رئیس دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز 2008-7799 2025 11 05 Improving the Radio Direction-Finding Accuracy in Smart Antenna Systems for Non-Uniform Angular Distribution Based on a Three Dimensional Spherical Dome Geometry بهبود دقت جهت‌یابی رادیویی در سیستم‌های آنتن هوشمند برای توزیع‌های غیریکنواخت زاویه‌ای بر مبنای هندسه سه بعدی عرقچین 20730 10.22034/tjee.2025.68197.5047 FA سارا پورمحمد قهوه چی دانشگاه ارومیه 0000-0002-2580-8343 Journal Article 2025 07 16 This paper presents a novel 3D spherical dome geometry to improve the accuracy of simultaneous direction-finding for the azimuth and the elevation angles for specific applications. The estimation of the arrival angle is implemented using the Multiple-Signal Classification (MUSIC) algorithm with considering the coupling effect between the elements. To evaluate the performance, the accuracy of direction-finding using the proposed geometry is compared with more common geometries such as cylindrical arrays and triangular prism with the same volume. The angular estimation accuracy is calculated based on the root mean square error using the Monte-Carlo simulations, and the simulation results indicate that the proposed geometry reduces the estimation error by 30 percent and 22 percenent compared with cylindrical and prism geometries respectively, and the spherical dome geometry has acceptable estimation accuracy compared to the Cramer-Rao lower bound criterion for this geometry. The simultaneous direction-finding accuracy for both azimuth and elevation angles in the considered scenario, using the 3D spherical dome geometry, has been calculated as 0.84 degrees (for 100 number of snapshots and signal-to-noise ratio of 7 dB, taking into account the coupling effects between the elements).The use of this geometry for specific applications (limited azimuth and elevation angles) provides a significant improvement in angle of arrival estimation error, especially by reducing the coupling effects between the ‌elements. The accurate estimation of the azimuth and the elevation angles of the signal and the interferences makes this geometry suitable for beamforming applications in new generations of mobile communications. در این مقاله‏‌ یک هندسه نوین سه بعدی عرقچین برای بهبود دقت جهت‌یابی همزمان زاویه سمت و ارتفاع برای کاربردهای خاص ارائه شده است. تخمین زاویه ورود سیگنال با استفاده از الگوریتم جهت‌یابی زاویه ای برمبنای زیرفضا (MUSIC) و در نظر گرفتن اثرات تزویج بین المان‌ها پیاده سازی شده است. برای ارزیابی کارایی هندسه پیشنهادی، دقت جهت یابی زاویه‌ای برای این هندسه با هندسه‌های متداول‌تر مانند آرایه استوانه‌ای و آرایه منشور با قاعده مثلثی با حجم یکسان مقایسه شده است. دقت جهت‌یابی زاویه‌ای بر مبنای ریشه میانگین مربعات خطا با روش مونت-کارلو محاسبه شده است و نتایج شبیه سازی‌ها بیان‌گر آن است که هندسه پیشنهادی خطای جهت‌یابی زاویه‌ای را به ترتیب به میزان 30 درصد و 22 درصد نسبت به هندسه استوانه‌ای و هندسه منشور با قاعده مثلثی با حجم یکسان کاهش می‌دهد و دقت جهت‌یابی قابل قبولی در مقایسه با معیار حد پایین کرامر-رائو برای این هندسه دارد. دقت جهت‌یابی زاویه‌ای همزمان سمت و ارتفاع برای سناریوی درنظر گرفته‌شده با استفاده از هندسه سه‌بعدی عرقچین برابر 0.84 درجه محاسبه شده‌است(برای تعداد100 نمونه زمانی و مقدار سیگنال به نویز معادل 7dB و با در نظرگرفتن اثرات تزویج بین المان‌ها). استفاده از این هندسه برای کاربردهای خاص (زوایای سمت و ارتفاع محدود) به ویژه با کاهش اثرات تزویج بین المان‌ها بهبود قابل توجهی در دقت جهت‌یابی زاویه‌ای ایجاد می‌کند. تخمین دقیق زوایای سمت و ارتفاع ورود سیگنال و تداخل‌ها، این هندسه را برای کاربردهای شکل‌دهی پرتو در نسل‌های جدید مخابرات سیار مناسب می‌سازد.