аннотация. В работе рассматривается эффективный способ оптимального размещения направленных антенных элементов (АЭ) для цифровой пространственной обработки сигналов. Цифровая антенная решетка (ЦАР) осуществляет оценку угловых координат радиосигналов с последующим формированием диаграммы направленности. Однако взаимное расположение антенных элементов, их число и формы диаграммы направленности оказывают существенное воздействие на качество пространственного спектра. В работе используется полученное ранее выражение оценки нижней границы Крамера-Рао для снижения числа АЭ без потери точности оценок угловых координат сигналов со сверхразрешением. В частности, приводится процедура получения двухэлементной ЦАР, в качестве элементов которой используется линейная антенная решетка с плоской синтезированной диаграммой направленности. При этом коэффициент усиления синтезированной линейной АР целенаправленно задан, превышающим данное значение для одиночного излучателя, например, микрополоскового. С помощью статистического моделирования установлено, что точность метода MUSIC в полученной двухэлементной АР выше или сравнима с ЦАР, состоящей из трех АЭ.

Ключевые слова: цифровая антенная решетка, радиопеленгация, MUSIC, нижняя граница Крамера-Рао, оптимизация.

Финансирование: Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-21-00125, https://rscf.ru/project/23-21-00125/.

Автор для переписки: Пешков Илья Владимирович, ilvpeshkov@gmail.com

Литература

1. Yang B. et al. Digital beamforming-based massive MIMO transceiver for 5G millimeter-wave communications // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. – 2018. – Т. 66. – №. 7. – С. 3403-3418. https://doi.org/10.1109/TMTT.2018.2829702

2. Ruan N. et al. DOA estimation in B5G/6G: Trends and challenges // Sensors. – 2022. – Т. 22. – №. 14. – С. 5125. https://doi.org/10.3390/s22145125

3. Bonacci D., Vincent F., Gigleux B. Robust DoA estimation in case of multipath environment for a sense and avoid airborne radar // IET Radar, Sonar & Navigation. – 2017. – Т. 11. – №. 5. – С. 797-801.

4. Ильчук А.Р. и др. Угловое сверхразрешение в бортовых радиолокационных системах воздушного базирования // Журнал радиоэлектроники. – 2021. – №. 12. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.12.3

5. Gazzah H., Marcos S. Cramer-Rao bounds for antenna array design // IEEE Transactions on Signal Processing. – 2005. – Т. 54. – №. 1. – С. 336-345.

6. Сличенко М.П., Завалишина О.Н. Обобщенное неравенство Крамера-Рао для пеленгования источников радиоизлучения в условиях сложной электромагнитной обстановки // Теория и техника радиосвязи. – 2022. – С. 41-45.

7. Макаров Е.С. Анализ углового сверхразрешения источников электромагнитного поля в многоканальных системах с малой апертурой : дис. – Е.С. Макаров. Воронеж: Издательский дом ВГУ. 2009, 2009.

8. Пешков И.В. Минимизация нижней границы Крамера-Рао для построения антенных решеток с направленными излучателями для повышения точности оценок угловых координат радиосигналов // Журнал радиоэлектроники. – 2022. – №. 2.

9. Godara L.C. Application of antenna arrays to mobile communications. II. Beam-forming and direction-of-arrival considerations // Proceedings of the IEEE. – 1997. – Т. 85. – №. 8. – С. 1195-1245.

10. Chan A.Y.J., Litva J. MUSIC and maximum likelihood techniques on two-dimensional DOA estimation with uniform circular array // IEE Proceedings-Radar, Sonar and Navigation. – 1995. – Т. 142. – №. 3. – С. 105-114.

11. Nechaev Y., Peshkov I., Fortunova N. Evaluation and minimization of Cramer-Rao bound for conformal antenna arrays with directional emitters for DOA-estimation // Progress In Electromagnetics Research C. – 2019. – Т. 90. – С. 139-154. https://doi.org/10.2528/PIERC18111802

12. MathWorks. ga - Find minimum of function using genetic algorithm. URL: https://www.mathworks.com/help/gads/ga.html Дата обращения: 27.12.2023

13. Zhou H. J. et al. Design and realization of a flat-top shaped-beam antenna array // Progress In Electromagnetics Research Letters. – 2008. – Т. 5. – С. 159-166. https://doi.org/10.2528/PIERL08111911

14. Peshkov I.W., Zaitseva I.N., Nechaev Y.B. The estimation of radio direction-finding performance in volume antenna arrays with directive radiators by music method // 2018 Systems of Signal Synchronization, Generating and Processing in Telecommunications (SYNCHROINFO). – IEEE, 2018. – С. 1-6. https://doi.org/10.1109/SYNCHROINFO.2018.8457063

Для цитирования:

Пешков И.В. Способ построения двухэлементной цифровой антенной решетки для оценки угловых координат радиосигналов со сверхразрешением с повышенной точностью на основе нижней границы Крамер-Рао. // Журнал радиоэлектроники. – 2024. – №. 2. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.2.11