Обычные и адаптивные формирователи луча
Этот пример показывает, как применить обычный и адаптивный beamforming в Simulink® к узкополосному сигналу, полученному антенной решеткой. Модель сигнала включает шум и интерференцию. Этот пример основан на Обычном и Адаптивном примере Формирователей луча.
Доступные реализации в качестве примера
Этот пример включает две модели Simulink®:
Обычный Beamforming с Шумом: slexBeamformerExample.slx
Обычные и Адаптивные Формирователи луча с Интерференцией: slexBeamformerInterferenceExample.slx
Обычный Beamforming с шумом
Первая модель моделирует прием меандра со смещением задержки на однородно линейной антенной решетке с 10 элементами (ULA). Источник импульса расположен в азимуте 45 градусов и повышении 0 градусов. Шум со степенью 0,5 ватт добавляется к сигналу в каждом элементе массива. Формирователь луча сдвига фазы затем применяется. Пример сравнивает вывод формирователя луча сдвига фазы с сигналом, полученным в одном из элементов антенны.
Модель состоит из этапа Симуляции Сигнала и этапа Обработки сигналов. Блоки, который соответствует каждому этапу модели:
Симуляция сигнала
Rectangular- Создает меандры.Блок
Offset waveform-Delayзадерживает каждый импульс 150 выборками.Блок
Signal direction-Constantзадает инцидентное направление импульсов к блокуNarrowband Rx Array.Narrowband Rx Array- Моделирует сигналы, полученные в ULA. Первый вход к этому блоку является вектор-столбцом, который содержит полученные импульсы. Импульсы приняты, чтобы быть узкополосной связью с несущей частотой, равной рабочей частоте, заданной в диалоговой панели блока. Второй вход (Угол) задает инцидентное направление импульсов. Настройка антенной решетки создается скриптом помощника как переменная в рабочей области MATLAB®. На эту переменную ссылается вкладкаSensor Arrayдиалоговой панели блока. Используя переменную облегчает совместно использовать настройку антенной решетки через несколько блоков. Каждый столбец вывода соответствует сигналу, полученному в каждом элементе антенной решетки.Receiver Preamp- Добавляют тепловые помехи к полученному сигналу.
Обработка сигналов
Блок
Angle to beamform-Constantзадает кPhase Shift Beamformerbeamforming направление.Phase Shift Beamformer- Выполняет узкополосную задержку-и-сумму beamforming на матрице, переданной через входной портXвдоль направления, заданного через входной портAng.2-D Selector- Выбирает полученный сигнал в одном из элементов антенны.
Исследование примера
Несколько параметров модели вычисляются функцией помощника helperslexBeamformerParam. Чтобы открыть функцию из модели, нажмите на блок Modify Simulation Parameters. Эта функция выполняется однажды, когда модель загружается. Это экспортирует в рабочую область структуру, на поля которой ссылаются диалоговые панели модели. Чтобы изменить любые параметры, или измените значения в структуре от командной строки или отредактируйте функцию помощника и повторно выполните его, чтобы обновить структуру параметра.
Результаты и отображения
Отображения ниже показа вывод одного элемента (не beamformed) по сравнению со ссылочным импульсом и выводом формирователя луча по сравнению со ссылочным импульсом. Когда полученный сигнал не является beamformed, импульс не может быть обнаружен из-за шума. Отображение вывода формирователя луча показывает, что сигнал beamformed намного больше, чем шум. Вывод SNR приблизительно в 10 раз больше, чем тот из полученного сигнала на одной антенне, потому что массив с 10 элементами производит усиление массивов 10.
Обычные и адаптивные формирователи луча с интерференцией
Вторая модель иллюстрирует beamforming в присутствии двух интерференционных сигналов, прибывающих от 30 градусов и 50 градусов в области азимута. Интерференционные амплитуды намного больше, чем импульсная амплитуда. Уровень шума собирается в-50 dBW подсветить только эффект интерференции. Сдвиг фазы, MVDR и формирователи луча LCMV применяются к полученному сигналу, и их результаты сравнены.
Несколько новых блоков добавляются к блокам, используемым в предыдущей модели:
Random Source- Два блока генерируют Гауссовы векторы, чтобы моделировать интерференционные сигналы (маркировалInterference1иInterference2),Concatenate- Конкатенации выходных параметровRandom SourceиRectangularблокируются в 3 матрицы столбца.Блок
Signal direction-Constantзадает инцидентные направления импульсов и интерференционных сигналов к блокуNarrowband Rx Array.MVDR Beamformer- Выполняет MVDR beamforming вдоль заданного направления.LCMV Beamformer- Выполняет LCMV beamforming с заданной матрицей ограничений и желаемым ответом.
Исследование примера
Функция помощника, используемая для этого примера, является helperslexBeamformerParam. Чтобы открыть функцию из модели, нажмите на блок Modify Simulation Parameters. Импульс, интерференционные и beamforming направления сигнала могут также быть изменены во времени выполнения путем изменения углов на Signal directions и блоках Angle to beamform, не останавливая симуляцию.
Результаты и отображения
Фигура ниже показов вывод формирователя луча поэтапного сдвига. Это не может обнаружить импульсы, потому что интерференционные сигналы намного более сильны, чем импульсный сигнал.
Следующие данные показывают вывод формирователя луча MVDR. Формирователь луча MVDR сохраняет сигнал, прибывающий вдоль желаемого направления при попытке подавить сигналы, прибывающие из других направлений. В этом примере и интерференционные сигналы были подавлены и импульс в 45 азимутах степеней, был сохранен.
Формирователь луча MVDR, однако, очень чувствителен к beamforming направлению. Если целевой сигнал получен вдоль направления, немного отличающегося от желаемого направления, формирователь луча MVDR подавляет его. Это происходит, потому что формирователь луча MVDR обрабатывает все сигналы, кроме того вдоль желаемого направления, как нежелательная интерференция. Этот эффект иногда упоминается как "самообнуление сигнала". Следующее отображение показывает то, что происходит, если мы изменяем направление целевого сигнала в блоке Signal directions к 43 вместо 45. Заметьте, как полученные импульсы были подавлены по сравнению со ссылочным импульсом.
Можно использовать формирователь луча LCMV, чтобы предотвратить самообнуление сигнала путем расширения области, окружающей направление сигнала, где вы хотите сохранить сигнал. В этом примере три отдельных, но близко расположенных ограничения наложены, которые сохраняют ответ в направлениях, соответствующих 43, 45, и 47 градусов в области азимута. Желаемые ответы в этих направлениях все установлены в одно. Как показано в фигуре ниже, импульс сохраняется.
