Geri Dön

Online calibration of sensor arrays using higher order statistics

Yüksek dereceli istatistik kullanarak algılayıcı dizilerinin çevrimiçi kalibrasyonu

PDF İndir

  1. Tez No: 339833
  2. Yazar: METİN AKTAŞ
  3. Danışmanlar: PROF. DR. T. ENGİN TUNCER
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2012
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
  12. Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 136

Özet

Sinyal işleme uygulamalarında Yüksek Dereceli İstatistik (HOS) ve İkinci Dereceli İstatistik (SOS) yaklaşımları belirli avantaj ve dezavantajlara sahiptir. Gussian olmayan sinyaller için HOS yaklaşımı daha fazla istatistiksel bilgi sağlamaktadır. Diğer açıdan SOS yaklaşımı özellikle gözlem sayısı küçük olduğunda HOS yaklaşımına göre tahmin hatalarına karşı daha dayanıklıdır. Bu tezde her iki yöntemin avantajlarından yararlanabilmek için HOS ve SOS yaklaşımları birlikte kullanılmıştır. Bu açıdan HOS ve SOS yaklaşımlarının birlikte kullanımı gelişigüzel geometrideki algılayıcı dizilimlerinin çevrimiçi kalibrasyonu için önerilmiştir. Çevrimiçi dizilim kalibrasyonunda üç farklı problem ele alınmış ve herbir problem için yeni algoritmalar önerilmiştir. İlk problemde, gelişigüzel dağıtılmış algılayıcıların konumları iki referans sensor haricinde tamamen bilinmemektedir ve geliş yönü (DOA) ve algılayıcı konumlarının birlikte bulunması için HOS ve SOS yaklaşımları yinelemeli olarak kullanılmıştır. Yinelemeli HOS-SOS algoritması (IHOSS) algılayıcı konumları tahminindeki bilinmezlik problemini kaynak sinyallerinin en az iki frekansta gözlemlenmesi ile çözmektedir ve bu nedenle geniş-bantlı sinyaller için uygulanabilirdir. Frekanslardaki koşullar belirtilmiştir. IHOSS, gelişigüzel dağıtılmış algılayıcıların konumlarının bilinmemesi durumunda DOA ve algılayıcı konum tahmininin bulunmasında kullanılan literatürdeki ilk algoritmadır. İkinci problemde dar-bantlı sinyaller ele alınmış ve algılayıcı konumlarının anma değerlerinin bilindiği kabul edilmiştir. Değiştirilmiş IHOSS (MIHOSS) algoritması algılayıcı konumlarının tahminindeki belirsizlik problemini çözmek için algılayıcı konumlarının anma değerlerini kullanmaktadır. Bu algoritma algılayıcı konumlarındaki hem küçük hem de büyük hataları ele alabilmektedir. Tam algılayıcı konum tahmini için sarsımların üst sınırı belirtilmiştir. En son problemde, algılayıcıların kazanç/faz uyumsuzluğu ve karşılıklı bağlaşım katsayılarının bilinmediği durumdaki algılayıcı dizilimleri için çevrimiçi dizilim kalibrasyonu yöntemi önerilmiştir. Bu durumda algılayıcı konumlarının bilindiği kabul edilmiştir. Karşılıklı bağlaşım matrisi herhangi bir özel yapıya sahip değildir. İki adet referans algılayıcısının kalibrasyonunun tam olduğu kabul edilmiştir. IHOSS algoritması çevrimiçi kalibrasyon ve parametre tahmini için uyarlanmış ve böylece CIHOSS algoritması elde edilmiştir. CIHOSS, IHOSS algoritmasından çıkmış olmasına rağmen birçok bakımdan temel farklılıklar göstermektedir. CIHOSS, birçok sanal ESPRIT yapısı kullanmakta ve gerçek dizilim steering matrisinin satırlarındaki eleman sıralarının hizalanmasını gerçekleştirmektedir. Birden fazla kaynak problemini tek kaynak problemine çevirerek HOS ayaklaşımı için yeni bir cumulant matris tahmini tekniği önerilmiştir. Önerilen algoritmalar, yeni cumulant matris tahmininin etkinliğinden dolayı ilintili kaynak sinyallerinde dahi iyi performans segilemektedirler. Önerilen tüm algoritmalardaki yinelemeli yöntemin yakınsaması garantilenmiştir. Bilinmeyen kovaryans matrisine sahip çembersel olmayan karmaşık Gaussian gürültü sinyali durumu için sinyal geliş yönü ve bilinmeyen kalibrasyon parametreleri kestirimi için kapalı formda belirlenimci Cram´er-Rao bound (CRB) denklemleri elde edilmiştir. Benzetim sonuçları göstermiştir ki önerilen yöntemlerin performansları DOA ve bilinmeyen kalibrasyon parametreleri tahmini için yüksek SNR değerinde CRB değerine yaklaşmaktadır.

Özet (Çeviri)

Higher Order Statistics (HOS) and Second Order Statistics (SOS) approaches have certain advantages and disadvantages in signal processing applications. HOS approach provides more statistical information for non-Gaussian signals. On the other hand, SOS approach is more robust to the estimation errors than the HOS approach, especially when the number of observations is small. In this thesis, HOS and SOS approaches are jointly used in order to take advantage of both methods. In this respect, the joint use of HOS and SOS approaches are introduced for online calibration of sensor arrays with arbitrary geometries. Three different problems in online array calibration are considered and new algorithms for each of these problems are proposed. In the first problem, the positions of the randomly deployed sensors are completely unknown except the two reference sensors and HOS and SOS approaches are used iteratively for the joint Direction of Arrival (DOA) and sensor position estimation. Iterative HOS-SOS algorithm (IHOSS) solves the ambiguity problem in sensor position estimation by observing the source signals at least in two different frequencies and hence it is applicable for wideband signals. The conditions on these frequencies are presented. IHOSS is the first algorithm in the literature which finds the DOA and sensor position estimations in case of randomly deployed sensors with unknown coordinates. In the second problem, narrowband signals are considered and it is assumed that the nominal sensor positions are known. Modified IHOSS (MIHOSS) algorithm uses the nominal sensor positions to solve the ambiguity problem in sensor position estimation. This algorithm can handle both small and large errors in sensor positions. The upper bound of perturbations for unambiguous sensor position estimation is presented. In the last problem, an online array calibration method is proposed for sensor arrays where the sensors have unknown gain/phase mismatches and mutual coupling coefficients. In this case, sensor positions are assumed to be known. The mutual coupling matrix is unstructured. The two reference sensors are assumed to be perfectly calibrated. IHOSS algorithm is adapted for online calibration and parameter estimation, and hence CIHOSS algorithm is obtained. While CIHOSS originates from IHOSS, it is fundamentally different in many aspects. CIHOSS uses multiple virtual ESPRIT structures and employs an alignment technique to order the elements of rows of the actual array steering matrix. In this thesis, a new cumulant matrix estimation technique is proposed for the HOS approach by converting the multi-source problem into a single source one. The proposed algorithms perform well even in the case of correlated source signals due to the effectiveness of the proposed cumulant matrix estimate. The iterative procedure in all the proposed algorithms is guaranteed to converge. Closed form expressions are derived for the deterministic Cram´er-Rao bound (CRB) for DOA and unknown calibration parameters for non-circular complex Gaussian noise with unknown covariance matrix. Simulation results show that the performances of the proposed methods approach to the CRB for both DOA and unknown calibration parameter estimations for high SNR.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    866228

    Joint calibration and reconstruction for focal plane array imaging

    Odak düzlemi dizisi görüntüleme için birleşik kalibrasyon ve geriçatım

    MUHAMMET UMUT BAHÇECİ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ENDER METE EKŞİOĞLU

  2. Tez No

    572159

    İçten yanmalı motorlarda geliştirme testlerinde kullanılan silindir içi basınç sensörlerinin doğruluğunu kontrol eden sanal motor modeli oluşturulması

    Creating virtual engine model confirming the accuracy of in-cylinder pressure sensors used in internal combustion engine development tests

    OZAN DOĞUKAN BOZDAĞ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    EnerjiYıldız Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ORKUN ÖZENER

  3. Tez No

    323716

    Bağ yolculuk sürelerinin ölçüm ve modelleme kapsamında irdelenmesi

    Explicit analysis on link travel times within measuring and modelling issues

    GÖKER AKSOY

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2012

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. HİLMİ BERK ÇELİKOĞLU

  4. Tez No

    619066

    Aspergillus versicolor'ın ağır metal tayininde biyosensör materyali olarak kullanımının araştırılması

    Investigation of Aspergillus versicolor usage as biosensor modifying agent in heavy metal determination

    SEDA NUR TOKUÇCU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    BiyoteknolojiAnkara Üniversitesi

    Biyoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. GÖNÜL DÖNMEZ

  5. Tez No

    854775

    Otomatik kalibrasyonlu elektro-mekanik online pH ve EC ölçer sistem tasarımı ve gerçeklemesi

    Design and implementation of an automatic calibrated electromechanical online pH and EC meter system

    MEHMET ALİ HAZAR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ SELÇUK COŞKUN

Geri Dön