Оцінювання кутових координат джерел випромінювання методом Root-MUSIC при попередньому формуванні ортогональних променів в умовах впливу позасекторного джерела

Abstract

Предметом вивчення в статті є методи спектрального аналізупри перетворенні до простору променів (попередньому формуванні ортогональних променів діаграми спрямованості). Мета даної статті - підвищення ефективності спектрального аналізу (зменшення середньоквадратичної похибки (СКП) оцінювання кутових координат джерел випромінювання) в просторі променів в умовах впливу позасекторного джерела (завади). Використовуваними методами є: методи спектрального аналізу, методи цифрового статистичного моделювання. Результати. Для підвищення точності оцінювання кутових координат джерел випромінювання методом Root-MUSIC при попередньому формуванні ортогональних променів та впливі завади (позасекторного джерела) пропонується виконувати зсув променів, що формуються, таким чином, щоб кутовій координаті джерела завади відповідав нуль діаграми спрямованості. Для випадку, що розглядається, отримано вираз для поліному методу Root-MUSIC. Оцінка кутової координати джерела завади здійснюється за допомогою методу Бартлетта або з використанням дискретного перетворення Фур’є (ДПФ). Показано, що вумовах малого числа вибірок та низького відношення сигнал-шум (ВСШ) точність запропонованого підходу вища, ніж у оригінального методу Root-MUSIC з попереднім формуванням ортогональних променів. Висновки. Високий рівень бічних пелюсток, що характеризує сформовані ортогональні промені при використанні ДПФ, призводить до впливу джерела випромінювання, кутова координата якого відповідає сектору, що не охоплюється променями, на характеристики методу спектрального аналізу. Має місце ефект перетікання, характерний для ДПФ. Вплив джерела, яке є завадою по відношенню до джерел корисного сигналу, можна зменшити зсувом променів, що формуються при використанні ДПФ, таким чином, щоб нуль діаграми спрямованості відповідав напрямку на джерело завади. Розглянутий підхід доцільно використовувати і в системах радіозв’язку з OFDM та MIMOOFDM, що ґрунтуються на ДПФ, системах зв’язку міліметрового діапазону хвиль з MIMO та MIMOOFDM з метою підвищення їх завадостійкості.

The subject of study in the article is the methods of spectral analysis in the beamspace (in the case with preliminary forming of pattern orthogonal beams). The purpose of this article is to increase the efficiency of spectral analysis (reduction of root mean square error (RMSE) of estimation of radiation source angular coordinates in the beamspace under conditions of influence of out-of-band (interfering) source. The used methods are: spectral analysis methods, digital statistical modeling methods. The following resultswere obtained. In order to improve the estimation accuracy of the radiation source angular coordinates by Root-MUSIC method with the preliminary forming of orthogonal beams and the influence of interference, it is proposed to shift the formed beams so that the angular coordinate of the interfering source corresponds to the null of array pattern. For the case under consideration, the expression is obtained for the polynomial of the Root MUSIC method. The angular coordinate of the interfering source can be estimated using the Bartlett method or discrete Fourier transform (DFT). It is shown that in conditions of a small sample number and low SNR, the accuracy of the proposed approach is higher than accuracy of original beamspace Root-MUSІC. Conclusions. The high level of the side lobes of the formed orthogonal beams when using the DFT leads to the influence of the radiation source, whose angular coordinate corresponds to a sector that is not covered by the beams, on the characteristics of the spectral analysis methods. The leakage effect of DFT has a place. The influence of the source, which is an interference with respect to the useful signal sources, can be reduced by the shift of the beams formed using the DFT, so that the null of beampattern corresponds to the interfering source direction. The considered approach is also advisable to use in radio communication systems with OFDM and MIMO-OFDM, based on DFT, millime-terwave communication systems with MIMO and MIMO-OFDM in order to increase their noise immunity.