Contributions à l'étude de performances statistiques de réseaux d'antennes

Contributions to antenna arrays statistical performance study

• Auteur / Autrice : Yann Meurisse
• Direction : Jean-Pierre Delmas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Paris 11

Mots clés

Mots clés libres

Traitement d'antenne

Réseau lacunaire

Algorithme de second ordre

Algorithme de direction d'arrivée

Algorithme de localisation de source

Algorithme bande étroite

Algorithme large bande

Résumé

En traitement d'antenne, les performances statistiques des méthodes d'estimation de direction d'arrivée (DOA) de sources sont en général évaluées en supposant d'une part que les réseaux d'antennes utilisés sont linéaires, à répartition régulière uniforme des capteurs et d'autre part que les signaux sources et le bruit, sont gaussiens, temporellement non corrélés et indépendants entre eux. Les signaux observés sont d'autre part supposés, soit "bande étroite" soit "large bande", donnant lieu à des méthodes spécifiques de complexité différente. L'objectif général de notre étude est d'évaluer les performances statistiques des méthodes d'estimation de DOA du second ordre lorsque les hypothèses conventionnelles précédentes ne sont pas vérifiées. Dans ce cadre général notre étude a porté sur les points suivants: l'étude de géométries de réseaux d'antennes, régulières non uniformes, optimales selon certains critères, pouvant permettre l'amélioration des performances des méthodes conventionnelles en DOA, l'étude des performances des méthodes du second ordre d'estimation de DOA utilisées dans des situations non conventionnelles, en particulier si les signaux sources et/ou le bruit sont des processus aléatoires éventuellement corrélés temporellement et éventuellement non gaussiens, l'étude de la robustesse des algorithmes bande étroite d'estimation de DOA vis à vis de la largeur de bande des signaux et de la symétrie de leurs spectres, l'étude enfin d'une méthode dite de "covariance matching estimation" (COMET) appliquée à l'estimation de DOA ainsi qu'à l'estimation de fréquences de sinusoi͏̈des qui fournit, sous certaines conditions, des estimations asymptotiquement de variance minimale.

In antenna array processing, statistical performance of the estimation methods of direction of arrival (DOA) of sources are generally evaluated by assuming on one band that the antenna arrays are linear with a regular uniform repartition of the sensors and, on the other hand, that sources and noise signals are gaussian, temporally uncorrelated and independent among each other. The observed signals are on the other hand supposed to be narrowband or wideband, leading to specific methods of different complexity. The general objective of our work is to evaluate the statistical performance of second order DOA estimation methods when the preceding convention al hypotheses are not verified. In this general framework, our study has dealt with the following points: the study of array geometries, regular, non-uniform, optimal according to certain criteria and allowing the improvement of the performance of conventional methods of DOA estimation, the study of the performance of second order methods of DOA estimation used in unconventional situations, in particular if the source signals and/or the noise signal are stochastic processes eventually temporally correlated and eventually non-gaussian, the study of the robustness of narrowband DOA algorithms with respect to the signal bandwidth and the symmetry of their spectra, finally, the study of a method called "covariance matching estimation" (COMET) applied to the DOA estimation problem as well as the sinusoidal frequencies estimation problem which provides, under certain conditions, asymptotically minimum variance estimations.