Application of natural computing to the problem of estimating the direction of arrival

Resumo: O problema de estimação de direção de chegada (DOA, em inglês direction of arrival ) de ondas planas que incidem sobre um arranjo linear uniforme de sensores, através do critério da máxima verossimilhança (ML, em inglês maximum likelihood), requer a minimização de uma função custo não-linear, não-quadrática, multimodal e variante com a relação sinal-ruído (SNR, em inglês signal-to-noise ratio). Esta dissertação trata da aplicação de algoritmos de computação natural como alternativa ao uso de métodos clássicos, como o MODE e o MODEX, os quais não são capazes de alcançar o desempenho do estimador ML em uma ampla faixa de valores de SNR. As simulações realizadas em diferentes cenários indicam que alguns dos algoritmos analisados conseguem estimar os ângulos de chegada adequadamente. Por fim, inspirados em uma proposta de filtragem de ruído dos dados recebidos, elaboramos uma maneira de realizar a amostragem no espaço de soluções candidatas: a resposta em frequência do filtro que produz a maior atenuação de ruído é empregada como função densidade de probabilidade no processo de amostragem. Os resultados obtidos atestam que este procedimento tende a aumentar a eficiência dos algoritmos estudados na estimação DOAAbstract: The problem of estimating the direction of arrival (DOA) of plane waves impinging on a uniform linear array of sensors, through the maximum likelihood (ML) criterion, requires the minimization of a cost function that is non-linear, non-quadratic, multimodal and variant with the signal-to-noise ratio (SNR). This work deals with the application of natural computing algorithms as an alternative to the use of classical methods, such as MODE and MODEX, which are not capable of achieving the performance of the ML estimator in a wide range of SNR values. The simulations performed in different scenarios indicate that some of the studied algorithms can adequately estimate the angles of arrival. Finally, inspired by a proposal of noise filtering of the received data, we designed a procedure of sampling the search space: the frequency response of the filter which produces the maximal noise reduction is employed as the probability density function during the sampling process. The obtained results attest that this procedure tends to increase the efficiency of the considered algorithms in DOA estimatio