Parameters estimation with coprime samplers and arrays

Estimation de la fréquence, estimation de la direction d'arrivée, configuration coprime

Zhe Fu (1)

1 IETR - Institut d'Électronique et des Technologies du numéRique

Sparse array and sparse sensing attract increasing attention due to their capability to increase the DOFs. The DOA or the frequency of signals can be estimated with few antenna sensors or few collected sub-Nyquist samples. In this dissertation, we focus on one of the most recognized sparse structures, coprime configuration, to estimate the DOA or the frequency of signals. We first investigate the coprime sampling for frequency estimation and come across with a diagonal property loss phenomenon for which the estimation totally fails. To address this problem, we propose a random delay based mechanism to ensure the effectiveness of coprime sampling based methods. Then we also develop a multi-rate coprime sampling scheme to fully utilize the information brought by the coprime sampling. Apart from the frequency estimation, we also work on the DOA estimation with coprime array. We rearrange the coprime array structure to further increase the DOFs without introducing additional hardware cost. Then we introduce fourth order cumulants in active DOA estimation with coprime MIMO radar. The DOFs of MIMO radar can be enhanced by adopting the fourth order cumulants. Finally, we optimize the MIMO radar geometry using fourth order cumulants and the DOFs can be significantly increased.

Les réseaux et les capteurs éparse attirent de plus en plus l'attention en raison de leur capacité à augmenter les DOFs. La DOA ou la fréquence des signaux peut être estimée avec peu de capteurs d'antenne ou quelques échantillons sub-Nyquist collectés. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur une structure bien reconnue, la configuration coprime, pour estimer la DOA ou la fréquence des signaux. Nous étudions d'abord l'échantillonnage coprime pour l'estimation de la fréquence et nous avons mis en évidence le phénomène de perte de propriété en diagonale à cause duquel l'estimation échoue totalement. Pour remédier à ce problème, nous proposons un mécanisme i ntroduisant un délai aléatoire pour garantir l'efficacité des méthodes basées sur l'échantillonnage coprime Ensuite, nous développons également un schéma d'échantillonnage coprime à taux multiples afin d'utiliser pleinement les informations contenues dans les échantillons. En plus de l'estimation de la fréquence, nous travaillons également sur l'estimation de la DOA avec un réseau coprime. Nous réorganisons la structure des réseaux coprimes pour augmenter encore les DOFs sans introduire de coût matériel supplémentaire. Puis, nous introduisons des cumulants de quatrième ordre dans l'estimation de la DOA active avec le radar MIMO coprime. Finalement, nous optimisons la géométrie du radar MIMO en utilisant des cumulants de quatrième ordre et les DOFs peuvent être augmentés de manière significative.

Mots clés: frequency estimation; direction of arrival estimation; coprime configuration

Mots clés: estimation de la fréquence; estimation de la direction d'arrivée; configuration coprime

Domaines: Sciences de l'ingénieur [physics]; Electronique; Traitement du signal et de l'image [eess.SP]

Zhe Fu. Parameters estimation with coprime samplers and arrays. Engineering Sciences [physics]. UNIVERSITE DE NANTES, 2020. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-02952438⟩