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Sensor Array Processing In Difficult And Non-Idealistic Conditions

Parvazi, Pouyan :
Sensor Array Processing In Difficult And Non-Idealistic Conditions.
TU Darmstadt, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2012)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Sensor Array Processing In Difficult And Non-Idealistic Conditions
Language: English
Abstract:

The variety of sensor array processing applications and their practical concerns are the motivations behind the present thesis. The uncertainties in the non-ideal conditions considered in this thesis are: the limited number of available snapshots or low signal power, uncertainties in the sensor array geometry, and the nonavailability of specific temporal or spatial samples. These conditions are taken into account in the estimation process of the following parameters: the direction-of-arrival (DOA) of the signals impinging on the array, the array manifold, and the frequencies and the damping factors of the signal harmonics.

First, to deal with the practical situations of a limited number of snapshots or a low signal power, a method is introduced based on the estimator bank approach combined with detection and cure of erroneous estimates. The proposed technique significantly improves the DOA estimation performance in the scenarios where some sources are closely-spaced.

Next, uncertainties in the array sensor locations are considered. The focus of this part of the study lies on the blind calibration and joint DOA estimation in partly-calibrated arrays. Three types of partly-calibrated array geometries are investigated: the arbitrary partly-calibrated array, the partly-calibrated array composed of multiple identical subarrays, and the pairwise-calibrated array. The novel high-resolution DOA and array manifold estimation techniques proposed for each of these array types demonstrate superior DOA estimation performance in comparison with the state-of-the-art methods.

Lastly, the nonavailability of specific samples in the harmonic retrieval problem, i.e., the problem of estimating the frequencies and the damping factors of a harmonic mixture, is considered. The harmonic retrieval problem can be regarded as the generalization of the DOA estimation problem. In the case of incomplete samples, search-free yet high-resolution techniques are proposed which demonstrate excellent harmonic estimation performance.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Die vielfältigen Anwendungen der Sensorgruppensignalverarbeitung und ihre spezifischen Herausforderungen in der Praxis bilden die Motivation für die vorliegende Arbeit. Schwierig-keiten, die unter nicht-idealen Bedingungen auftreten und in dieser Arbeit betrachtet werden sind: eine begrenzte Anzahl von verfügbaren Schnappschüssen oder eine niedrige Signal-leistung, eine ungenaue Kenntnis der Sensorgruppenanordnung und das Fehlen bestimmter zeitlicher oder raumlicher Abtastwerte. Diese Bedingungen werden bei der Schätzung der folgenden Parameter berücksichtigt: die Einfallsrichtung (DOA) der Signale auf die Sensorgruppe, die Array-Mannigfaltigkeit, und die Frequenz und die Dämpfungsfaktoren der Harmonischen des Signals. Um praktische Gegebenheiten wie die begrenzte Anzahl von Schnappschüssen oder eine geringen Signalleistung zu bewältigen wird zunächst eine Methode eingeführt, die auf der Idee einer Schätzer-Bank und der Detektion und Korrektur fehlerhafter Schätzwerte basiert. Das vorgeschlagene Verfahren verbessert die Güte der DOA-Schätzung signifikant in Szenarien, in denen einige der Quellen eng beieinander liegen. Dann werden Unbestimmtheiten bezüglich der relativen Lage der Sensorgruppen betrachtet. Der Fokus dieses Teils der Untersuchung liegt auf der Richtungsschätzung sowie auf der Sensorgruppenkalibrierung bei teilkalibrierten Sensorgruppen. Drei verschiedene Typen teilkalibrierter Sensorgruppen werden untersucht: die allgemeinste Form einer teil-kalibrierten Sensorgruppe, die Anordnung eines teilweise kalibrierten Arrays bestehend aus mehreren identischen Untergruppen und Anordnung einer Sensorgruppe bestehend aus paarweise kalibrierten Sensoren. Die hochauflösenden Verfahren zur blinden Sensorgruppenkalibrierung und simultanen Richtungsschätzung, die für jede dieser Sensorgruppenanordnung vorgeschlagen werden, weisen eine erheblich verbesserte Schätzgenauigkeit auf als Methoden, die dem bisherigen Stand der Technik entsprechen. Schließlich wird das Fehlen bestimmter Abtastwerte bzw. Sensordaten bei der Schätzung der Frequenz- und Dämpfungsparameter einer Superposition von mehreren Harmonischen betrachtet. Dieses Problem kann als Verallgemeinerung des zuvor betrachteten Richtung-schätzproblems mittels Sensorgruppen betrachtet werden. Es werden suchfreie und doch hochauflösende Verfahren zur eindeutigen Schätzung der Signalparameter vorgestellt, die sich durch exzellente Schätzgenauigkeit auszeichnen.German
Place of Publication: Darmstadt
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Nachrichtentechnische Systeme
Date Deposited: 02 Mar 2012 09:12
Last Modified: 07 Dec 2012 12:04
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-29122
License: Creative Commons: Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 3.0
Referees: Pesavento, Dr.-Ing Marius and Mecklenbräuker, Dr.-Ing Christoph F.
Refereed: 18 January 2012
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/2912
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