پروژه اصول جهت یابی رادیویی – مقاله اصول جهت یابی رادیویی – پایان نامه اصول جهت یابی رادیویی

کاربرد سامانه‌‌های جهت یاب امروزه دیگر منحصر به سامانه‌‌های نظامی و کاربرد‌های خاص چون رادار، سونار و جهت یاب‌های رادیویی معمولی و…نشده و مسیر خود را در سیستم‌های مخابراتی پیشرفته چون سامانه‌‌های مخابراتی سیار، سامانه‌‌های ردیابی و شناسایی نجوم و…. باز نموده است، به طوری که ترکیب سامانه‌‌های جهت یابی و مخابرات سیار باعث مزایای فراوانی از جمله افزایش تعداد استفاده کنندگان، افزایش حجم پوشش و کاهش تداخل شده است.

همچنین تقاضا برای خدمات مخـابراتی موبایل روز به روز به طور گسترد‌های در حال افزایش است از این رو است که پیش بینی می‌شود که در آیند‌ه ای نزدیک مخابرات برای دستگاه‌‌های موبایل در هرمنطق‌های از زمین در تمامی زمانها قابل دسترسی باشد. به نظر می‌رسد که آّرایه آنتن‌ها که بر روی کشتی‌ها، ناوها، ماهواره‌ها و همچنین ایستگاه‌‌های اصلی نصب شده اند دارای نقش بسیار مهمی درپاسخگویی به نیاز‌های مربوطه خواهند بود. مبحث آرایه بندی و متعاقب آن طراحی الگوریتم ‌‌های مختلف جهت پردازش اطلاعات حاصله از آرایه‌ها مدتی است که تحقیقات زیادی را به‌ خود اختصاص داده است.

برای ادامه توضیحات و دانلود به ادامه مطلب بروید

طراحی آنتن می تواند از مطالعه این هندسه منتفع شود. بررسی هندسه هایی که ابعادشان به اعداد صحیح محدود نمی شود منجر به کشف آنتهایی با خصوصیات بهبود یافته نسبت به آنتنهای امروزی می شود. آنتنهای فرکتال نشان داده اند که امکان کوچک کردن آنتنها و بهبود تطبیق ورودی را دارند. دسته های معینی از آنتنهای فرکتال را می توان برای عملکرد موثر در باندهای فرکانسی متعدد پیکربندی می نمود.

اگـر چه تاریخچه این تحقیقات به سالیان پیش بر می‌گردد اما مدتی است که بخاطر پیشرفت بشر در دستیابی به سرعت‌های بالای کلید زنی و پردازشگر‌‌هایی که قادرند در مدت زمانی اندک محاسبات زیادی را انجام دهند تحولات چشمگیری یافته است .البته هنوز هم این سرعت کافی نبوده ودر بسیاری موارد باعـث عـدم پـردازش مناسب داده‌ها می‌گـردد. جهـت یا بـی رادیویی از جمله مواردی است که بر روی آن تحقیقات زیادی در زمینه آن بعمل آمده است .
لازمه بررسی و تحلیل چنین مباحثی شناخت تکنیک آرایه‌ها و توانایی استفاده از الگوریتم‌های مناسب با شرایط مسئله است. این موضوع که ابتدا در سیستم‌های آرایه و فقی مطرح شده بود در حال حاضر نیز بهمراه مبحث شکل دهی پرتو در زمینه‌‌های مختلف خصوصا مخابرات سیار سیستم‌ها  SDMA  و آنتن‌‌های هوشمند مورد توجه بسیاری از مراکز تحقیقاتی قرار دارد.
بهره گیری از تکنیک پردازش آرایه ای ابتدا جهت آنتن‌ها بکار رفت اما پس از مدتی کاربرد‌‌های عظیم این تکنیک در کلیه زمینه‌ها گسترش یافت .
الگوریتم‌‌های موجود در مورد مشخص کردن جهت ورودی‌های دریافتی مدتها است که مورد توجه بوده و در روش بسیار کارای آن که همان روش‌های تخمین جهت با استفاده از تکنیک زیر فضای سیگنال است از حدود دهه ۱۹۷۰ آغاز شده است. اصلی ترین الگوریتم مرتبط با تکنیک‌‌های زیر فضای سیگنال، الگوریتم میوزیک( music) است.
یکی از کاربردهای سامانه‌های جهت یاب به تحقیقات یکی از کارشناسان ارشد ارتش آمریکا بر میگردد که با نمونه برداری از صدای یک تانک و سپردن این نمونه صدای تانک در حافظه کامپیوتر و سپس کاشتن تعدادی میکروفن بعنوان سنسور و مقایسه خروجی آرایه با حافظه توانست زاو‌یه ای که این تانک به هنگام حرکت با موتور روشن با سنسور‌ها می‌ساخت را آشکار نماید که این مهم باعث می‌شد تا بتوان تانک دشمن را با علم به زاویه آن شناسایی نموده و با داشتن مختصات آن بعنوان یک هدف نظامی به آن شلیک نمود .کاری که در گذشته با رادار انجام می‌شد در حالیکه هزینه ساخت رادار با هزینه ساخت این پروژه نظامی غیر قابل مقایسه بود. بطوریکه چنانچه رادار توسط دشمن مورد تخریب قرار می‌گرفت هزینه آن بسیار زیاد بود در حالیکه چنانچه این پروژه توسط دشمن تخریب می‌شد فقط تعدادی میکروفن از دست می‌رفت .
امروزه جدای از کاربرد‌‌های وسیعی که آرایه‌ها ی میکروفنی به ارمغان آورده‌اند می‌توان با نمونه برداری از صدا‌های حوادث یا پدیده‌ها ( شبیه صدای رعد، صدای انفجار – صدای شکستن شیشه و یا …) و سپردن این اصوات به حافظه کامپیوتر و مقایسه آنها با خروجی سـنسورها یا آرایه‌‌های کاشته شده در محل‌‌های مورد نظرمان بروز یک پدیده یا اتفاق یک حادثه یا رویداد را آشکار و متعاقب آن امور پیشگرانه را لحاظ نمود. مثلا با پردازشگر‌‌های قوی میتوان بروز رعد را از روی صدای آن تشخیص داده و در پست‌‌های توزیع برق فشار قوی در کسری از ثانیه نسبت به قطع برق اقدام نمود و سایرامور پیشگیرانه ای که میتوان با استفاده از آرایه بندی به انجام رساند .
بطور کلی روش‌های تخمین جهت که تاکنون پیشنهاد شده را می‌توان به دو گروه تقسیم کرد:

۱-روش‌های تخمین طیفی

۲- روش‌های ساختار ویژه
در روش‌های گروه اول که مهمترین آنها روش حداکثر احتمال است با محاسبه طیف مکانی و بدست آوردن نقاط ماکزیمم محلی، تعداد و جهت منابع سیگنال تعیین می‌گردد. تخمین همزمان تعداد و جهت منابع ارسال کننده سیگنال و همچنین زمان پردازش کم این روشها از جمله نقاط قوت آنها محسوب می‌گردند ولی قدرت تفکیک پذیری کم در تشخیص منـابع نزدیک بهم و منابـع با اخـتلاف توانـی زیـاد، هـمچنـین حسـاسیت زیاد آنـها به نویز و کالیبراسیون آرایه دلایلی هستند که استفاده از آنها را محدود نموده است .
روش‌های گروه دوم که الگوریتمMusic مهمترین آنها است بر پایه این خاصیت ماتریس کواریانس پایه گذاری شده اند که فضا توسط بردار‌های ویژه آن به دو زیر فضا ی سیگنال و نویز تقسیم می‌شود به گونه ای که بردار‌های آرایه در جهت منابع، عمود بر زیر فضای نویز قرار می‌گیرند .
سادگی فرمول بندی، قدرت تفکیک زیاد و حساسیت بسیار کمتر آنها به نویز از جمله محاسن آنها است ولی از عیوب دسته دوم می‌توان به این نکته اشاره کرد که بعضی از روش‌های این دسته فقط قابل اعمال به آرایه‌‌های خطی هستند .
برای بهینه کردن یک ارتباط بطوریکه دارای بازده بالایی باشد توجه به چندین مورد اساسی لازم به نظر می‌رسد که در زیر به آّنها اشاره می‌شود :
چگونگی اسـتفاده از آرایه آنتن‌ها بطـوریکه با استفاده از پیـکر بندی‌‌های متفاوت، اثر و نتایج مربوط به سامانه‌‌های مخابراتی را بهبود بخـشد .
مدل سـیگـنال منـاسب وکارا، برای پــردازش آرایـه درکنـار طرح‌‌های مختـلف فرم دهی پرتو۲، به همراه مسایلی همچون تاخیر مرسوم، مجموعه فرم دهندپرتو، شرایط مرزی نـاشـی از فرم دهی پرتو، پــردازش بـر روی فضـای پرتو، بردار‌‌های صفر، فرم دهی به صورت دیجیتالی و دیگر ساختار‌های ویـژ‌ه ای کـه همگی خـارج از بحث اصلی این بخش  است .
الگوریتـم‌‌های وفـقی بـرای تـنظـیم وزن یک آرایه، که این الگوریتمها شامـل SMI  ، LMS  ، LMS نرمالیزه ، ساختـار گرادیـانی، RLS ، CMA و روش مزدوج گرادیان و شبکه ارتباطی عصبی است .
بکارگیری چندین روش تخمین جهت سیگنال‌های دریافتی و مقایسه نتایج و اثر هر کدام و تجزیه و تحلیل متغیر‌‌های مختلف و محاسبه حساسیت آ‌نها و همچنین تخمین تعداد منابع باعث افزایش دقت در جهت یابی خواهد بود و بحث بر روی چندین روش پیش پردازشی و همچنین بررسی خطاها و تاکید برنقش طرح‌های پردازش آرایه نیز بر اطمینان از جهت تاثیر به سزایی دارد .
قدرت تفکیک جهات سیگنال‌های دریافتی DOA در بسیاری از سامانه‌‌های سنسوری همچون رادارها، سونارها، مخابرات موبایل و نظارت و مراقبت الکترونیکی کاربرد فراوانی دارد. به همین لحاظ است که طی یک دهه اخیر تلاش فراوانی برای بهبود دادن مشخصه‌‌های سیستم‌های DF انجام گردیده است .
شاید بیش از چند صد مقاله از دهه ۶۰ تا دهه ۹۰ در مورد طراحی سامانه DF (طراحی آرایه و ساختار آن) ارائه شده است اما عـمده تفـاوت مقالات دهه اخیر با مقالات پیشین، در نحوه بررسی و طراحی DF، به شکل ارائه الگوریتم‌‌های پردازش بوده است. در این الگوریتم‌ها از توان سیگنال دریافتی مجموعهء حسگرها استفاده شده و با جداسـازی فضای سیگنال از فضای نویز توسط یک آستانه از پیـش تعریف شده، مشخصات سیـگنال‌‌های دریافتی و جهت سیگنال‌‌های دریافتی را می‌توان بدست آورد. در صورتیکه هیچ نویزی وجود نداشته باشد (SNR=∞ ) در این صورت مقادیر محاسبه شده مقادیر دقیق خواهند بود. از آنجائیکه همیشه نویز وجود دارد، مقادیر بدست آمده به طور مجانبی به مقادیر دقیق میل می‌کنند .
روش‌های جدا سازی سیگنال از نویـز و حصول مقادیر دقیق متغیر‌‌های مورد نیاز برای الگوریتم‌‌های مختلف موجب شده است که هر کدام در موقعیت‌های مختلفی بکار گرفته شوند و حتی بعضی از این الگوریتم‌ها به دلایل مشکلاتی که فراهم نمودهاند،حذف شوند
یک مشکل جدی پردازش آرایه حل مسئله منابع کاملا وابسته است. حل نمودن مشکل منابع وابسته و همچنین منابعی که از لحاظ فاصله بهم نزدیکند باعث ایجاد یک حوزه فعال در تحقیقات شده است.
این مطالعات در حال حـاضر بر روی تعدادی از تکنیکـ‌های مـوجود از قبـیل ASPECT  (مانیکاس و ترنر در سال ۱۹۹۱)،DOSE (زاتمن استرانگ وایز۱۹۹۳) ، IMP (کلارک ۱۹۹۱) و ML (وَکس ۱۹۸۵) ‌ بعنوان یک ابزار تخمین جهت سیگنال‌های دریافتی انجام می‌گیرد. این تکنیکها به شکل هندسی آرایه خطی مقید نیستند و قادر هستند که محاسبات را برای سیگنالها یی با همبستگی کامل انجام دهند. تخمین جهت دریافت با تفکیک پذیری فوق العاده DOA‌‌در بسیاری از سیستم‌هایی که از آنتن استفاده می‌کنند نظیر رادار سونار، مخابرات موبایل و سیستم‌های الکترونیکی نظارتی‌ کاربرد دارد. در مراحل قبل تخمین جهت، یک روش کلی که موسوم به تبدیل فوریه وجود دارد و بعنوان روش متداول فرم دهی پرتو معروف است و بیشترین توجه را به خود جلب کرده است. اما یکی از مسائل مهم که تکنیکـ‌های فوق با آن مواجه هستند، رفع مشکل دو منبع نزدیک به یکدیگر است. این ناتوانی از آنجا ناشی می‌شود که مشخصه دقت تفکیک پذیری آرایه به نسبت سیگنال به نویز بستگی دارد. این مشکل همچنان برای تکنیک‌های جدید که برای پیدا نمودن موقعیت منابع بکار می‌روند وجود دارد که از این تکنیک‌های جدید به تکنیک‌های تخمین جهت با دقت تفـکیک پذیـری بـالا‌‌یاد می‌شود مهمترین روش‌‌های موجود در این بخش از تکـنیکها، عبارتند از:
۱- روش حداکـثر احتمـال ML که مـبنای کار کـاپن (۱۹۶۹)‌ بـر روی تـجزیه عـدد مـوج فـرکانـس است‌ .

۲- روش حداکثر بی نظمی MEکه توسط برگ (۱۹۷۵)‌ بنیان نهاده شد .

۳- تکنیک‌های زیر فضای سیگنال (اشمیت ۱۹۸۱)که مشهورترین الگوریتم موجود در این دسته الگوریتم MUSIC است.
در حال حـاضر تـکنیک‌های زیر فـضـای سیگـنال به عنوان قدرتمندترین روش در نظر گرفـته شده و بر مبنای تجزیه بردار تجزیه ویژه ماتریس کوواریانـس داده‌ها (یعنی R xx‌‌ ) بنا شده است. عمده ترین مزیت‌های این تکنیک بر تکنیک‌های متداول و همچنین سایر تکنیک‌‌های تفکیک پذیری بالا شامل روش MLو ME (جانسون و مینر ۱۹۸۶ ) عبارتند از:
–  این روش‌ها قادرند تخمین‌‌هایی با قدرت بالاتر را ایجاد کنند .

–  ابهام‌ها تقلیل داده می‌شوند.

–  تخمین دقیقی برای DOA‌ و سایر متغیر‌های سیگنال و نویز ایجاد می‌کند .

اما این تکنیک‌های مشخص شده، حساس به نمونه برداری و مدل‌های خطا و عدم اطمینان می‌باشند، بخصوص که بر اساس دانش دقیق شکل هندسی آرایه (موقعیت آنتنها )‌، ‌فاز و بهره آنتن، کوپلینگ متقابل بین عناصر آرایه و غیره بنا شده اند.
اگر روش‌های زیر فضای سیگنال با متغیر‌های غلط بکار گرفته شوند عمدتا یا هیچ جوابی نمی‌دهد و یا در بهترین حالت نتایج ضعیفی را خواهد داد. بنابراین کالیبراسیون بر حسب متغیر‌های آرایه یک نیاز مقدماتی در تکنیک‌های زیر فضای سیگنال است.
سیستم مکان یابی Loran-A  

این روش اولین بار طی چنگ دوم جهانی توسط آمریکا به منظور ناوبری کشتی ها و هواپیماهای جنگی به کار گرفته شد , در این سیستم به کمک دو ایستگاه فرستنده که با هم همزمان بودند سیگنالی در زمان های مشخص ارسال می­شد , در این حالت کشتی یا هواپیما که دارای ساعتی منطبق با ساعت ایستگاه های فرستنده داشت با دریافت این سیگنال و استخراج TOA  آن با توجه به مشخص بودن مکان ایستگاههای فرستنده , مکان خود را استخراج میکرد .

این سیستم اولیه که بنام Loran – A   شناخته میشود از سیگنالی در بازه  ۱۸۵۰ – ۱۹۵۰KHz  استفاده میکرد و بردی در حدود ۶۰۰ miles  داشت .

مهمترین مساله در سیستم همزمان بودن فرستنده . گیرنده باهم است در غیر این صورت به علت خطای زمان به عوض یک نقطه , یک ناحیه به عنوان موقعیت مکانی مشخص میگردد .

هدف از جهت یابی چیست ؟

شاید بتوان در حداقل کلام هدف از جهت یابی را در عبارات زیر خلاصه نمود :

• مانیتورینگ رادیویی مطابق با قوانین و اصول ITU :
  • پایش منابع تداخل
  • مکان یابی فرستنده های غیر مجاز
• سرویسهای امنیتی :
• مبارزه با عناصر خرابکار
• کشف فعالیت سازمانهای جنایی
• اطلاعات نظامی :
• پایش فعالیتهای دشمنان بالقوه
• شناسایی ترتیب نیروی الکتریکی دشمن
• کسب اطلاعات رزمی از دشمن در هنگام رزم
• اکتشافات علمی :
• اختر شناسی رادیویی
• سنجش از راه دور

وظایف سیستم جهت یاب 

از لحاظ معنایی جهت یابی علمی است که به منظور تعیین و تخمین سمت سیگنال منتشر شده از طرف فرستنده به واسطه اندازه گیری و ارزیابی پارامترهای خاص میدان الکترومغناطیسی انجام میگردد .

در حالت عادی در یک سیستم جهت یاب تنها تشخیص جهت دریافت کافی میباشد ولی پیدا کردن ارتفاع نیز در عملیات هوایی حائز اهمیت میباشد به خصوص در خصوص امواج دربازه فرکانسی V/UHF   که عمده ارتباطات در عملیات هوایی در این بازه انجام میگردد .

جهت یابی به روش پردازش آرایه  سنسورها

امروزه توسعه قابلیت های جهت یابی کلاسیک از طریق طراحی بهینه مدارات و آنتن امکان پذیر گردیده که این امر موجب افزایش دقت ، تسهیل و کوتاه شدن زمان پردازش و محاسبات سمت یابی تاکتیکی گردیده است .

البته لازم به ذکر است که ایجاد یک الگوریتم ریاضی بین المانهای آنتن و جهت کسب شده در تعامل کامل با پارامترهایی مانند فرکانس کار ، پلاریزاسیون و محیط می­باشد .

در عصر حاضر با بهره­گیری از تکنیک­های دیجیتال به منظور پردازش سیگنال قابلیت های جدیدی در امر طراحی و بهره وری از تجهیزات ارتباطی و غیر ارتباطی مقدور گردیده که نمونه های زیر بخشی از قابلیت هایی است که در سایه این فناوری در جهت یابی رادیویی کسب گردیده است .

• کاهش زمان پایش در سمت
• کاهش زمان مورد نیاز جهت استقرار سیگنال بر روی المان آنتن
• افزایش سرعت محاسبات و مراجل اجرایی الگوریتم های مورد نظر
• امکان بهره گیری از قابلیت چند الگوریتمی به منظور هر الگوریتم در راستای افزایش دقت
• صرفه اقتصادی
• کوچک شدن ابعاد سیستم
• امکان پایش هم زمان چندین سیگنال

فهرست مطالب

– جهت یابی رادیویی
– اصول جهت یابی رادیویی
– روش TOA
– سیستم مکان یابی Loran-A
– سیستم مکان یابی GPS
– روش جهت یابی Angle of arrival)AOA)
– روش TDOA یا روش هذلولی برای مکان یابی
– سیستم مکان یاب LORAN-C
– نمونه های سیستم گیرنده و فرستنده LORAN-C
– تکنیک های تعیین مکان در روش TDOA
– ملاحظات پردازش سیگنال در روش TDOA
– خلاصه
– بررسی تکنیکهای موجود جهت یابی رادیویی
– هدف از جهت یابی چیست ؟
– وظایف سیستم جهت یاب
– اصول جهت یابی
– مروری برروشهای جهت یابی
– مشخصه های اصلی و مورد نیاز یک سیستم جهت یاب رادیویی
– اجزاء اصلی یک سیستم جهت یاب
– جهت یابی بر اساس حداکثر دامنه
– جهت یابی به روش استفاده از آنتهای جهتی تکی
– اصول روش واتسون- وات
– آنتن حلقوی متقاطع و روش واتسون – وات
– آنتن Adcock
– جهت یابی به روش داپلر Doppler direction Finder
– جهت یابی به روش تداخل سنجی Interferometer
– ابهام تصویر آینه ای
– روش جهت یابی تداخل سنج همبستگی Correlative interferometer
– ساده سازی الگوریتم Correlative Interferometer به صورت تئوری بدون استفاده از table
– الگوریتم Correlative Interferometer
– الگوریتمی بر اساس همان الگوریتم با محاسبات کمتر
– تعداد عملیات مورد نیاز برای این الگوریتم
– تعداد عملیات مورد نیاز برای الگوریتم همبستگی ساده (حالت معمولی)
– جهت یابی به روش پردازش آرایه سنسورها
– اساس طراحی سامانه های جهت یاب نوین
– روش جهت یابی با میزان تفکیک و وضوح بالا
– روش های فرم دهی پرتو
– روش جهت یابی زیر فضا
– مقایسه نتایج شبیه سازی الگوریتم MUSIC برای دو حالت آنتن دایروی و خطی
– Loaded capon روش جهت یابی
– نمایش جهت
– جهت یابی در باند HF
– ساختار نوعی سامانه جهت یاب LF , HF
– المانهای آنتن در آرایه HF
– اصول مکان یابی رادیویی
– عوامل موثر در ایجاد خطای مکان یابی

منابع ندارد

تصاویر فایل پروژه :

خرید آنلاین پروژه

• فرمت فایل : Word –  تعداد صفحات : ۶۵ صفحه
• حجم فایل : ۱۴٫۹۲ مگا بایت
• برای دانلود مقالات و پرژوه های بیشتر در گرایش مخابرات اینجا کلیک کنید.

درصورت بروز مشکل در هنگام خرید با ایمیل زیر در ارتباط باشید.

ایمیل مدیریت پارسی برق : admin@parsibargh.com