Uzamsal dizilim sinyal işleme yöntemleriyle sinyal yönü kestirimi ve uzamsal-zamansal süzgeçleme

Abstract

ÖZET Bu tez, uzamsal domende yayılan sinyallerin geliş yönlerinin saptanması, geliş doğrultulan bilinen sinyallerin ortamda var olan diğer sinyallerden ayrı olarak bozulmadan alınabilmesi problemlerinin duyargaç dizilimleri ile çözülmesini konu almaktadır. Söz konusu sinyaller, bir düşman uçağından ya da hedefe kilitlenmiş bir füzeden yansıyan radar sinyali, askeri bir topun patlama şeşi, su altındaki balık kümelerinden yansıyan sonar sinyalleri, maden yatağının yapısı hakkında bilgi veren sismik yankılar ya da uzayın derinliklerinden gelen ışımalar olabilir. Sinyallerin yönlerinin saptanması ve en iyi şekilde alınabilmesi için kullanılan pek çok yöntem vardır: Radar, sonar uygulamalarında yönlü alıcılar mekanik düzenlerle uzamsal domeni tarayarak ortamdaki sinyalleri saptamaktadırlar. Bu sistemlerde, tek bir alıcı düzen ve bu düzeni kontrol eden karmaşık, pahalı ve hassas mekanik sistemler kullanılmaktadır. Duyargaç dizilerinden oluşan sistemlerse, birden fazla alıcı olduğundan, daha yüksek sinyal gürültü oranı sağlayarak sinyal alımı yapabilirken, kullanılan duyargaçların tek alıcılı sistemlerde olduğu kadar hassas olması gerekmemektedir. İstenilen hassasiyet, duyargaç çıkışlarının uygun şekilde işlenmesiyle sağlanabilir. Üstelik duyargaç dizileriyle mekanik sistemlere ihtiyaç duymadan, belirli bir yönden sinyal almak ya da iletmek mümkün olabilmektedir. Giderek artan sinyal kirliliği nedeniyle, sinyalleri istenilen sinyal-gürültü oranlarında alabilmek için alıcılar giderek karmaşıklaşmakta ve maliyetleri artmaktadır. Halbuki; duyargaç dizileri uzamsal süzgeçleme yetenekleri sayesinde, sinyalleri kolayca istenilen performansta alabilecek şekilde tasarlanabilmektedir. Öte yandan ortamda, yanlızca hedeflediği yönde yayın yaparak gereksiz sinyal kirliliğine neden olmamakta, vericinin enerjisini boşa harcamamaktadır. Bu tezde, duyargaç dizi yapılarıyla sinyal yönlerinin nasıl kestirilebileceği ve karşılaşılan sorunlar, geliş yönü ve frekans karakteristiği bilinen bir sinyalin, girişim ve gürültü özellikleri bilinmeyen bir ortamda istenilen performansta nasıl alınabileceği ayrıntılarıyla ele alınmış ve benzetişimlerle desteklenmiştir. Anahtar Kelimeler: Duyargaç dizilim sinyal işleme, Anten dizileri, Uzamsal süzgeçleme, Yön bulma, Uyarlamak huzme şekillendirme, radar, sonar

ABSTRACT This research is about estimating the direction of arrival of a signal coming from a specific direction, and receiving the signal without distortion by cancelling the noise and interference. These are important concepts for both military and civillian applications. Such a signal would be a radar signal reflected from an enemy plane or a missile locked to a target, a sonar signal scattered from fish bulk or a pulsar scearemed in the deep space. There are lots of methods for estimating and receiving such signals. For instance, in radar and sonar applications, directional receivers scan the spatial domain with use of mechanical systems. These kinds of receivers are expensive as they should be resistive to the noise and interference. However, an array sensors located spatially separated points, can achieve higher signal-to-noise ratio. In addition to this, sensors do not need to be complex like the receivers mentioned above. With sensor arrays, signals can be transmited towards and received from a specific direction. Developments in telecommunications, resulting in signal pollution, cause difficulties in receving a signal with desired qualities. Today's systems need to be more complex and expensive to achieve good performances. On the other hand, sensor arrays emitting signal only in a desired direction can use the energy in more efficient way and without causing signal pollution. In this thesis, these kinds of talents of the sensor arrays are investigated. Especially, direction of arrival estimation and spatial-temporal filtering are examined and simulated. Key Words: Array processing, Sensor arrays, Beamforming, Direction of arrival estimation, Adaptive beamforming, Linearly constrained minimum variance beamforming, radar, sonar m