تخمين زاويه ورودي دوبعدي پهن‌ ‌باند سيگنال‌هاي مدولاسيون فركانس خطي با استفاده از الگوريتم دچيرپ با تعداد كم فريم زماني در آرايه دو‌بعدي دايروي

2D-DOA estimation of LFM signal wideband using low snapshots dechirping algorithm in a two-dimensional circular array

سيگنال‌هاي مدولاسيون فركانس خطي (LFM) پهن باند به‌طور گسترده‌اي در سيستم‌هايي مانند رادار، سونار و موبايل استفاده مي‌‌شود. الگوريتم‌هاي تخمين زاويه ورود دوبعدي (2D-DOA) سيگنال‌هاي مدولاسيون فركانس خطي به تعداد زيادي فريم زماني متكي هستند. به همين دليل براي كاربردهاي با توان پايين مناسب نيستند. در اين مقاله يك روش برآورد مبتني بر الگوريتم با محاسبات كم ESPRIT بر مبناي آرايه دوبعدي دايروي با استفاده از تبديل فوريه فراكتالي (FrFT) ارائه شده است. استفاده از آرايه دايروي، امكان محاسبه دوبعدي زاويه ورود را فراهم مي‌نمايد. روش كار به اين ترتيب است كه ابتدا با استفاده از تبديل فوريه فراكتالي الگوريتم دچيرپ را براي سيگنال‌هاي مدولاسيون فركانس خطي توسعه داده‌ايم، سپس الگوريتم ESPRIT را كه براي آرايه‌هاي خطي (ULA) استفاده مي‌شود را براي آرايه‌هاي دوبعدي دايروي (UCA) گسترش مي‌دهيم، آنگاه محاسبات زاويه ورود را براي تعداد كم فريم زماني با حجم محاسبات پايين به‌دست آورده‌ايم. نتايج شبيه‌سازي الگوريتم پيشنهادي MESPRIT (الگوريتم ESPRIT بهبوديافته) در مقايسه با ساير الگوريتم‌ها مانند طبقه‌بندي سيگنال چندگان (MUSIC) و تخمين زاويه ورود با استفاده از الگوريتم دو مرحله‌اي سريع (TSFDOA)، بهتر بودن الگوريتم پيشنهادي را نشان مي‌دهد. نشان داده‌ايم كه روش پيشنهادي هم در SNRهاي پايين دقت قابل قبولي دارد و هم در SNRهاي بالا خطاي كمي از خود نشان مي‌دهد. همچنين نشان داديم براي همه الگوريتم‌ها، دقت زاويه سمت از زاويه ارتفاع بهتر است.

Wideband linear frequency modulation (LFM) signals are widely used in systems such as radar, sonar, and mobile. 2D-DOA algorithms for LFM signals are relying on a large number of snapshots. For this reason, they are not suitable for low-power applications. In this paper, we present an algorithm-centered estimation method with low estimation of signal parameters via rotational invariance technique (ESPRIT) calculations based a 2D circular array using a fractal Fourier transform (FrFT). Furthermore, the utilization of a circular array facilitates the two-dimensional DOA calculation. Therefore, the procedure is that firstly, we develop the Dechirping process for LFM signals using the FrFT; secondly, we extend the ESPRIT algorithm- as used for linear arrays (ULA) - for 2D circular arrays (UCA). Finally, DOA calculations are made for a low number of snapshots with low computational volume. The simulation results of the proposed MESPRIT (i.e. modified ESPRIT) algorithm show that this algorithm outperforms compared to other algorithms like MUSIC and TSFDOA. We also have shown that the proposed method has an acceptable accuracy in low SNRs and creates less error in high SNRs. It was also demonstrated that for all algorithms, accuracy of azimuth angle is better than the elevation angle’s.