شبیه سازی آموزشی شکل دهی پرتو پهن باند تطبیقی با محدودیت های تغییرپذیری فرکانس با متلب

 

چکیده مقاله (ترجمه ماشینی)

یک عنصر تغییر پاسخ برای کنترل سازگاری پاسخ سازنده پرتو پهن باند تطبیقی ​​در محدوده فرکانس مورد علاقه معرفی شده است. با ترکیب این عنصر در شکل‌دهنده پرتو حداقل واریانس محدود خطی (LCMV)، یک پرتوساز جدید با محدودیت خطی با نسبت سیگنال خروجی به تداخل به اضافه نویز (SINR)، در مقایسه با فرمول سنتی و مبتنی بر بردار ویژه توسعه می‌دهیم. فرمولاسیون، به دلیل افزایش تعداد درجات آزادی برای سرکوب تداخل. علاوه بر این، دو شکل دهنده پرتو پهن باند جدید مقاوم در برابر خطاهای تخمین جهت نگاه نیز به عنوان کاربرد بیشتر این عنصر پیشنهاد شده‌اند. یکی با تحمیل یک محدودیت بر عنصر و به طور همزمان محدود کردن پاسخ بزرگی شکل دهنده پرتو در محدوده زاویه از پیش تعریف شده در فرکانس مرجع طراحی شده است. دیگری با ترکیب عنصر و روش بهینه‌سازی عملکرد بدترین حالت به دست می‌آید. هر دوی آنها به صورت محدب به عنوان مسئله برنامه نویسی مخروط مرتبه دوم (SOC) فرمول بندی شده و با استفاده از روش نقطه داخلی به طور موثر حل شده اند. در مقایسه با روش‌های قوی اصلی، کنترل کارآمدتر و مؤثرتر بر پاسخ پرتوساز در ناحیه جهت نگاه با عملکرد کلی بهبود یافته به دست می‌آید.

اصطلاحات شاخص – بهینه سازی محدب، عدم تغییر فرکانس، خطای جهت نگاه، شکل دهنده پرتو قوی، شکل دهی پرتو پهن باند

 

 

در شکل‌دهی پرتو پهن باند تطبیقی ​​[1]، با توجه به جهت رسیدن (DOA) اطلاعات سیگنال مورد نظر، بسیاری از تکنیک‌های شکل‌دهی پرتو سنتی می‌توانند به طور مؤثر کار کنند و به نسبت سیگنال خروجی به تداخل به اضافه نویز (SINR) رضایت بخش دست یابند [2]. ]، [3]. یکی از شناخته‌شده‌ترین پرتوسازها، شکل‌دهنده پرتو حداقل واریانس با محدودیت خطی (LCMV) یا پرتوساز Frost [4]، [5] است که قدرت خروجی خود را به حداقل می‌رساند و در عین حال افزایش یکپارچگی را در جهت نگاه حفظ می‌کند یا تحت شرایط پیچیده‌تر قرار می‌گیرد. محدودیت ها. فرض کنید سیگنال مورد نظر از سمت گسترده آرایه می آید، سپس می توان یک فرمول ساده از محدودیت ها به دست آورد. با این حال، مشکل این فرمول ساده این است که زمانی که ما به محدوده کامل فرکانس نرمال شده علاقه نداریم، شکل دهنده پرتو بیش از حد محدود می شود. علاوه بر این، ممکن است نیازی نباشد که پاسخ سازنده پرتو را در محدوده فرکانس مورد علاقه محدود کنیم تا دقیقاً یکپارچگی باشد و می‌توان تغییراتی را مجاز کرد تا بتوان آزادی بیشتری برای سرکوب تداخل‌ها اختصاص داد. برای طراحی یک پرتوساز باند پهن در یک محدوده فرکانس مشخص، به طور معمول یک ماتریس محدودیت را با نمونه‌برداری از محدوده فرکانس مورد نظر فرموله می‌کنیم و پاسخ شکل‌دهنده پرتو را در آن نقاط فرکانس محدود می‌کنیم تا پاسخ‌های مورد نظر باشد. با این حال، تعداد زیادی از محدودیت های ناشی از این رویکرد، تعداد درجات آزادی را در به حداقل رساندن توان خروجی سازنده پرتو کاهش می دهد. برای کاهش تعداد محدودیت‌ها، یک رویکرد محدودیت بردار ویژه بر اساس نمایش رتبه پایین سیگنال‌های باند پهن توسعه داده شد [6]. برای استفاده کارآمدتر از درجات آزادی آرایه، ما یک روش جدید برای شکل‌دهی پرتو حداقل واریانس پهن باند، با تعداد بسیار کمتری از محدودیت‌ها و در نتیجه SINR خروجی بالاتر پیشنهاد می‌کنیم. در این روش یک عنصر تغییر پاسخ برای کنترل پاسخ فرکانسی پرتوساز در جهت نگاه معرفی خواهد شد. بر اساس فرمول جدید، یک راه حل تطبیقی ​​آنلاین از نوع LMS (کمترین میانگین مربع) مشتق شده است. عملکرد پرتوسازهای فوق نسبت به خطاهای کالیبراسیون آرایه و به خصوص خطا در زاویه DOA سیگنال مورد نظر بسیار حساس است. اگر سیگنال مورد نظر دقیقاً از جهت ظاهر طراحی شده خارج نشود، به عنوان یک تداخل در نظر گرفته می شود و پرتوساز تمایل دارد سیگنال مورد نظر را در خروجی خود خنثی کند. روش های زیادی برای بهبود استحکام شکل دهنده پرتو در برابر خطای عدم تطابق زاویه DOA پیشنهاد شده است [7]، [8]. برای مثال، می‌توانیم محدودیت‌های مشتق اضافی را به شکل‌دهنده پرتو تحمیل کنیم تا بتوان یک پرتو اصلی گسترده‌تر برای پوشش تمام جهت‌های ممکن سیگنال مورد نظر [9]-[11] به دست آورد. انتخاب دیگر روش بارگذاری مورب است که با محدود کردن هنجار بردار وزن آن، استحکام شکل دهنده پرتو را بهبود می بخشد [8]، [12]. علاوه بر این، می‌توانیم از محدودیت‌های نابرابری برای کنترل پاسخ بزرگی سازنده پرتو در یک محدوده DOA مشخص استفاده کنیم. چنین ایده ای در ابتدا برای شکل دهی پرتو باند باریک قوی [13]-[15] ارائه شد. در این مقاله، ما آن را به حالت پهن باند تعمیم می دهیم و یک پرتوساز باند پهن قوی بر اساس بهینه سازی محدب طراحی می کنیم. در روش پیشنهادی، ابتدا عنصر برای رسیدن به یک پرتو اصلی ثابت فرکانس محدود می‌شود، پس از آن فقط باید یک محدودیت قدر نرم را در هر نقطه زاویه نمونه‌برداری شده اعمال کنیم.

SIMULATION RESULTS

1. Simulation of the Proposed Beamformer in A General Case

	Delay Frequency	Number of Sensors
SNR of S0 = 0 dB INR of S1,S2= 20 dB	Nominal inter-  Sesnors Spacing	Length of each Filter Sensor
S0 : Sinusoidal frequency Modulated signal S1 : linear chirp signal S2 : frequency hopping signal	Direction of sources	S0 SOI S1 ,S2 Interference