Projeto Arranjos de Sensores

Repositorio do trabalho de Processamento de Sinais I sobre modelagem e analise de arranjos de sensores, vetor diretor, beampattern, beamforming e transmissao direcional.

Integrantes

• Gabriel Florencio da Fonseca
• Pedro Nicollas Pereira Azevedo Della Torre Bastos
• Ricardo Alexandre Vieira da Silva

O que o projeto gera

• Geometrias 3D para ULA, UCA, UPA e arranjo cilindrico.
• Vetor diretor usando a formulação do enunciado.
• Beampatterns normalizados em dB.
• Beamformer convencional Delay-and-Sum.
• Canal de propagação LOS em espaço livre.
• Experimento de transmissão direcional com ULA transmissora e receptora.
• Painel reprodutível de aplicações em radar, sonar, comunicações sem fio, sistemas acústicos e Massive MIMO, montado com imagens externas creditadas.
• Figuras e tabelas usadas no artigo.
• Artigo técnico no padrão IEEE Conference, em duas colunas e com 4 páginas.

Estrutura

Projeto_Arranjos/
|-- article/
|   |-- paper.tex
|   |-- paper.pdf
|   |-- generated_results.tex
|-- data/
|-- docs/
|   |-- roteiro_apresentacao.md
|-- examples/
|-- figures/
|   |-- applications/
|-- src/
|   |-- generate_ula.py
|   |-- generate_uca.py
|   |-- generate_upa.py
|   |-- generate_ucya.py
|   |-- steering_vector.py
|   |-- beampattern.py
|   |-- beamformer.py
|   |-- channel.py
|   |-- application_figures.py
|-- tests/
|-- main.py
|-- requirements.txt
|-- README.md

Dependências

• Python 3.11 ou superior.
• numpy
• matplotlib
• MiKTeX ou outra distribuicao LaTeX com pdflatex e IEEEtran.

Instalação recomendada:

python -m venv .venv
.\.venv\Scripts\python -m pip install -r requirements.txt

Como reproduzir os resultados

Gerar figuras, arquivos de dados e tabelas do artigo:

.\.venv\Scripts\python main.py

Gerar tudo e compilar o artigo:

.\.venv\Scripts\python main.py --compile-paper

Se latexmk não estiver disponível, compile diretamente com:

cd article
pdflatex -interaction=nonstopmode -halt-on-error paper.tex
pdflatex -interaction=nonstopmode -halt-on-error paper.tex

Executar testes basicos:

.\.venv\Scripts\python -m unittest discover -s tests

Exemplos independentes:

.\.venv\Scripts\python examples\run_single_beampattern.py
.\.venv\Scripts\python examples\run_transmission_sweep.py
.\.venv\Scripts\python examples\run_los_channel.py

As imagens externas usadas no painel estão versionadas em figures/applications/. Para baixá-las novamente a partir das fontes e licenças documentadas:

.\.venv\Scripts\python examples\download_application_images.py

O main.py usa esses arquivos para gerar automaticamente figures/applications_overview.png, que é a única figura de aplicações incluída no artigo.

Observações de modelagem

A ULA foi posicionada por padrão no eixo z. Com a convencao do enunciado u = [cos(theta)cos(phi), cos(theta)sin(phi), sin(theta)], isso faz com que theta = 0 represente o apontamento broadside no corte de elevação usado nos gráficos ULA e na transmissão com theta_T = 20 graus.

A UPA foi posicionada no plano xz, usando x como eixo horizontal e z como eixo vertical.

Para UCA, UPA e arranjo cilíndrico, os gráficos direcionais usam pesos Delay-and-Sum apontados para uma direção de referência. Essa escolha permite identificar lobulo principal, lobulos secundarios e largura de feixe nos cortes solicitados.

O módulo src/channel.py implementa o canal estreito de espaço livre entre cada par transmissor-receptor, incluindo atenuação de Friis e fase de propagação. O experimento angular utiliza ganho normalizado para isolar o efeito do apontamento.

Apresentação oral

O roteiro de 20 minutos, a divisão entre os integrantes e os comandos da demonstração estão em docs/roteiro_apresentacao.md.