Програмна система моделювання визначення напрямку надходження сигналу

Abstract

Кваліфікаційна бакалаврська робота (КБР) присвячена розробці та дослідженню програмної системи моделювання для визначення напрямку надходження сигналу (DoA – Direction of Arrival) за допомогою сучасних високоточних алгоритмів, таких як Root-MUSIC та ESPIRIT. Актуальність теми обумовлена широким застосуванням просторової фільтрації сигналів у системах зв’язку, радіолокації та навігації, а також необхідністю підвищення точності виявлення джерел сигналу з мінімальними ресурсами. Об’єкт дослідження – процес просторової фільтрації та визначення напрямку на джерело сигналу в антенних решітках. Предмет дослідження – алгоритмічні та програмні засоби реалізації методів Root-MUSIC та ESPIRIT у середовищі Python. Мета роботи – дослідження теоретичних та методичних засад визначення DoA та реалізація програмної моделі для порівняння точності та ефективності алгоритмів. Практична значимість – розроблена система дозволяє тестувати алгоритми в умовах моделювання без дорогого обладнання та адаптується до платформ типу Jetson Nano, що відкриває можливості для портативного застосування в реальних задачах позиціонування. У першому розділі розглянуто теоретичні основи визначення напрямку на джерело сигналу, класифікацію методів, переваги субпросторових підходів. У другому – подано реалізацію моделі: генерація сигналів, шумів, побудова інтерфейсу користувача, візуалізація результатів. У третьому – проведено тестування системи при різних рівнях шуму, побудовано графіки середньої похибки, сформульовано висновки щодо точності й доцільності застосування кожного з алгоритмів. Основні результати роботи відповідно до структури роботи (за розділами). This bachelor's thesis is devoted to the development and investigation of a software system for modelling the DoA using high-resolution estimation algorithms, namely Root-MUSIC and ESPIRIT. Relevance: The topic is relevant due to the need for precise source localization in wireless communication, radar, and positioning systems, with minimal computational and hardware requirements. Object of research: the process of spatial filtering and signal direction estimation in antenna arrays. Subject of research: algorithmic and software tools for implementing the Root-MUSIC and ESPIRIT methods using Python. Goal: to analyse the theoretical background of DoA estimation and develop a simulation tool to compare algorithm efficiency and accuracy. Practical significance: the developed system enables testing in simulation environments without expensive equipment and is adaptable for compact platforms such as Jetson Nano, allowing for practical mobile applications. The first chapter presents theoretical foundations and classifications of DoA methods. The second chapter describes the implementation, including signal simulation, interface design, and result visualization. The third chapter includes testing under varying SNR levels, error analysis, and comparative assessment of algorithms. Main results of the work according to the structure of the work (by sections).