پديد آورنده :
نقدي سده، محمدجواد
عنوان :
تخمين زاويه ورود اهداف به يك آرايه با استفاده از يادگيري عميق
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
مخابرات سيستم
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
سيزده، 122ص. : مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها :
تخمين زاويه ورود , آرايه تنك , درجه آزادي , هوش مصنوعي , يادگيري ماشين , يادگيري عميق , شبكه عصبي كانولوشني
تاريخ ورود اطلاعات :
1402/07/22
دانشكده :
مهندسي برق و كامپيوتر
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1402/07/23
چكيده فارسي :
زاويهيابي منابع پيرامون يك آرايه، از جمله مهمترين مباحث در حوزه پردازش آرايهاي سيگنال به حساب ميآيد و تحقيقات فراواني را به همراه داشته است. علت اين امر را ميتوان كاربرد گسترده تخمين زاويه ورود در زمينههايي مانند رادار، سونار، مخابرات بيسيم، پزشكي و ... دانست. در سالهاي اخير پژوهشگران تلاشهايي را در راستاي بهبود الگوريتمهاي زاويهيابي انجام دادهاند كه منجر به افزايش دقت تخمين زاويه ورود و بهبود تفكيكپذيري زاويهاي اهداف شده است. از طرفي استفاده از آرايه تنك اين امكان را فراهم ميسازد كه ضمن كاهش هزينههاي سيستم، اهداف بيشتري با تعداد گيرنده كمتر نسبت به آرايه يكنواخت آشكارسازي شوند. بنابراين اهميت موضوع نحوه چينش حسگرهاي يك آرايه، بيشتر از پيش نمايان ميگردد. در ادبيات پردازش آرايهاي سيگنال، به تعداد اهدافي كه بدون ابهام شناسايي ميشوند، درجه آزادي آرايه گفته ميشود. امروزه با رشد و تكامل فناوريهاي ارتباطاتي و پيشرفت علم الكترونيك در ساخت سختافزارهاي قدرتمند، دسترسي به حجم زياد داده و پردازش سريع آنها امكانپذير شده است. از اين رو استفاده از يادگيري عميق در زاويهيابي، موفقيتهاي چشمگيري را به همراه داشته است. يادگيري عميق شاخهاي از يادگيري ماشين است كه براي هوشمندسازي و يادگيري ماشينها از ابزار شبكه عصبي بهره ميبرد. روشهاي مبتني بر يادگيري عميق از عملكرد و جامعيت بهتري نسبت به روشهاي متداول تخمين زاويه ورود برخوردار است. بنابراين يادگيري عميق زمينه بكر و مناسبي را براي بهبود عملكرد تخمين زاويه ورود و درنظرگرفتن شرايط سختگيرانهتر مانند سيگنال به نويز پايين و چندمسيرگي فراهم كرده است. در اين پايان نامه، ضمن بررسي و ارزيابي روشهاي ارائه شده براي زاويهيابي در يك آرايه با استفاده از يادگيري عميق و مقايسه با روشهاي زاويهيابي كلاسيك، با درنظرگرفتن چندين چينش تنك مختلف، شبكه عصبي كانولوشني گسترش مييابد. همچنين اثر عدم كاليبراسيون آرايه و پارامترهايي مانند تعداد لايه بر عملكرد شبكه عصبي كانولوشني مورد مطالعه قرار گرفته و پيشنهاد بكارگيري يك تابع هزينه كارآمدتر در حوزه زاويهيابي مبتني بر يادگيري عميق جهت بهبود آموزش شبكه مطرح ميگردد. در نهايت يك چارچوب رياضي جديد براي چينش آرايه و دستيابي به درجه آزادي بالا به شكل سريع ارائه ميگردد.
چكيده انگليسي :
Direction finding of sources around an array is considered one of the most important topics in the field of array signal processing and has brought many researchers. The reason for this can be known the wide application of the Direction of Arrival (DOA) estimation in the fields such as radar, sonar, wireless communication, medicine, etc. In recent years, researchers have made efforts to improve angle detection algorithms, which has led to an increase in the accuracy of estimating the DOA and improving the angular resolution of targets. On the other hand, the use of sparse array makes it possible to detect more targets with a smaller number of sensors than a uniform array while reducing system costs. Therefore, the importance of how to arrange the sensors of an array becomes more apparent than before. In the literature of array signal processing, the number of targets that are identified unambiguously is called the Degree of Freedom (DOF) of the array. Today, with the growth and evolution of communication technologies and the advancement of electronic science in the construction of powerful hardware, access to large amounts of data and their fast processing has become possible. So, the use of Deep Learning (DL) in direction finding has brought significant success. Deep Learning is a branch of machine learning that uses neural network tools to make machines intelligent and learn. The methods based on deep learning have better performance and comprehensiveness than the conventional methods of estimating the DOA. Therefore, deep learning has provided a pristine and suitable field to improve the performance of the arrival angle estimation and consider more stringent conditions such as low Signal to Noise Ratio (SNR) and multipath. In this thesis, while examining and evaluating the proposed methods for DOA estimation using deep learning and comparing with classical DOA estimation methods, a Convolutional Neural Network (CNN) is expanded by considering several different sparse arrangements. Also, the effect of non-calibration of the array and parameters like the number of layers on the performance of the CNN has been studied and the proposal of using a more efficient cost function in the field of DL-based angle detection to improve network training is proposed. Finally, a new mathematical framework for arranging the array and achieving a high DOF is provided quickly.
استاد راهنما :
محمود مدرس هاشمي
استاد داور :
محمدرضا تابان , محمدعلي خسروي فرد