TY - JOUR ID - TI - Analysis and Simulation of DoA Estimation Techniques AU - Haitham K. Ali هيثم كريم علي PY - 2022 VL - 1 IS - 4 SP - 62 EP - 93 JO - Journal of Science and Engineering Applications مجلة العلوم والتطبيقات الهندسية SN - 25213911 AB - Detecting direction of arrival (DoA) using array antenna is considered as common challenge in different typeS of applications, such as sonar, radar, wireless communications. DoA estimation plays an important role in direction finding applications. Further, effective DoA estimation technique is the primary requirements for smart antenna system to realize beam forming technique. Multiple signal classification (MUSIC) and Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance (ESPRIT) algorithms have been widely studied, and they are considered as fundamental for the majority of the DoA methods in literature. In this paper, the principal of DoA estimations is presented. The main focus of the current paper is on the classical methods (Bartletts and MVDR), MUSIC and ESPRIT algorithms. Review of various efforts that have been made to enhance the performance of these algorithms was acheived. Then compared their performances using simulation results. Further, applying MUSIC algorithm to estimate the frequency of the multiple incident signals. The results show that MUSIC algorithm has higher resolution compared to other presented techniques. It is also shown that the accuracy of ESPRIT method is mainly rely on the number of antenna elements. Finally, the principle of Eigenvalues-based method was proposed. It is shown that this method has good resolution with very low complexity as it does not need decomposition of covariance matrix.

الملخص : يعتبر اكتشاف اتجاه الوصول (DoA) باستخدام هوائي صفيف تحديًا شائعًا في أنواع مختلفة من التطبيقات ، مثل السونار والرادار والاتصالات اللاسلكية. يلعب تقدير DoA دورًا مهمًا في تطبيقات تحديد الاتجاه. علاوة على ذلك ، فإن تقنية تقدير DoA الفعالة هي المتطلبات الأساسية لنظام الهوائي الذكي لتحقيق تقنية تشكيل الحزمة. تمت دراسة تصنيف الإشارات المتعددة (MUSIC) وتقدير معلمات الإشارة عبر خوارزميات الثبات الدوراني (ESPRIT) على نطاق واسع ، وتعتبر أساسية لغالبية طرق DoA في الأدبيات. في هذه الورقة ، يتم تقديم مبدأ تقديرات DoA. ينصب التركيز الرئيسي للورقة الحالية على الطرق الكلاسيكية (Bartletts و MVDR) وخوارزميات MUSIC و ESPRIT. تم مراجعة الجهود المختلفة التي تم بذلها لتحسين أداء هذه الخوارزميات. ثم قارنوا أدائهم باستخدام نتائج المحاكاة. علاوة على ذلك ، تطبيق خوارزمية MUSIC لتقدير تواتر إشارات الحوادث المتعددة. أظهرت النتائج أن خوارزمية MUSIC لديها دقة أعلى مقارنة بالتقنيات الأخرى المعروضة. يتضح أيضًا أن دقة طريقة ESPRIT تعتمد بشكل أساسي على عدد عناصر الهوائي. أخيرًا ، تم اقتراح مبدأ الطريقة القائمة على القيم الذاتية. يتضح أن هذه الطريقة لها دقة وضوح جيدة مع تعقيد منخفض للغاية لأنها لا تحتاج إلى تحلل مصفوفة التغاير. ER -