سامانه های mimo-ofdm در کاربردهای نوین مخابرات بیسیم با کانالهایی روبرو می شوند که زمان و فرکانس- انتخابی یا دوگانه انتخابی هستند. زمان- انتخابی بودن کانال، موجب گسترش داپلر شده، تعامد زیرحاملهای ofdm را برهم می زند و تداخل بین حاملی (ici) به وجود می آورد. فرکانس- انتخابی بودن کانال نیز در صورت کافی نبودن طول پیشوند چرخشی (cp)، تداخل بین بلوکی (ibi) ایجاد می کند. در چنین شرایطی، همسانساز ساده تک شیری ofdm، کارایی خود را از دست می دهد و نیاز به شیوه های دیگر همسانسازی مطرح می گردد. این رساله به همسانسازی mimo-ofdm در حضور ici و ibi می پردازد و روشهایی در حوزه های زمان و فرکانس برای جبران این تداخلها پیشنهاد می نماید. در طراحی روشهای پیشنهادی از حالت عمومی مدل بسط پایه ای (bem) برای نمایش کانال دوگانه انتخابی استفاده می شود. همچنین ارتباط همسانسازهای پیشنهادی با طرحهای موجود بررسی می گردد و کارایی آنها به کمک شبیه سازی کامپیوتری ارزیابی می شود. در شبیه سازیها، دو دسته از کانالهای دوگانه انتخابی (رادیویی بیسیم و آکوستیکی زیرآبی) در نظر گرفته می شود و نشان داده می شود که همسانسازهای پیشنهادی، تداخل را بخوبی جبران می کنند. پیاده سازی عملی سامانه های mimo-ofdm علاوه بر ici و ibi با عدم توازن iq در اثر ایده آل نبودن عناصر آنالوگ فرستنده / گیرنده نیز روبرو است. عدم توازن iq کارایی سامانه را بشدت کاهش می دهد و جبران آن، روشهای همسانسازی کارامد را می طلبد. در این رساله، جبران عدم توازن iq در سامانه mimo-ofdm برای یک حالت عمومی مطرح می گردد. به بیان دیگر، عدم توازن iq ناشی از فرستنده و گیرنده شامل عدم توازن مستقل از فرکانس و عدم توازن وابسته به فرکانس در نظر گرفته می شود. همچنین تغییرات زمانی کانال و ناکافی بودن cp نیز در تحلیل عدم توازن iq مورد توجه قرار می گیرد و ساختاری برای همسانسازی در حضور این سه پدیده پیشنهاد می گردد. ویژگی جالب ساختار پیشنهادی این است که می توان آن را تعمیم یافته ی همسانساز حوزه فرکانس پیشنهادی برای جبران ici / ibi و همچنین چند روش همسانسازی موجود برای جبران عدم توازن iq یا ici / ibi دانست. نتایج شبیه سازی کامپیوتری نشان می دهد که کارایی احتمال خطای بیت (ber) همسانساز پیشنهادی به کارایی سامانه ای ایده آل با توازن کاملiq نزدیک است.

گسترش حوزه کاربرد سونار از آبهای عمیق به آبهای کم عمق و بسیار کم عمق، طراحان اینگونه سامانه ها را به پدید آوردن روشهای ویژه برای غلبه بر چالشهای اساسی کانال زیرآبی کم عمق ترغیب نموده است. در این محیطها طنین اثر محدود کننده غالب بوده و یک مشکل جدی برای سونار های فعال به شمار می رود، زیرا ممکن است قدرت سیگنال بازگشتی از هدف کمتر از قدرت طنین باشد و کارایی آشکارساز را کاهش دهد. این مشکل هنگامی چالش بر انگیز می شود که سکو در حرکت باشد. در این حالت، طنین دچار جابجایی فرکانسی داپلر شده و طیف آن حول فرکانس مرکزی گسترده می شود. از طرف دیگر، هدفهای دارای سرعت کم، جابجایی فرکانسی نسبی کمی ایجاد کرده و در ناحیه ای قرار می گیرند که طنین نیز وجود دارد. در نتیجه یک مسأله آشکارسازی بسیار جدی به وجود می آید. در این حالت، استفاده از روشهای مرسوم مانند فیلتر منطبق ناکارآمد خواهد بود و نیاز به روشهایی برای پردازش توأم سیگنال در حوزه های زمان و فضا پدید می آید. این روشها با کاهش موثر طنین، به آشکارسازی هدف کمک می کنند. در این پایان نامه روشهای پردازش وفقی فضا زمان (stap) در سونار فعال با سکوی متحرک، برای آشکارسازی اهداف با سرعت کم، مطالعه، بررسی و شبیه سازی می شوند. بررسی محدودیتهای پردازشگر فضا زمان وفقی کامل و معرفی چند روش شبه بهینه برای رفع بعضی از محدودیتها جزء اهداف این پژوهش است. با توجه به ویژگیهای کانال صوتی زیر آبی، مشاهده می شود که تفاوتهای عمده ای بین انتشار امواج صوتی در زیر سطح و امواج رادیویی در بالای سطح وجود دارد. این تفاوتها استفاده از stap در سونار را با محدودیتهای جدی روبرو می کند. بررسی محدودیتها و ارائه روشی برای مقابله با آنها هدف نهایی این پایان نامه است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که روش پیشنهادی با شرایط عملی در نظر گرفته شده برای شناورهای سطحی و زیرسطحی سازگاری داشته و بدون داشتن محدودیتهای stap مرسوم، در حذف طنین کارآمد است.

سامانه های مخابراتی دیجیتال نوین امکان استفاده همزمان از فناوریهای ofdm و mimo را در سامانه های mimo-ofdm فراهم نموده است. کارامدی ofdm در همسانسازی ساده کانالهای فرکانس- انتخابی و افزایش ظرفیت کانال بدون تغییر در پهنای باند و توان ارسالی با بهره گیری از فناوری mimo، توجه بسیاری از استانداردها و سامانه های مخابرات بیسیم را به خود جلب کرده است. یکی از عیبهای سامانه های mimo-ofdm نسبت بالای توان اوج به توان متوسط (papr) سیگنال ارسالی است. عبور چنین سیگنالی از عناصر غیر خطی فرستنده مانند تقویت کننده توان (hpa) اعوجاج سیگنال ارسالی را به همراه دارد. این موضوع موجب اعوجاج مؤلفه های فرکانسی داخل باند و تشعشع خارج باند می گردد. papr بالا افزایش پیچیدگی مبدل دیجیتال به آنالوگ را نیز به همراه دارد. با افزایش تعداد آنتنهای ارسال در فرستنده، احتمال وقوع papr بالا افزایش می یابد. روشهای گوناگونی برای کاهش papr در سامانه های siso ارائه شده است. کاهش papr در سامانه های mimo نیز در دهه اخیر توجه پژوهشگران را به خود جلب نموده است. در این پایان نامه روشهای کاهش papr بویژه در حالت mimo معرفی، بررسی و دسته بندی شده است. همچنین سه روش جدید مبتنی بر پردازش فضایی و زمانی برای کاهش papr سامانه mimo-ofdm پیشنهاد شده است. در این روشها ابتدا بلوک ofdm در هر آنتن ارسال به زیربلوکهای مجزا افراز شده و هر یک از زیربلوکها با استفاده از ifft به حوزه زمان منتقل می گردد. سپس پردازش فضایی و زمانی روی زیربلوکهای همه آنتنها اعمال می گردد تا دنباله های نامزد مختلف در هر آنتن تولید شود. سرانجام، دنباله نامزدی که دارای کمترین papr باشد، به عنوان سیگنال اصلاح شده هر آنتن در نظر گرفته می شود. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که عملکرد روشهای پیشنهادی در کاهش papr سیگنال ارسالی نسبت به روشهای موجود بهبود یافته است. همچنین پیچیدگی محاسباتی روشهای پیشنهادی نسبت به پیچیدگی محاسباتی روشهای موجود کاهش یافته است.

در رادارهای هواپایه به دلیل حرکت سکو، سرعت نسبی زمین و رادار و در نتیجه شیفت داپلر کلاتر زمین صفر نیست. در رادارهای آرایه فازی هواپایه کنارنگر بین فرکانس داپلر و زاویه ورود نرمالیزه قطعات کلاتر زمین، رابطه خطی وجود دارد. از طرفی در صورت استفاده از این رادارها در مد gmti، کلاتر زمین در محدوده وسیعی از زوایا از گلبرگهای فرعی الگوی پرتو وارد رادار میشود. بنابراین طیف کلاتر زمین دو بعدی شده و در راستای خطی در صفحه زاویه-داپلر قرار میگیرد. بنابراین روشهای پردازش یک بعدی مرسوم مانند شکلدهی پرتو و پردازش داپلری به تنهایی قادر به حذف کلاتر نیستند و باید از روشهای پردازش مشترک فضایی و زمانی مانند stap استفاده شود. فیلتر stap شکاف باریکی در راستای طیف دو بعدی کلاتر زمین ایجاد می کند. بنابراین کلاتر حذف شده و اهداف کند در باند عبور این فیلتر قرار می گیرند. روشهای stap به دو دسته آماری و غیر آماری تقسیم میشوند. در این پایان نامه پس از مروری بر روشهای آماری، یکی از مهمترین روشهای غیرآماری به نام روش حوزه داده مستقیم (d3) و انواع آن بررسی شده است. این روش، مزایای متعددی نسبت به روشهای آماری دارد. از جمله میتوان به عدم نیاز به داده ثانویه و تخمین آمارگان تداخل، عملکرد خوب در محیط های ناهمگن و توانایی حذف تداخل گسسته اشاره کرد. برخی از معایب روش d3 کاهش درجات آزادی، عملکرد بد در حذف تداخل همگن و گلبرگهای فرعی بالای الگوی پرتو است. برای حل معادله ماتریسی خطی روش d3 مرسوم تا کنون از روش تکراری گرادیان مزدوج (cg) استفاده شده است. در این روش در snrهای پایین، الگوی پرتو جابجا شده و در راستای هدف بهره یک ایجاد نمیگردد. در این پایان نامه روشی تکراری برای حل مسأله d3 پیشنهاد شده است که مستقل از مقدار snr، الگوی پرتو مناسبی با بهره یک در راستای هدف ایجاد میکند. همچنین برای کمینه کردن گلبرگ های فرعی روش d3، در این پایان نامه مسأله بهینه سازی محدبی طراحی شده و روشی تحلیلی برای حل آن ارائه شده است. هر چند این روش بر اساس معیار isl گلبرگهای فرعی را کاهش میدهد ولی شبیهسازیها نشان میدهد که گلبرگهای فرعی الگوی پرتو در آن با معیارهای پهنای پرتوی نیم توان و psl نیز از روش d3 مرسوم بهتر است. مزیت دیگر این روش ایجاد نول عمیق تر در محل تداخل است.

بیش از سه دهه از به کارگیری گسترده رادار روزنه مصنوعی (sar) برای سنجش از راه دور در کاربردهای نظامی و غیرنظامی می¬گذرد.رادار روزنه مصنوعی امکان تصویربرداری در شب یا روز، تصویربرداری در شرایط آب و هوایی مختلف، تصویربرداری از اهداف پنهان شده و دستیابی به تفکیک¬پذیری مستقل از برد را فراهم می¬کند. یکی از معایب تصویر sar، وجود speckle است. این پدیده در اثر توزیع تصادفی چندین پراکنده¬ساز در هر سلول تفکیک¬پذیری به وجود می¬آید. speckle نویزی ذاتی و ضرب¬شونده است که تفسیرتصاویر رادار روزنه مصنوعی را مشکل می¬سازد. برای بهبود تفسیر دیداری تصویر یا دسته¬بندی اهداف گسترده، باید این نویز را کاهش داد. دو رویکرد اصلی برای کاهش speckle وجود دارد: الف) پردازش چندنگاهه که همزمان با مرحله تشکیل تصویر در سامانه رادار روزنه مصنوعی پیاده¬سازی می¬شود و ب) فیلترکردن که پس از تشکیل تصویر و قبل از هرگونه استفاده از تصویرانجام می¬شود. پردازش چندنگاهه به معنی میانگین¬گیری ناهمدوس تصاویر مستقل یک منظره است. هر تصویر مستقل، یک نگاه نامیده می¬شود. شدت نویز در پردازش چندنگاهه متناسب با تعداد نگاه¬ها کاهش می¬یابد. به تازگی از حسگری فشرده (cs) برای تشکیل تصویر با تفکیک¬پذیری بالا یا کاهش speckle استفاده شده است. در تشکیل تصویر بر مبنای حسگری فشرده، نمونه¬ها با نرخی کمتر از نرخ نایکویست جمع¬آوری می¬شود. هدف این پایان¬نامه بهره¬گیری از حسگری فشرده برای کاهش speckle است. در این پایان¬نامه پس از معرفی، دسته¬بندی و شبیه¬سازی روش¬های قبلی کاهش speckle، روشی برمبنای حسگری فشرده پیشنهاد می¬شود. در این روش، نویززدایی همزمان با تشکیل تصویر انجام می¬شود. همچنین، به منظور حفظ اهداف نقطه¬ای درخشان همزمان با کاهش speckle، دو راهکار ارائه می¬شود. علاوه بر این، کارایی طرح¬های پیشنهادی به کمک تصاویر شبیه¬سازی شده ارزیابی می¬شود.

در رادارهای هواپایه به دلیل حرکت سکو، سرعت نسبی زمین و رادار و در نتیجه شیفت داپلر کلاتر زمین صفر نیست. در رادارهای آرایه فازی هواپایه کنارنگر بین فرکانس داپلر و زاویه ورود نرمالیزه قطعات کلاتر زمین، رابطه خطی وجود دارد. از طرفی در صورت استفاده از این رادارها در مد gmti، کلاتر زمین در محدوده وسیعی از زوایا از گلبرگهای فرعی الگوی پرتو وارد رادار میشود. بنابراین طیف کلاتر زمین دو بعدی شده و در راستای خطی در صفحه زاویه-داپلر قرار میگیرد. بنابراین روشهای پردازش یک بعدی مرسوم مانند شکلدهی پرتو و پردازش داپلری به تنهایی قادر به حذف کلاتر نیستند و باید از روشهای پردازش مشترک فضایی و زمانی مانند stap استفاده شود. فیلتر stap شکاف باریکی در راستای طیف دو بعدی کلاتر زمین ایجاد می کند. بنابراین کلاتر حذف شده و اهداف کند در باند عبور این فیلتر قرار می گیرند. روشهای stap به دو دسته آماری و غیر آماری تقسیم میشوند. در این پایان نامه پس از مروری بر روشهای آماری، یکی از مهمترین روشهای غیرآماری به نام روش حوزه داده مستقیم (d3) و انواع آن بررسی شده است. این روش، مزایای متعددی نسبت به روشهای آماری دارد. از جمله میتوان به عدم نیاز به داده ثانویه و تخمین آمارگان تداخل، عملکرد خوب در محیط های ناهمگن و توانایی حذف تداخل گسسته اشاره کرد. برخی از معایب روش d3 کاهش درجات آزادی، عملکرد بد در حذف تداخل همگن و گلبرگهای فرعی بالای الگوی پرتو است. برای حل معادله ماتریسی خطی روش d3 مرسوم تا کنون از روش تکراری گرادیان مزدوج (cg) استفاده شده است. در این روش در snrهای پایین، الگوی پرتو جابجا شده و در راستای هدف بهره یک ایجاد نمیگردد. در این پایان نامه روشی تکراری برای حل مسأله d3 پیشنهاد شده است که مستقل از مقدار snr، الگوی پرتو مناسبی با بهره یک در راستای هدف ایجاد میکند. همچنین برای کمینه کردن گلبرگ های فرعی روش d3، در این پایان نامه مسأله بهینه سازی محدبی طراحی شده و روشی تحلیلی برای حل آن ارائه شده است. هر چند این روش بر اساس معیار isl گلبرگهای فرعی را کاهش میدهد ولی شبیهسازیها نشان میدهد که گلبرگهای فرعی الگوی پرتو در آن با معیارهای پهنای پرتوی نیم توان و psl نیز از روش d3 مرسوم بهتر است. مزیت دیگر این روش ایجاد نول عمیق¬تر در محل تداخل است.

در تصویربرداری ایده ال رادار روزنه مصنوعی فرض می شود که سکوی حامل رادار با سرعت ثابت در یک مسیر مستقیم و بدون اغتشاشات جوی حرکت کند. این فرض در عمل درست نیست وخطای حرکت وجود دارد. اگر خطای حرکت جبران نشود، کاهش وضوح تصویر نهایی را در پی خواهد داشت. با استفاده از حسگرهای حرکتی، موقعیت لحظه ای سکو اندازه گیری شده و بیشترین بخش خطای حرکت جبران می شود. برای جبران باقیمانده خطا از روشهای خود تمرکزدهی استفاده می شود. در این پایان نامه فرض می شود سامانه sar روی یک پهپاد نصب شده، از سیگنال lfm پله ای برای افزایش تفکیک پذیری برد استفاده می کند و در مود تصویر برداری نواری کار می کند. یکی از پرکاربردترین روشهای خود تمرکزدهی، روش گرادیان فاز (pga) است که اولین بار برای مود نقطه ای استفاده شد و هسته اصلی تخمین خطای حرکت را در این پایان نامه تشکیل می دهد.