Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA THAM SỐ CẤU TRÚC ANTEN LÊN THUẬT TOÁN MUSIC TRONG BÀI TOÁN DOA

CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA THAM SỐ CẤU TRÚC ANTEN LÊN THUẬT TOÁN MUSIC TRONG BÀI TOÁN DOA

Tải bản đầy đủ - 0trang

Từ những giả thiết ban đầu ta có sơ đồ mơ phỏng thuật tốn MUSIC như

Hình 3.1



Các góc sóng tới:



Vector biên độ

đường bao phức

S(t)



Ma trận các vector

lái (vector chỉ

phương)



Vector nhiễu N(t)



Vector đáp ứng đầu ra của M cổng thu:



Thuật toán ước lượng sóng tới MUSIC



Hình 3.1 Sơ đồ khối mơ phỏng thuật tốn MUSIC



29



Hình 3.1 Sơ đồ mơ phỏng thuật tốn MUSIC

3.2 Xây dựng chương trình mơ phỏng đối với hệ anten thẳng ULA

3.2.1Các bước thực hiện mô phỏng chương trình

Bước 1 Thiết lập các tham số ban đầu

A. Thiết lập tham số hệ anten ULA

-



Bước sóng tín hiệu: λ = 0.5 (m)



-



Khoảng cách giữa cặp anten liên tiếp so với bước sóng:



-



Số phần tử anten trong mảng: Ne = 10



B. Thiết lập tham số của nguồn tín hiệu đến

-



Số nguồn tín hiệu tới: D = 5



-



Góc tới nguồn tín hiệu

Trường hợp 1 có các góc tới như sau:

Angles = []

Trường hợp 2 có các góc tới như sau:

Angles =[].



-



Tỷ số tín hiệu trên tạp âm tương ứng:

SNR=[30 30 30 30 30]



C. Thiết lập tham số chung

-



Hệ số sóng:



-



Số mẫu tín hiệu thu: Nb = 1000

Giả thiết ban đầu có 5 nguồn tín hiệu (D = 5), số phần tử anten (Ne = 10), tỉ



số tín hiệu trên tạp âm (SNR=30), phần tử và số mẫu quan sát hay số bit tín hiệu gửi

30



về từ nguồn phát tới mảng là 1000 (Nb = 10) (thơng số giả thiết này có thể thay đổi

mà không gây ảnh hưởng tới kết quả cuối cùng của chương trình nhưng khi chúng

ta đặt số bit quá nhỏ, kết quả thực nghiệm sẽ thay đổi sau mỗi lần chạy bởi lúc này

tính thơng kê của thuật tốn khơng còn được đảm bảo nữa. Về mặt lý thuyết số bit

cần phải tiến tới vô cùng tuy nhiên kết quả của chương trình cho thấy khi số bit lên

tới khoảng 1000 thì kết quả thực nghiệm ở những lần chạy khác nhau không chênh

lệch đáng kể) [5].

Việc đặt các thông số trên cần đảm bảo những yêu cầu sau đây: Số phần tử

anten trong mảng lớn hơn số nguồn tín hiệu (Ne>D), số phần tử anten của mảng

không được quá lớn để tránh sự cồng kềnh, đặt số mẫu thử Nb đủ lớn để đảm bảo

tính thống kê được chính xác.

Bước 2 Tạo ma trận thu U kích thước [Nb Ne]

-



Tạo ma trận tín hiệu đầu vào S kích thước [D Nb]



-



Tạo vector lái tín hiệu A kích thước [D Ne]



-



Tạo ma trận nhiễu N kích thước [Nb Ne]



-



Tạo ma trận tín hiệu thu kích thước [Nb Ne]



Bước 3: Thuật tốn MUSIC

-



Thiết lập tín hiệu tương quan thu



-



Tìm giá trị riêng, vector riêng



-



Số nguồn tín hiệu



-



Tìm vector riêng của nhiễu



-



Tìm phổ khơng gian tín hiệu



-



Biểu diễn



3.2.2 Kết quả mơ phỏng

Q trình mơ phỏng được thực hiện theo các các bước đã nêu trên, trong đó

31



các góc tới được giả thiết theo 2 trường hợp. Trường hợp 1, tất cả các góc tới nhỏ

hơn 1800, trường hợp 2 các góc tới biến thiên trong khoảng từ 0-3600.

Kết quả mơ phỏng cho thuật tốn MUSIC đối với hệ anten phân bố thẳng cho

trường hợp 1 thu được như Hình 3.2.



Hình 3.2 Kết quả mơ phỏng cho trường hợp các góc tới:

.

Từ Hình 3.2 chúng ta thấy rằng, ở trường hợp 1 có các góc tới là: , thì thuật

tốn cho phổ tín hiệu sóng tới chính xác của 5 tín hiệu đến từ các góc tới đã thiết

lập.

Kết quả mơ phỏng cho thuật tốn MUSIC đối với hệ anten phân bố thẳng

cho trường hợp 2 thu được như Hình 3.3.



Hình 3.3 Kết quả mơ phỏng cho trường hợp các góc tới:

.



32



Từ Hình3.3 chúng ta thấy rằng, ở trường hợp 2 có các góc tới là: , thì thuật

tốn MUSIC cho phổ tín hiệu sóng tới chưa chính xác của 5 tín hiệu đến từ các góc

tới đã thiết lập. Khi góc tới thì khơng ra đúng góc tới mà ta đã thiết lập ở ban đầu.

Thuật toán cho ra góc khi chúng ta thiết lập góc tới =200°

Nhận xét: Trường hợp các góc tới nằm trong dải 0°-180° thì thuật tốn cho

kết quả chính xác. Trong trường hợp có góc tới lớn hơn 180° thì thuật tốn MUSIC

trong hệ thống ULA khơng cho được kết quả chính xác. Thuật tốn sẽ biểu diễn góc

bù của góc tín hiệu tới cho trường hợp góc tới lớn hơn 180°, vì hệ thống ULA chỉ

phân biệt được các góc tới nằm trong khoảng 0-180°. Hệ thống ULA là hệ thống có

góc tới tuần hồn nửa chu kì, đây cũng chính là nhược điểm của hệ thống ULA.

Để đánh giá chất lượng của thuật toán MUSIC trong hệ anten phân bố thẳng

(ULA), ta thực hiện khảo sát ảnh hưởng của các tham số lên độ chính xác của thuật

tốn. Q trình khảo sát được thực hiện bằng cách thay đổi tham số cần khảo sát và

giữ nguyên các tham số còn lại.

A. Ảnh hưởng của tham số d/λ tới kết quả thuật toán MUSIC đối với hệ thống anten

phân bố thẳng (ULA)

Tỉ số khoảng cách giữa hai anten phần tử kề nhau và bước sóng làm việc

(d/λ) là thơng số ảnh hưởng trực tiếp tới , qua đó ảnh hưởng tới vector lái tín hiệu A

dẫn tới làm thay đổi đến ma trận tín hiệu thu tại các phần tử anten. Để tiến hành

khảo sát sự ảnh hưởng của tỉ số này gây lên kết quả của thuật toán MUSIC, ta tiến

hành thiết lập mơ phỏng như sau. Giả sử có 5 hướng sóng tới , số lượng anten phần

tử trong mảng Ne=10. Ta thực hiện thay đổi tỷ số d/λ lần lượt là: 0.2; 0.5;0.8. Ta vẫn

giữ nguyên các tham số còn lại. Kết quả mô phỏng lần lượt thu được như các hình

3.4, 3.5, 3.6.

Kết quả mơ phỏng cho thuật tốn MUSIC cho trường hợp tỉ số d/λ=0.5 cho

ra kết quả như Hình 3.4



33



Hình 3.4 Kết quả mơ phỏng cho các góc tới: θ1 = 40°, θ2 = 60°,θ3 = 90°, θ4 = 150°,

θ5 = 160°, cho trường hợp d/λ = 0.5

Kết quả mơ phỏng cho thuật tốn MUSIC cho trường hợp tỉ số d/λ=0.9 cho

ra kết quả như Hình 3.5



Hình 3.5 Kết quả mơ phỏng cho các góc tới: ,Cho trường hợp d/λ = 0.9

Kết quả mô phỏng cho thuật toán MUSIC cho trường hợp tỉ số d/λ=0.2 cho

ra kết quả như Hình 3.6



34



Hình 3.6 Kết quả mơ phỏng cho các góc tới:,Cho trường hợp d/λ = 0.2.

Nhận xét: Khi ta thực hiện việc thay đổi tỉ số lên thành 0.9 thì thuật tốn

MUSIC vẫn cho ra kết quả chính xác. Nhưng ngồi những phổ tín hiệu sóng tới mà

ta đã thiết lập thì còn có thêm những phổ con, phổ con này gây ảnh hưởng tới tính

chính xác của thuật toán MUSIC trong hệ thống anten phân bố thẳng (ULA).

Khi ta giảm tỉ số thì thuật tốn MUSIC vẫn cho ra kết quả chính xác. Nhưng

ở những dải phổ thấp tín hiệu ở gần nhau sẽ gây ra nhiễu nhiều hơn khi chúng ta

thiết lập tỉ số = 0.5.

B. Sự ảnh hưởng của số phần tử anten trong mảng và số nguồn tín hiệu D tới độ

chính xác của thuật toán MUSIC

Trên cơ sở lý thuyết của thuật toán MUSIC, để thuật tốn có thể cho ra kết

quả thì điều kiện tối thiểu là số phần tử anten trong mảng lớn hơn số nguồn tín hiệu

(). Để khảo sát sự ảnh hưởng của số lượng phần tử anten trong mảng ảnh hưởng tới

độ chính xác của thuật tốn MUSIC trong hệ anten thẳng ULA, ta tiến hành thiết lập

mô phỏng như sau. Giả sử có 5 hướng sóng tới: , tỷ số , tỉ số tín hiệu trên tạp âm .

Ta tiến hành thay đổi số lượng phần tử anten trong mảng lần lượt là: Ne=15, Ne = 6,

Ne = 5 nhưng vẫn giữ nguyên các tham số còn lại. Rồi so sánh với trường hợp Ne =

10 ở Hình 3.4

35



Kết quả mơ phỏng cho thuật tốn MUSIC cho trường hợp Ne = 15 cho ra kết

quả như Hình 3.7



Hình 3.7 Kết quả mơ phỏng cho các góc tới. Cho trường hợp Ne=15, D=5 và

d/λ = 0.5

Kết quả mô phỏng cho thuật toán MUSIC cho trường hợp Ne =6 cho ra kết

quả như Hình 3.8



Hình 3.8 Kết quả mơ phỏng cho các góc tới. Cho trường hợp Ne=6, D=5 và d/λ

= 0.5

Kết quả mơ phỏng cho thuật tốn MUSIC cho trường hợp Ne =5 cho ra kết

36



quả như Hình 3.9



Hình 3.9 Kết quả mơ phỏng cho các góc tới.Cho trường hợp Ne=5, D=5 và d/λ

= 0.5

Nhận xét: Qua các Hình 3.7, Hình 3.8, Hình 3.9 ta thấy, khi thực hiện tăng số

lượng anten trong mảng lên nhưng vẫn giữ ngun các tham số còn lại thì thuật tốn

MUSIC cho độ chính xác các góc tới đã thiết lập ban đầu càng cao. Nếu ta giảm số

lượng phần tử anten xuống thì thuật tốn MUSIC cho chất lượng tín hiệu sóng tới

càng giảm. Ta tiếp tục giảm số lượng anten tới khi số lượng phần tử anten bằng với

số phần tử nguồn tín hiệu (Ne = D) thì thuật tốn MUSIC sẽ không cho ra kết quả.

Từ những kết quả mô phỏng trên ta thấy yêu cầu tối thiểu số để thuật tốn có thể

thực hiện là số lượng phần tử anten lớn hơn số nguồn tín hiệu.

C. Độ phân giải thuật toán

Độ phân giải thuật toán là khoảng cách nhỏ nhất giữa các nguồn tín hiệu tới

(tính bằng độ) mà thuật tốn MUSIC có thế phân biệt được đó là nguồn riêng biệt.

Để khảo sát độ phân giải của thuật toán MUSIC trong hệ anten phân bố

thẳng (ALU) ta giả sử có 2 hướng sóng tới: . Các tham số: Ne, d/λ, SNR, D là cố

định. Ta tiến hành giảm các nguồn tín hiệu tới gần nhau cho tới khi thuật tốn

MUSIC khơng cho ra kết quả.

37



Kết quả mơ phỏng cho thuật tốn MUSIC cho trường hợp có hai nguồn tín

hiệu: cho ra kết quả như Hình 3.10



Hình 3.10 Kết quả mơ phỏng cho các góc tới. Cho trường hợp Ne=5, D=2 và

d/λ = 0.5, SNR = 30

Kết quả mơ phỏng cho thuật tốn MUSIC cho trường hợp có hai nguồn tín

hiệu: cho ra kết quả như Hình 3.11



Hình 3.11 Kết quả mơ phỏng cho các góc tới. Cho trường hợp Ne=5, D=2 và

38



d/λ = 0.5, Ne = 30.

Kết quả mơ phỏng cho thuật tốn MUSIC cho trường hợp có hai nguồn tín

hiệu: cho ra kết quả như Hình 3.12



Hình 3.12 Kết quả mơ phỏng cho các góc tới. Cho trường hợp Ne=5, D=2 và

d/λ = 0.5, Ne = 30

Nhận xét:

-



Khi phổ của 2 tín hiệu góc tới là: thì thuật tốn MUSIC khơng phân biệt

được 2 nguồn tín hiệu tới dù ở dải phổ cao.



-



Qua kết quả mô phỏng ở hình (3.19) đến (3.11) ta thấy thuật tốn MUSIC

cho độ phân giải cao. Khi độ phân giải càng cao thì độ chính xác của các góc

tới càng lớn. Ta thực hiện việc giảm độ phân giải của thuật tốn xuống thì

thuật tốn MUSIC vẫn có thể phân biệt được đó là nguồn tín hiệu riêng biệt

cho tới khi hai tín hiệu tới chênh lệch nhau bé thua 0.2°. Từ những kết quả

mô phỏng ở trên ta thấy thuật tốn MUSIC trong hệ anten phân bố thẳng có

độ phân giải rất cao.



D. Ảnh hưởng của tỉ số tín hiệu trên tạp âm tới thuật toán MUSIC cho hệ anten

phân bố thẳng (ULA)

Để khảo sát sự ảnh hưởng của tỉ số tín hiệu trên tạp âm (SNR) tác động tới

39



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA THAM SỐ CẤU TRÚC ANTEN LÊN THUẬT TOÁN MUSIC TRONG BÀI TOÁN DOA

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×