پیشرفت‌ها در تخمین جهت ورود (کتابخانه رادار آرتک هاوس (چاپ سخت))

تشخیص دقیق موقعیت اهداف، چه در کاربردهای غیرنظامی و چه در سامانه‌های تاکتیکی، یکی از چالش‌های اساسی مهندسی رادار و مخابرات است. کتاب «پیشرفت‌ها در تخمین جهت ورود» (Advances in Direction-of-Arrival Estimation) که به ویراستاری ساتیش چاندران (Sathish Chandran) منتشر شده، به عنوان نخستین کتاب گردآوری‌شده در این حوزه، مجموعه‌ای جامع از جدیدترین دستاوردهای پژوهشی را در اختیار متخصصان و پژوهشگران قرار می‌دهد. این اثر که از سوی انتشارات معتبر آرتک هاوس (Artech House) در مجموعه کتابخانه رادار این ناشر به چاپ رسیده، مرجعی بنیادین برای درک عمیق روش‌های نوین تعیین جهت سیگنال‌های دریافتی محسوب می‌شود.

دربارهٔ کتاب پیشرفت‌ها در تخمین جهت ورود (کتابخانه رادار آرتک هاوس (چاپ سخت))

این کتاب، که در سال ۲۰۰۵ منتشر شده، به بررسی جامع و عمیق روش‌های تخمین جهت ورود (Direction-of-Arrival) یا زاویهٔ رسیدن سیگنال می‌پردازد، که برای کاربردهایی چون رادار، سونار، سامانه‌های موقعیت‌یاب و آنتن‌های هوشمند در نسل‌های جدید شبکه‌های مخابراتی و سیستم‌های ارتباطی پنهان‌کار، از اهمیت حیاتی برخوردار است. این کتاب که ثمرهٔ همکاری جمعی از محققان برجستهٔ این عرصه است، مباحث را از مفاهیم پایه‌ای آرایه‌های آنتن و الگوریتم‌های کلاسیک تا پیچیده‌ترین روش‌های برآورد و کاربردهای عملی آن، پوشش می‌دهد. فضای علمی کتاب با رویکردی تخصصی و دقیق نگاشته شده و با ارائهٔ جداول، نمودارها و نتایج تجربی، برای پژوهشگران و دانشجویان تحصیلات تکمیلی که به دنبال درکی همه‌جانبه از این شاخه از پردازش سیگنال هستند، منبعی ایده‌آل محسوب می‌شود. این اثر با گردآوری بیست و یک فصل، از جمله مباحث پیشرفته‌ای چون تخمین جهت در سیگنال‌های پهن‌باند، موقعیت‌یابی مستقیم فرستنده‌ها، و روش‌های جدید برای رادارهای داپلر پالسی، به خوبی نشان می‌دهد که چگونه این رشته از یک حوزهٔ صرفاً نظری به ابزاری حیاتی در فناوری‌های روز تبدیل شده است.

دربارهٔ نویسنده

این کتاب به ویراستاری ساتیش چاندران (Sathish Chandran) منتشر شده است که خود از متخصصان شناخته‌شده در حوزهٔ مخابرات و آرایه‌های آنتن است. او مدرک دکترای خود را در رشتهٔ مهندسی مخابرات مایکروویو از دانشگاه لافبورو (Loughborough University) انگلستان دریافت کرده و سابقهٔ فعالیت در شرکت اریکسون (Ericsson) و نیز همکاری با دانشگاه ناتینگهام (University of Nottingham) را در کارنامهٔ حرفه‌ای خود دارد. چاندران که پیش از این ویراستاری کتابی دربارهٔ آرایه‌های آنتن تطبیقی را نیز بر عهده داشته، به عنوان مشاور مخابراتی و عضو هیئت تحریریهٔ چندین نشریهٔ علمی بین‌المللی فعالیت می‌کند و به دلیل تخصص خود، عضو پیوستهٔ مؤسسهٔ مهندسی برق (IEE) بریتانیا نیز هست.

چرا باید پیشرفت‌ها در تخمین جهت ورود (کتابخانه رادار آرتک هاوس (چاپ سخت)) را بخوانید؟

دسترسی به آخرین دستاوردهای پژوهشی: این کتاب جدیدترین توسعه‌ها در زمینهٔ تخمین جهت ورود را که توسط محققان پیشرو این حوزه ارائه شده‌اند، گردآوری کرده است و به‌عنوان نخستین کتاب تخصصی در این حوزه، مرجعی منحصربه‌فرد محسوب می‌شود. پوشش جامع از مبانی تا کاربرد: خواننده با مطالعهٔ این کتاب، از مباحث پایه‌ای آرایه‌های آنتن و روش‌های کلاسیک تعیین جهت تا الگوریتم‌های پیشرفته و مسائل پیچیدهٔ موقعیت‌یابی منبع را فرا می‌گیرد. آشنایی با روش‌های متنوع و به‌روز: این اثر طیف وسیعی از رویکردها از جمله روش‌های زیرفضای سیگنال، برآورد حداکثر درست‌نمایی (Maximum Likelihood) و الگوریتم‌های تخصصی برای سیگنال‌های پهن‌باند و غیردایروی را بررسی می‌کند. کاربردهای عملی در سیستم‌های پیشرفته: در این کتاب به کاربردهای حیاتی تخمین جهت ورود در آنتن‌های هوشمند برای شبکه‌های نسل آینده و سیستم‌های ارتباطی پنهان‌کار و همچنین کاربردهای غیرنظامی مانند رادار و سونار پرداخته شده است. منبعی معتبر برای پژوهش و آموزش: فهرست مطالب مفصل، کتابشناسی گسترده و گردآوری مطالب توسط متخصصان برجسته، این کتاب را به منبعی عالی برای دانشجویان تحصیلات تکمیلی و پژوهشگران این حوزه تبدیل کرده است.

این کتاب برای چه کسانی مناسب است؟

این کتاب منبعی کلیدی و مرجعی معتبر برای طیف گسترده‌ای از مخاطبان تخصصی است. مهندسان و پژوهشگران فعال در حوزه‌های رادار، سونار، مخابرات، پردازش سیگنال، و سامانه‌های موقعیت‌یاب، این اثر را گنجینه‌ای از دانش روز و کاربردی خواهند یافت. همچنین، دانشجویان مقاطع تحصیلات تکمیلی در رشته‌های مهندسی برق، مخابرات و علوم کامپیوتر که به مطالعهٔ عمیق روش‌های آرایه‌ای و تخمین پارامترهای سیگنال علاقه‌مندند، از این کتاب به عنوان یک منبع درسی و پژوهشی بی‌نظیر بهره‌مند خواهند شد. به‌طور خلاصه، این کتاب برای هر متخصصی که به دنبال درکی جامع و به‌روز از فناوری‌های تعیین جهت و موقعیت‌یابی مبتنی بر آرایه‌های آنتن است، اثری ضروری و راهگشا محسوب می‌شود.

سوالات متداول

تفاوت کلیدی تخمین جهت ورود (DOA) با روش‌های کلاسیک جهت‌یابی چیست؟

روش‌های کلاسیک جهت‌یابی معمولاً مبتنی بر چرخش آنتن و یافتن بیشینهٔ توان سیگنال هستند. اما تخمین جهت ورود، به ویژه با روش‌های مدرن مطرح‌شده در این کتاب، از پردازش سیگنال روی آرایه‌های آنتن برای تشخیص همزمان چندین هدف با تفکیک‌پذیری بالا استفاده می‌کند و دقت و سرعت بسیار بیشتری را ارائه می‌دهد.

آیا این کتاب برای درک روش‌های «آنتن‌های هوشمند» در شبکه‌های موبایل مفید است؟

بله، یکی از کاربردهای اصلی تخمین جهت ورود که در این کتاب به آن اشاره شده، در سیستم‌های آنتن هوشمند (Smart Antennas) است که برای بهبود کارایی و ظرفیت شبکه‌های نسل آینده به کار می‌روند. این کتاب زمینه‌های نظری و عملی لازم برای درک نحوهٔ عملکرد این سامانه‌ها را فراهم می‌کند.

آیا این کتاب صرفاً جنبهٔ نظری دارد یا شامل مباحث عملی نیز می‌شود؟

این کتاب علاوه بر مبانی نظری و الگوریتم‌ها، به طور جدی به مباحث عملی مانند روش‌های کالیبراسیون آرایه‌های آنتن، اندازه‌گیری و همچنین ارائهٔ نتایج تجربی و کاربردهای عملی در سیستم‌های راداری و مخابراتی نیز پرداخته است.

Identifying the location of targets or the direction of arrival (Doa) of any signal is of critical importance for both civilian and tactical applications. This cutting-edge resource fully explains the latest developments in Doa estimation from the leading researchers in the field. You discover how Doa estimation is one of the main functional requirements for direction-finding smart antennas in next generation mobile and stealth communication systems. The first compiled book in the field, this in-depth reference covers a wide range of key topics, from Doa estimation methods and source localization problems, to specific applications of Doa estimation and experimental setup and results. The book also serves as an excellent text for graduate students and researchers studying in this area. Advances in Direction-of-Arrival Estimation......Page 1 Contents......Page 7 Preface......Page 17 Acknowledgments......Page 19 Part 1: Overview......Page 21 1.1 Introduction 3......Page 23 1.2 Spinning DF Antenna 4......Page 24 1.3 Common DF Antennas 6......Page 26 1.4 Antenna Arrays 7......Page 27 1.4.1 Linear Arrays 8......Page 28 1.4.2 Adcock Array 9......Page 29 1.4.3 Array Element Spacing 10......Page 30 1.4.4 Butler Matrix 12......Page 32 1.4.6 Wullenweber Array 15......Page 35 1.4.7 Planar Array 17......Page 37 1.5 DF Algorithms and Arrays 18......Page 38 References 19......Page 39 2.1 Introduction 21......Page 41 2.2 GLRT Philosophy for the Detection-Estimation Problem 24......Page 44 2.3.1 Superior Case......Page 50 2.3.2 Conventional Case 33......Page 53 2.4 Conclusions 39......Page 59 References 42......Page 62 Part 2: DOA Methods......Page 67 3 DOA Estimation of Wideband Signals 49......Page 69 3.2 Coherent Wideband DOA Estimation 52......Page 72 3.2.1 Coherent Signal Subspace Method 53......Page 73 3.2.2 BICSSM 54......Page 74 3.2.3 WAVES 55......Page 75 3.3 TOPS 56......Page 76 3.3.1 Theory 57......Page 77 3.3.2 Signal Subspace Projection 62......Page 82 3.3.3 Performance Assessment 63......Page 83 3.3.4 Modification of TOPS for Localization 66......Page 86 3.4 Conclusions 67......Page 87 References 68......Page 88 4.1 Introduction 71......Page 91 4.2 System Model 72......Page 92 4.3 Focusing Matrices for Coherent Wideband Processing 73......Page 93 4.4 Spatial Resampling Method 74......Page 94 4.5.1 Linear Arrays 75......Page 95 4.5.2 Modal Truncation 76......Page 96 4.6.1 Focusing Matrices 77......Page 97 4.6.2 Spatial Resampling Matrices 78......Page 98 4.7 Modal Space Algorithm 79......Page 99 4.8.1 A Group of Two Sources 80......Page 100 4.8.2 Three Groups of Five Sources 82......Page 102 References 85......Page 105 5.1 Direction-of-Arrival Estimation Method 87......Page 107 5.1.1 Extraction of yi 90......Page 110 5.1.3 Extraction of di 91......Page 111 5.1.6 Noisy Signals 92......Page 112 5.2 Distance Estimation Method 93......Page 113 5.3 Target Location Estimation and Simulation Results 96......Page 116 References 101......Page 121 6.1 Introduction 103......Page 123 6.2.2 Spatial Time-Frequency Distributions 105......Page 125 6.3.1 Polarimetric Modeling 106......Page 126 6.3.3 Spatial Polarimetric Time-Frequency Distributions 108......Page 128 6.4 Polarimetric Time-Frequency MUSIC 110......Page 130 6.5 Spatio-Polarimetric Correlations 111......Page 131 6.6 Moving Sources with Time-Varying Polarizations 112......Page 132 6.6.1 Polarization Diversity and Selection of Data Samples 113......Page 133 6.6.2 Polarization Diversity Consideration in PTF-MUSIC 114......Page 134 6.7 Simulation Results 117......Page 137 6.8 Conclusions 118......Page 138 References 120......Page 140 7.1 Introduction 123......Page 143 7.2 System Model 124......Page 144 7.3.1 S-ESPRIT 127......Page 147 7.3.2 T-ESPRIT 128......Page 148 7.3.3 TST-ESPRIT 131......Page 151 7.4 Simulations and Discussions 138......Page 158 References 141......Page 161 8.1 Introduction 145......Page 165 8.2 Switched Parasitic Arrays 146......Page 166 8.3 Wideband Direction-Finding Method for a Two-Path Model 148......Page 168 8.3.2 Method Description 149......Page 169 8.3.3 Method Performance Analysis 151......Page 171 8.4 A Modified MUSIC Algorithm for Switched Parasitic Arrays 153......Page 173 8.4.1 Method Performance Analysis 155......Page 175 8.5 Conclusions 157......Page 177 References 159......Page 179 9.1 Introduction 161......Page 181 9.2 Array Signal Model 162......Page 182 9.3.1 MUSIC-Like Algorithms Built Only from Riy, T 163......Page 183 9.3.2 MUSIC-Like Algorithms Built from Both Ry, T and Riy, T 164......Page 184 9.4 Asymptotically Minimum Variance Estimation 170......Page 190 9.5 Stochastic Crame ́r-Rao Bound for Noncircular Gaussian Signals 173......Page 193 9.6 Stochastic Crame ́r-Rao Bound for BPSK Signals 175......Page 195 9.7 Illustrative Examples 177......Page 197 9.8 Conclusions 187......Page 207 References 188......Page 208 10.1 Introduction 191......Page 211 10.2 Array Model 192......Page 212 10.2.1 Coherently Distributed Source Model 193......Page 213 10.2.2 Incoherently Distributed Source Model 195......Page 215 10.3.1 Estimation Techniques for CD Sources 197......Page 217 10.3.2 Estimation Techniques for ID Sources 200......Page 220 References 209......Page 229 Part 3: Source Localization Problems......Page 231 11.1 Introduction 213......Page 233 11.2 Mathematical Preliminaries 215......Page 235 11.3.1 Unknown Waveforms Signals 217......Page 237 11.3.2 Known Waveform Signals 219......Page 239 11.4.1 Example 1 222......Page 242 11.4.3 Example 3 223......Page 243 11.5 Conclusions 225......Page 245 References 227......Page 247 Appendix 11.A Crame ́r-Rao Bound for Known Waveforms 228......Page 248 Appendix 11.B CRB for Unknown Gaussian Waveforms 230......Page 250 Appendix 11.C DPD Performance Analysis for Unknown Waveforms 233......Page 253 11.C.1 Expressions for Ohmega 234......Page 254 11.C.2 Expressions for C 235......Page 255 11.C.3 Special Case: Uniform Linear Array......Page 257 Appendix 11.D The Frequency Domain Representation of Finite Length Observations 238......Page 258 12.1 Introduction 241......Page 261 12.2 Basic DOA Estimation Signal Model 242......Page 262 12.3 Uncertainties in Signal Model and System Parameters 244......Page 264 12.3.2 Improving the Robustness 245......Page 265 12.4 Uncertainty in Noise Model 247......Page 267 12.4.1 Qualitative and Quantitative Robustness 248......Page 268 12.4.2 Robust Procedures 250......Page 270 12.5 Array Processing Examples 254......Page 274 12.6 Conclusions 255......Page 275 References 256......Page 276 13.1 Introduction 259......Page 279 13.2 Antenna Steering Vector Model 260......Page 280 13.3 Steering Vector Errors and Their Influence in DOA Estimation 264......Page 284 13.4 Coupling Model 266......Page 286 13.5 Coupling Influence in DOA Estimation 272......Page 292 13.6 Error Compensation 273......Page 293 13.7 Conclusions 278......Page 298 References 280......Page 300 Part 4: Specific Applications of DOA Estimation......Page 303 14.1 Introduction 285......Page 305 14.2 MLE Algorithm for Estimation of Target Angular Coordinates 286......Page 306 14.3 CRLB of Estimation of Target Angular Coordinates 288......Page 308 14.4 MLE Algorithm Simulation Results 292......Page 312 14.5 Test on Recorded Live Data 294......Page 314 14.5.1 Description of the Radar for Data Capture 295......Page 315 14.5.2 Data Capture Experimental Setup 296......Page 316 14.5.3 Comparison Between the Theoretical and Real Radar Beams 297......Page 317 14.6 Conclusions 301......Page 321 References 302......Page 322 15.1 Introduction 305......Page 325 15.2 Scenario and Model 306......Page 326 15.3 Characteristics of Natural Sound Sources 307......Page 327 15.5 DOA Estimation Based on Time Delays and Relative Attenuation 308......Page 328 15.5.2 DOA Estimation Using Time Delay Between the Sensors 309......Page 329 15.5.3 Subspace Methods in a Reverberant Room 310......Page 330 15.5.4 DOA Estimation Using Relative Attenuation Between the Sensors 311......Page 331 15.6 Spectrally Weighted DOA Estimate 313......Page 333 15.7 Source Separation Algorithm 314......Page 334 15.8.1 Parameter Values Used in the Implementation 316......Page 336 15.8.3 Performance of the Algorithm with Increasing Number of Sources 318......Page 338 15.8.4 Performance of the Algorithm When the Sensor Spacing Is Varied 319......Page 339 15.8.6 Performance of the Sound Source Separation from Real Two Sensor Array Recordings in Multitalker Scenario 320......Page 340 15.8.7 Performance Measure for Listening Tests 321......Page 341 15.8.8 Performance of the Algorithm with Headlike Structure 322......Page 342 References 323......Page 343 Selected Bibliography 324......Page 344 16.1 Introduction 327......Page 347 16.2 Data Model and Problem Statement 328......Page 348 16.3.1 Asymptotic Maximum Likelihood Estimation 329......Page 349 16.3.2 The AML-RELAX Estimator 332......Page 352 16.4 Numerical Performance Analysis 334......Page 354 References 342......Page 362 17.1 Introduction 345......Page 365 17.2 UWB Double Directional Channel Sounding System 346......Page 366 17.3.1 Multipath Model 347......Page 367 17.3.3 Spherical Wave Model 349......Page 369 17.3.4 Two Single Directional Measurements, Pairing, and Clusterization 350......Page 370 17.4 ML-Based Parameter Estimation for UWB Directional Channel 351......Page 371 17.4.2 Expectation Maximization Algorithm 352......Page 372 17.4.3 SAGE Algorithm 353......Page 373 17.4.4 Successive Interference Cancellation-Type Procedure 354......Page 374 17.5.1 Specification of Measurement Equipment 356......Page 376 17.5.3 Results 357......Page 377 17.6 Conclusions 358......Page 378 References 360......Page 380 18.1 Cyclostationarity 363......Page 383 18.2 Data Model 364......Page 384 18.3.2 Extended Cyclic MUSIC Algorithm 365......Page 385 18.3.3 Root Cyclic MUSIC Algorithm 369......Page 389 18.4 Nonselective Beamforming Techniques 372......Page 392 18.4.1 Data Model 373......Page 393 18.4.3 Minimum Variance Beamforming for Cyclostationary Signals 374......Page 394 18.4.5 Simulations 375......Page 395 18.5 Conclusions 376......Page 396 References 377......Page 397 Part 5: Experimental Setup and Results......Page 399 19.1 Introduction 381......Page 401 19.2 Steering Vector Model 382......Page 402 19.3 Calibration Process 386......Page 406 19.3.1 Coupling Through Terminals 387......Page 407 19.3.2 Radiation Pattern Measurements 388......Page 408 19.3.3 Calibration Process for the RF Subsystem 389......Page 409 19.3.4 Application Example 391......Page 411 19.4 Conclusions 392......Page 412 References 393......Page 413 20.1 Introduction 395......Page 415 20.2.1 Structure and Formulation 397......Page 417 20.2.2 Signal Model 400......Page 420 20.3 High-Precision DOA Estimation 401......Page 421 20.3.1 Correlation Matrix for Single-Port Antennas 402......Page 422 20.3.2 Reactance-Domain Signal Processing 403......Page 423 20.3.3 Computer Simulations 405......Page 425 20.3.4 Experimental Verification 408......Page 428 20.4.1 Satellite Attitude and Direction Control 412......Page 432 20.4.2 Wireless Locator and Homing System 413......Page 433 20.5 Conclusions 414......Page 434 References 415......Page 435 21.1 Introduction 419......Page 439 21.2 Review of MUSIC and BS-MUSIC 421......Page 441 21.4 Two-Dimensional Prefiltering-Based MUSIC 423......Page 443 21.6 Performance Analysis 427......Page 447 21.6.1 Formulation of Sample Null Spectra for MUSIC, BS-MUSIC, and 2DP-MUSIC 428......Page 448 21.6.2 Expectation of 2DP-MUSIC’s Null Spectrum 429......Page 449 21.6.3 Resolution Threshold 430......Page 450 21.7 Simulations 431......Page 451 21.8 Experimental Result 433......Page 453 References 435......Page 455 Appendix 21.A Derivation of (21.24) 437......Page 457 Appendix 21.B Resolution of Spectral MUSIC 438......Page 458 List of Symbols 441......Page 461 Acronyms 443......Page 463 About the Authors 445......Page 465 Index 459......Page 479 Recent Titles in the Artech House Radar Library......Page 495 Annotation Because the direction to targets is usually expressed by the direction of arrival (DOA) of transmitted signals, determining the direction of arrival (DOA) of any signal is of critical importance to electrical engineers working on both civilian and tactical applications in radar and communications. This cutting-edge resource presents the latest developments in DOA estimation from the leading researchers in the field. The first compiled book in the field, this in-depth reference covers a wide range of key topics, from DOA estimation methods and source localization problems, to specific applications of DOA estimation and experimental setup and results. Practitioners discover how DOA estimation is one of the main functional requirements for direction-finding smart antennas in next generation mobile and stealth communication systems. The book also serves as an excellent text for graduate students and researchers studying in this area

for Engineers, Researchers, And Graduate And Final-year Undergraduate Students, Scientists And Engineers Summarize Recent Work In Estimating The Direction A Signal Received By Radar Is Coming From. Such Estimating Can Be Used To Adapt Beamforming Algorithms To Minimize The Signal Power Of Interference, Or To Decide Which Direction To Fire Missiles Off To. They Cover An Overview Of The Approach, Methods, Source Localization Problems, Specific Applications, And Experimental Setup And Results. Annotation © 2006 Book News, Inc., Portland, Or

"Identifying the location of targets or the direction of arrival (DOA) of any signal is of critical importance for both civilian and tactical applications. This cutting-edge resource fully explains the latest developments in DOA estimation from the leading researchers in the field. Professionals discover how DOA estimation is one of the main functional requirements for direction-finding smart antennas in next generation mobile and stealth communication systems."--Jacket