Direction of Arrival Estimation in Low-Cost Frequency Scanning Array Antenna Systems

Cette thèse propose des méthodes d'estimation de la direction d'arrivée (DOA) et d'amélioration de la résolution angulaire applicables aux antennes à balayage de fréquence (Frequency Scanning Antenna ou FSA) et présente un développement analytique et des confirmations expérimentales des méthodes proposées. Les FSA sont un sous-ensemble d'antennes à balayage électronique dont l'angle du faisceau principal change en faisant varier la fréquence des signaux. L'utilisation des FSA est un compromis entre des antennes à balayage de phase (phased arrays antennas) plus coûteuses et plus complexes, et des antennes à balayage mécanique plus lentes et non agiles. Bien que l'agilité et le faible coût des FSA les rendent un choix plausible dans certaines applications, les FSA à faible coût peuvent ne pas être conformes aux exigences souhaitées pour l'application cible telles que les exigences de résolution angulaire. Ainsi, cette recherche tente d'abord de caractériser les capacités de résolution angulaire de certains systèmes d'antennes FSA sélectionnés. Elle poursuit en explorant des modifications ou extensions aux algorithmes de super-résolution capables d'améliorer la résolution angulaire de l'antenne et de les adapter pour être appliqués aux FSA. Deux méthodes d'estimation de la résolution angulaire, l'estimation du maximum de vraisemblance (Maximum Likelihood ou ML) et la formation du faisceau de variance minimale de Capon (Minimum Variance Beamforming ou MVB) sont étudiées dans cette recherche. Les deux méthodes sont modifiées pour être applicables aux FSA. De plus, les méthodes d'étalonnage et de pré-traitement requises pour chaque méthode sont également introduites. Les résultats de simulation ont montré qu'en sélectionnant des paramètres corrects, il est possible d'améliorer la résolution angulaire au-delà de la limitation de la largeur de faisceau des FSA en utilisant les deux méthodes. Les critères pour lesquels chaque méthode fonctionne le mieux sont discutés et l'analyse pour justifier les conditions présentées est donnée.