Optimization of Non-uniform Planar Antenna Array Topology in Two-dimensional DOA Estimation

Optimización de la topología de antenas planas no uniformes para la estimación bidimensional del DOA

El artículo trata de la optimización del conjunto de antenas planas dispersas para la estimación de la dirección de llegada (DOA) en dos dimensiones (acimut y elevación). El algoritmo de optimización se propuso sobre la base de los parámetros de nivel de lóbulo lateral máximo (SLL) y ancho de haz de media potencia (HPBW). En la validación empírica, hemos establecido un sistema de medición para probar la eficiencia de una configuración de array optimizada. El array se configuró utilizando las antenas de parche con la banda de frecuencia de 2,4 GHz. En comparación con varias configuraciones de array populares, los resultados experimentales muestran que el array de antenas propuesto estaba optimizado y proporcionaba una mayor precisión y resolución en la estimación del DOA bidimensional (2D).

1. Introducción

La estimación de la dirección de llegada (DOA) se refiere al proceso de encontrar la información de la dirección de las ondas electromagnéticas o acústicas que inciden sobre un sensor o un conjunto de antenas [1]. La estimación DOA se ha utilizado para localizar y rastrear fuentes de señales en aplicaciones civiles y militares, tales como búsqueda y rescate, sistemas de radar y sonar, y sismología [2].

En la práctica, las técnicas de estimación DOA se aplican normalmente para arrays uniformes y no dispersos, como arrays lineales uniformes (ULAs), arrays rectangulares uniformes (URAs) y arrays uniformes en forma de L [3-5]. Estos sistemas requieren que la distancia entre los dos elementos de antena vecinos no sea superior a la mitad de la longitud de onda de las señales incidentes. Recientemente, para obtener información de dirección más precisa, se han investigado y desarrollado algoritmos de subespacio de alta resolución [1].

En los sistemas de comunicaciones, la estimación bidimensional (acimut y elevación) del DOA también juega un papel importante dentro del procesamiento de señales de array. La estimación de los ángulos de acimut y elevación proporciona más información sobre la dirección y localización de las fuentes entrantes. Por lo tanto, se mejora el rendimiento de los sistemas de comunicación. Al componer dos matrices lineales uniformes perpendiculares, se crea una matriz en forma de L o en forma de cruz para determinar los ángulos de acimut y elevación simultáneamente. A pesar de la suficiente capacidad de estimación DOA 2D, estas dos configuraciones particulares tienen la desventaja de la apertura limitada del array, lo que conduce a la disminución de la precisión en la determinación DOA [4-7].

En muchas aplicaciones, como el radar, el sonar, las comunicaciones y la astronomía, la precisión de la estimación DOA puede mejorarse utilizando matrices de antenas con una gran apertura, que pueden diseñarse mediante múltiples elementos de antena en distancias uniformes. Sin embargo, los arrays lineales uniformes requieren hardware caro y complejidad computacional.