Szuperrezoluciós algoritmusok használata rádiós iránymérő rendszerekben
A rádió iránymérés feladata egy ismeretlen rádió jelforrás által kibocsátott rádióhullám beesési irányszögének megállapítása. (azimut - eleváció). A feladat megoldására a rádiózás hosszú története során számtalan eljárást dolgoztak ki. Ezek közül például az interferometrikus megoldás bizonyos körülmények között igen jól működik. Ha azonban az iránymérő antennarendszerét a közvetlen rádiójel mellett a terepviszonyok miatt kialakuló többutas terjedés miatt jelentős energiájú többirányú hullámok érik, akkor az interferometrikus iránymérő zavarba jöhet, hibás irányszöget határozhat meg. Ilyen esetekben tehetnek jó szolgálatot munkám témáját képező iránybecslő algoritmusok.
Az általam vizsgált iránybecslő algoritmusok az úgynevezett szuperrezolúciós algoritmusok közé sorolhatók. Munkámban ezek közül a MUSIC (Multiple Signal Classification) algoritmust vizsgálom behatóbban. Nagyon fontos kutatni a különböző környezeti tényezők, és az ebből következő problémák hatását az algoritmus teljesítményére. Az algoritmust tesztelem különböző frekvenciájú jelekkel (alacsonyabb és magasabb frekvenciájú jelekkel) és különböző hullámterjedési csatornamodellekkel is. Rádiós iránymérő rendszereknél kétféle csatornamodellt érdemes használni, az egyik a Rician, a másik pedig Reyleigh fading modell. Ezen kívül meg kell vizsgálni más többutas terjedés okozta problémákat is, mint például a shadowing problémája. A fent említett két modell eloszlásokon és valószínűségeken alapul. A két modell közül a Reyleigh a városon belüli kommunikációs rendszerek , míg a Rician modell pedig városon kívüli kommunikációs rendszerek tervezésénél használatos. Összevetem a MUSIC algoritmus teljesítményét a fenti két modellel együtt alkalmazva, ezáltal beható képet kapunk az algoritmus működéséről különböző hullámterjedési körülmények között. Természetesen a fentiek mind csak szimulációk, az algoritmust azonban tesztelem valós rádió iránymérő rendszerből érkező mérési adatokkal is. A legtöbb becslő rendszer működési feltételei közé tartozik, hogy a beérkezett jelek egymástól függetlenek és korrelálatlanok legyenek. Emiatt okoz nagy problémát a legtöbb iránymérési algoritmusban a többutas terjedés, mivel ez esetben a beérkezett jelről nem mondható el, hogy független és korrelálatlan volna. Ezért nagyon fontos megvizsgálni az algoritmusok teljesítőképességét a terjedési modellekkel együtt alkalmazva.
A valós mérési adataink forrásául szolgáló rádió iránymérő antennarendszere 5 antennából áll, amelyeket egy kör mentén helyeztek el, egymástól azonos távolságra, egy úgynevezett UCA-t (Universal Circular Array) alkotva. Az antennakör sugarát a beérkező jel frekvencia tartománya határozza meg. Több különböző átmérőjű antennakonfigurációt használtam a különböző frekvenciatartományokhoz. Az egyes antennaelemek omnidirekcionális – gömbi irányérzékenységű antennák.
Az iránybecslő eredményeit a MUSIC spektrum ábrázolásával lehet megtekinteni, ahol a MUSIC spektrumban a K legnagyobb jel jelenti a mért irányt (azimut). Az algoritmus kibővítésével lehetséges elevációt is számítani, azonban az a mi alkalmazásunkban, ahol nagy távolságok vannak az adó és az iránymérő között, az eleváció elhanyagolható, elég csak a jel azimutját meghatározni.
szerző
-
Juhász Balázs
Mérnök informatikus szak, mesterképzés
mesterképzés (MA/MSc)
konzulens
-
Dr. Koller István
Mestertanár, Híradástechnikai Tanszék
