Узкополосно передайте формирователь луча LCMV
Поэтапное. Объект LCMVBeamformer реализует узкополосный формирователь луча минимального отклонения линейного ограничения (LCMV) для сенсорной матрицы. Формирователь луча LCMV принадлежит семейству ограниченных формирователей луча оптимизации.
К сигналам beamform, прибывающим в сенсорную матрицу:
Создайте объект phased.LCMVBeamformer и установите его свойства.
Вызовите объект с аргументами, как будто это была функция.
Чтобы узнать больше, как Системные объекты работают, смотрите то, Что Системные объекты? MATLAB.
beamformer = phased.LCMVBeamformerbeamformer = phased.LCMVBeamformer(Name,Value)beamformer = phased.LCMVBeamformerbeamformer, со значениями свойств по умолчанию.
beamformer = phased.LCMVBeamformer(Name,Value)Name к заданному Value. Можно задать дополнительные аргументы пары "имя-значение" в любом порядке как (Name1, Value1..., NameN, ValueN). Заключите каждое имя свойства в одинарные кавычки.
beamformer = phased.LCMVBeamformer('Constraint',[1;1]) устанавливает матрицу ограничений.Для версий ранее, чем R2016b, используйте функцию step, чтобы запустить алгоритм Системного объекта. Аргументы к step являются объектом, который вы создали, сопровождаемый аргументами, показанными в этом разделе.
Например, y = step(obj,x) и y = obj(x) выполняют эквивалентные операции.
Y = beamformer(X)Y = beamformer(X,XT)[Y,W] = beamformer(___)Y = beamformer(X,XT)XT как данные тренировки, чтобы вычислить beamforming веса. Чтобы использовать этот синтаксис, установите свойство TrainingInputPort на true.
[ возвращает beamforming веса Y,W] = beamformer(___)W. Чтобы использовать этот синтаксис, установите свойство WeightsOutputPort на true.
Чтобы использовать объектную функцию, задайте Системный объект как первый входной параметр. Например, чтобы выпустить системные ресурсы Системного объекта под названием obj, используйте этот синтаксис:
release(obj)
Примените формирователь луча LCMV к ULA с 5 элементами изотропных элементов датчика, сохранив сигнал от желаемого направления. Рабочая частота составляет 300 МГц.
Моделируйте низкочастотный сигнал синусоиды в гауссовом шуме.
f = 50; t = (0:.001:.3)'; x = sin(2*pi*f*t); c = physconst('LightSpeed'); fc = 300e6; lambda = c/fc; incidentAngle = [45;0]; antenna = phased.IsotropicAntennaElement('FrequencyRange',[20 20e8]); array = phased.ULA('NumElements',5,'ElementSpacing',lambda/2,... 'Element',antenna); x = collectPlaneWave(array,x,incidentAngle,fc,c); noise = 0.2*(randn(size(x)) + 1j*randn(size(x))); rx = x + noise;
Beamform массив.
steervec = phased.SteeringVector('SensorArray',array,... 'PropagationSpeed',c); beamformer = phased.LCMVBeamformer('Constraint',steervec(fc,incidentAngle),'DesiredResponse',1); y = beamformer(rx);
Постройте сигналы beamformed и оригинал.
plot(t,real(rx(:,3)),'r:',t,real(y),t,real(x(:,3)),'g') xlabel('Time (sec)') ylabel('Amplitude') legend('Signal at Sensor 3','Beamformed Signal','Noise Free Signal')
Этот пример показывает, как использовать формирователь луча LCMV, чтобы указать пустой указатель ответа массивов в направлении вмешивающегося источника. Массив является универсальной линейной матрицей (ULA) с 10 элементами. По умолчанию элементы ULA являются изотропными антеннами, созданными Системой phased.IsotropicAntennaElement object™. Установите частотный диапазон элементов антенны так, чтобы несущая частота нашлась в рабочем диапазоне. Несущая частота составляет 1 ГГц.
fc = 1e9; lambda = physconst('LightSpeed')/fc; array = phased.ULA('NumElements',10,'ElementSpacing',lambda/2); array.Element.FrequencyRange = [8e8 1.2e9];
Моделируйте тестовый сигнал с помощью простого меандра.
t = linspace(0,0.3,300)'; testsig = zeros(size(t)); testsig(201:205) = 1;
Примите, что меандр является инцидентом на ULA от угла азимута на 30 ° и повышения на 0 °. Используйте функцию collectPlaneWave Системного объекта ULA, чтобы моделировать прием импульсной формы волны от инцидентного угла.
angle_of_arrival = [30;0]; x = collectPlaneWave(array,testsig,angle_of_arrival,fc);
x сигнала является матрицей с десятью столбцами. Каждый столбец представляет полученный сигнал в одном из элементов массива.
Создайте обычный формирователь луча сдвига фазы. Установите свойство WeightsOutputPort на true выводить пространственные веса фильтра.
convbeamformer = phased.PhaseShiftBeamformer('SensorArray',array,... 'OperatingFrequency',1e9,'Direction',angle_of_arrival,... 'WeightsOutputPort',true);
Добавьте белый Гауссов шум с комплексным знаком в x сигнала. Установите поток случайных чисел по умолчанию для восстанавливаемых результатов.
rng default
npower = 0.5;
x = x + sqrt(npower/2)*(randn(size(x)) + 1i*randn(size(x)));Создайте интерференционный источник с помощью Системного объекта phased.BarrageJammer. Задайте заградительный передатчик помех, чтобы иметь эффективную излучаемую мощность 10 Вт. Интерференционный сигнал от заградительного передатчика помех является инцидентом на ULA от угла азимута на 120 ° и повышения на 0 °. Используйте функцию collectPlaneWave Системного объекта ULA, чтобы моделировать прием сигнала передатчика помех.
jammer = phased.BarrageJammer('ERP',10,'SamplesPerFrame',300); jamsig = jammer(); jammer_angle = [120;0]; jamsig = collectPlaneWave(array,jamsig,jammer_angle,fc);
Добавьте белый Гауссов шум с комплексным знаком, чтобы моделировать шумовые вклады, не непосредственно сопоставленные с создающим затор сигналом. Снова, установите поток случайных чисел по умолчанию для восстанавливаемых результатов. Эта шумовая степень на 0 дБ ниже степени передатчика помех. Beamform сигнал с помощью обычного формирователя луча.
noisePwr = 1e-5;
rng(2008);
noise = sqrt(noisePwr/2)*...
(randn(size(jamsig)) + 1j*randn(size(jamsig)));
jamsig = jamsig + noise;
rxsig = x + jamsig;
[yout,w] = convbeamformer(rxsig);Реализуйте адаптивный формирователь луча LCMV с помощью того же массива ULA. Используйте данные без целей, jamsig, как данные тренировки. Выведите сигнал beamformed и веса формирователя луча.
steeringvector = phased.SteeringVector('SensorArray',array,... 'PropagationSpeed',physconst('LightSpeed')); LCMVbeamformer = phased.LCMVBeamformer('DesiredResponse',1,... 'TrainingInputPort',true,'WeightsOutputPort',true); LCMVbeamformer.Constraint = steeringvector(fc,angle_of_arrival); LCMVbeamformer.DesiredResponse = 1; [yLCMV,wLCMV] = LCMVbeamformer(rxsig,jamsig);
Постройте обычный формирователь луча вывод и адаптивный формирователь луча вывод.
subplot(211) plot(t,abs(yout)) axis tight title('Conventional Beamformer') ylabel('Magnitude') subplot(212) plot(t,abs(yLCMV)) axis tight title('LCMV (Adaptive) Beamformer') xlabel('Seconds') ylabel('Magnitude')
Адаптивный формирователь луча значительно улучшает ОСШ меандра в 0,2 с.
Используя обычные и веса LCMV, постройте ответы для каждого формирователя луча.
subplot(211) pattern(array,fc,[-180:180],0,'PropagationSpeed',physconst('LightSpeed'),... 'CoordinateSystem','rectangular','Type','powerdb','Normalize',true,... 'Weights',w) title('Array Response with Conventional Beamforming Weights'); subplot(212) pattern(array,fc,[-180:180],0,'PropagationSpeed',physconst('LightSpeed'),...) 'CoordinateSystem','rectangular','Type','powerdb','Normalize',true,... 'Weights',wLCMV) title('Array Response with LCMV Beamforming Weights');
Адаптивная beamform помещает пустой указатель в угле падения интерференционного сигнала, 120 °.
[1] Деревья фургона, H. Оптимальная обработка матриц. Нью-Йорк: Wiley-межнаука, 2002.
phased.MVDRBeamformer | phased.PhaseShiftBeamformer | phased.TimeDelayLCMVBeamformer