поэтапный. MVDRBeamformer

Узкополосный формирователь луча минимального отклонения ответа без искажений

Описание

Поэтапное. Система MVDRBeamformer object™ реализует узкополосный формирователь луча ответа без искажений минимального отклонения (MVDR). Формирователь луча MVDR также называется формирователем луча Каплуна. Формирователь луча MVDR принадлежит семейству ограниченных формирователей луча оптимизации.

К сигналам beamform, прибывающим в массив:

Создайте объект phased.MVDRBeamformer 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.

Создание

Синтаксис

beamformer = phased.MVDRBeamformer

beamformer = phased.MVDRBeamformer(Name,Value)

Описание

beamformer = phased.MVDRBeamformer создает Системный объект формирователя луча MVDR, beamformer, со значениями свойств по умолчанию.

beamformer = phased.MVDRBeamformer(Name,Value) создает формирователь луча MVDR с каждым набором свойства 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.

Пример: beamformer = phased.MVDRBeamformer('SensorArray',phased.URA,'OperatingFrequency',300e6) устанавливает сенсорную матрицу на универсальный прямоугольный массив (URA) со значениями свойств URA по умолчанию. Формирователь луча имеет рабочую частоту 300 МГц.

Свойства

развернуть все

Если в противном случае не обозначено, свойства являются ненастраиваемыми, что означает, что вы не можете изменить их значения после вызова объекта. Объекты блокируют, когда вы вызываете их, и функция release разблокировала их.

Если свойство является настраиваемым, можно изменить его значение в любое время.

Для получения дополнительной информации об изменении значений свойств смотрите Разработку системы в MATLAB Используя Системные объекты (MATLAB).

`SensorArray` — Сенсорная матрица
Массив `phased.ULA` со значениями свойств по умолчанию (значение по умолчанию) | массив Phased Array System Toolbox™

Сенсорная матрица, заданная как Системный объект массивов, принадлежащий Phased Array System Toolbox. Сенсорная матрица может содержать подмассивы.

Пример: phased.URA

`PropagationSpeed` — Скорость распространения сигнала
`physconst('LightSpeed')` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина с действительным знаком

Скорость распространения сигнала, заданная как положительная скалярная величина с действительным знаком. Модули исчисляются в метрах в секунду. Скорость распространения по умолчанию является значением, возвращенным physconst('LightSpeed').

Пример: 3e8

Типы данных: single | double

`OperatingFrequency` — Рабочая частота
`300e6` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Рабочая частота, заданная как положительная скалярная величина. Модули находятся в Гц.

Пример: 1e9

Типы данных: single | double

`DiagonalLoadingFactor` — Диагональный коэффициент загрузки
`0` (значение по умолчанию) | неотрицательный скаляр

Диагональный коэффициент загрузки, заданный как неотрицательный скаляр. Диагональная загрузка является методом, используемым, чтобы достигнуть устойчивой beamforming производительности, особенно когда объем выборки является маленьким. Размер небольшой выборки может привести к неточной оценке ковариационной матрицы. Диагональная загрузка также обеспечивает робастность из-за регулирования векторных ошибок. Диагональный метод загрузки добавляет кратное положительной скалярной величины единичная матрица в матрицу выборочной ковариации.

Настраиваемый: да

Типы данных: single | double

`TrainingInputPort` — Включите вход данных тренировки
`false` (значение по умолчанию) | `true`

Включите вход данных тренировки, заданный как false или true. Когда вы установите это свойство на true, используйте входной параметр данных тренировки, XT, при выполнении объекта. Установите это свойство на false использовать входные данные, X, как данные тренировки.

Типы данных: логический

`DirectionSource` — Источник beamforming направления
`'Property'` (значение по умолчанию) | `'Input port'`

Источник beamforming направления, заданного как 'Property' или 'Input port'. Задайте, прибывает ли beamforming направление из свойства Direction этого объекта или от входного параметра, ANG. Значения этого свойства:

`'Property'`	Задайте beamforming направление с помощью свойства `Direction`.
`'Input port'`	Задайте beamforming направление с помощью входного параметра, `ANG`.

Типы данных: char

`Direction` — Направления Beamforming
`[0;0]` (значение по умолчанию) | с действительным знаком 2 1 вектор | 2 с действительным знаком L матрицей

Направления Beamforming, заданные как с действительным знаком 2 1 вектор или 2 с действительным знаком L матрицей. Для матрицы каждый столбец задает различное beamforming направление. Каждый столбец имеет форму [AzimuthAngle;ElevationAngle]. Углы азимута должны находиться между-180 ° и 180 °, и углы повышения должны находиться между-90 ° и 90 °. Все углы заданы относительно системы локальной координаты массива. Модули в градусах.

Пример: [40;30]

Зависимости

Чтобы включить это свойство, установите свойство DirectionSource на 'Property'.

Типы данных: single | double

`NumPhaseShifterBits` — Количество битов квантования фазовращателя
`0` (значение по умолчанию) | неотрицательное целое число

Количество битов раньше квантовало компонент сдвига фазы формирователя луча или регулирующий векторные веса, заданные как неотрицательное целое число. Значение нуля указывает, что никакое квантование не выполняется.

Пример 5

Типы данных: single | double

`WeightsOutputPort` — Включите beamforming весам вывод
`false` (значение по умолчанию) | `true`

Включите вывод beamforming весов, заданных как false или true. Чтобы получить beamforming веса, установите это свойство на true и используйте соответствующий выходной аргумент, W. Если вы не хотите получать веса, установите это свойство на false.

Типы данных: логический

Использование

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.

Синтаксис

Y = beamformer(X)

Y = beamformer(X,XT)

Y = beamformer(X,ANG)

Y = beamformer(X,XT,ANG)

[Y,W] = beamformer(___)

Описание

пример

Y = beamformer(X) выполняет MVDR beamforming на входном сигнале, X, и возвращает beamformed выходной параметр в Y. Этот синтаксис использует X в качестве учебных выборок, чтобы вычислить beamforming веса.

Y = beamformer(X,XT) использование XT как учебные выборки, чтобы вычислить beamforming веса. Чтобы использовать этот синтаксис, установите свойство TrainingInputPort на true.

Y = beamformer(X,ANG) использование ANG как beamforming направление. Чтобы использовать этот синтаксис, установите свойство DirectionSource на 'Input port'.

Y = beamformer(X,XT,ANG) объединения все входные параметры. Чтобы использовать этот синтаксис, установите свойство TrainingInputPort на true и установите свойство DirectionSource на 'Input port'.

[Y,W] = beamformer(___) возвращает beamforming веса, W. Чтобы использовать этот синтаксис, установите свойство WeightsOutputPort на true.

Входные параметры

развернуть все

`X` Входной сигнал
M с комплексным знаком-by-N матрица

Входной сигнал, заданный как M с комплексным знаком-by-N матрица. N является количеством элементов массива. Если сенсорная матрица содержит подмассивы, N является количеством подмассивов. Если вы устанавливаете TrainingInputPort на false, M должен быть больше, чем N; в противном случае M может быть любым положительным целым числом.

Размер первой размерности входной матрицы может отличаться, чтобы моделировать изменяющуюся длину сигнала. Изменение размера может произойти, например, в случае импульсной формы волны с переменной импульсной частотой повторения.

Типы данных: single | double
Поддержка комплексного числа: Да

`Xt` Данные тренировки
P с комплексным знаком-by-N матрица

Данные тренировки, заданные как P с комплексным знаком-by-N матрица. Если сенсорная матрица содержит подмассивы, N является количеством подмассивов; в противном случае N является числом элементов. P должен быть больше, чем N.

Пример: [1 0.5 2.6; 2 -0.2 0; 3 -2 -1]

Зависимости

Чтобы включить этот аргумент, установите свойство TrainingInputPort на true.

Типы данных: single | double
Поддержка комплексного числа: Да

`ANG` — Направления Beamforming
`[0;0]` (значение по умолчанию) | с действительным знаком 2 1 вектор-столбец | 2 с действительным знаком L матрицей

Направления Beamforming, заданные как с действительным знаком 2 1 вектор-столбец, или 2 L матрицей. L является количеством beamforming направлений. Каждый столбец имеет форму [AzimuthAngle;ElevationAngle]. Модули в градусах. Каждый угол азимута должен находиться между-180 ° и 180 °, и каждый угол повышения должен находиться между-90 ° и 90 °.

Пример: [40;10]

Зависимости

Чтобы включить этот аргумент, установите свойство DirectionSource на 'Input port'.

Типы данных: single | double

Выходные аргументы

развернуть все

`Y` — Beamformed вывод
M с комплексным знаком-by-L матрица

Beamformed выходной параметр, возвращенный как M с комплексным знаком-by-L матрица, где M является количеством строк X и L, является количеством beamforming направлений.

Типы данных: single | double
Поддержка комплексного числа: Да

`W` Веса Beamforming
N с комплексным знаком-by-L матрица.

Веса Beamforming, возвращенные как N с комплексным знаком-by-L матрица. Если сенсорная матрица содержит подмассивы, N является количеством подмассивов; в противном случае N является числом элементов. L является количеством beamforming направлений.

Зависимости

Чтобы включить этот вывод, установите свойство WeightsOutputPort на true.

Типы данных: single | double
Поддержка комплексного числа: Да

Функции объекта

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)

развернуть все

Характерный для всех системных объектов

`step`	Запустите алгоритм Системного объекта
`release`	Высвободите средства и позвольте изменения в значениях свойств Системного объекта и введите характеристики
`reset`	Сбросьте внутренние состояния Системного объекта

Примеры

развернуть все

MVDR Beamforming

Скрипт Open Live Script

Примените формирователь луча MVDR к ULA с 5 элементами. Инцидентный угол сигнала является 45 градусами в области азимута и 0 степенями в области повышения. Частота сигнала составляет.01 герц. Несущая частота составляет 300 МГц.

t = [0:.1:200]';
fr = .01;
xm = sin(2*pi*fr*t);
c = physconst('LightSpeed');
fc = 300e6;
rng('default');
incidentAngle = [45;0];
array = phased.ULA('NumElements',5,'ElementSpacing',0.5);
x = collectPlaneWave(array,xm,incidentAngle,fc,c);
noise = 0.1*(randn(size(x)) + 1j*randn(size(x)));
rx = x + noise;

Вычислите beamforming веса

beamformer = phased.MVDRBeamformer('SensorArray',array,...
    'PropagationSpeed',c,'OperatingFrequency',fc,...
    'Direction',incidentAngle,'WeightsOutputPort',true);
[y,w] = beamformer(rx);

Постройте сигналы

plot(t,real(rx(:,3)),'r:',t,real(y))
xlabel('Time')
ylabel('Amplitude')
legend('Original','Beamformed')

Постройте шаблон ответа массивов с помощью весов MVDR

pattern(array,fc,[-180:180],0,'PropagationSpeed',c,...
    'Weights',w,'CoordinateSystem','rectangular',...
    'Type','powerdb');

Алгоритмы

развернуть все

MVDR Beamforming

Формирователь луча MVDR максимизирует сигнал к шумовому отношению.

Запустите с сигнала, прибывающего в элементы массива. Примите, что X является N с комплексным знаком-by-M матрица данных, представляющая прибытие сигналов в массиве. N является количеством датчиков в массиве, и M является количеством выборок или снимков состояния на сигнал. Для математического удобства эта матрица является транспонированием матрицы, заданной в аргументе X. Каждая строка X представляет временные ряды данных для соответствующего массива. Отношение сигнал-шум сигнала дано здесь.

$S N R = \frac{{| w^{H} s |}^{2}}{w^{H} R_{I + N}^{} w}$

Правильно, ковариационная матрица в знаменателе является ковариационной матрицей для шума и любого interferers. Можно отличаться шкала w, не влияя на ОСШ. Поэтому можно выбрать нормализацию для w так, чтобы весами средства оценки MVDR для beamforming был ^{w = R-1v/vHRv}, где R является ковариационной матрицей данных ^{R = E[xxH]}.

Диагональная загрузка

Диагональная загрузка обеспечивает робастность формирователя луча из-за размера небольшой выборки и регулирующий векторные ошибки.

Точность данных

Этот Системный объект поддерживает одинарную и двойную точность для входных данных, свойств и аргументов. Если входные данные, X является одинарной точностью, выходные данные, являются одинарной точностью. Если входные данные, X является двойной точностью, выходные данные, являются двойной точностью. Точность вывода независима от точности свойств и других аргументов.

Ссылки

[1] Деревья фургона, H. Оптимальная обработка матриц. Нью-Йорк: Wiley-межнаука, 2002.

[2] Застыньте, O. “Алгоритм Для Линейно Ограниченной Адаптивной Обработки матриц”, Продолжения IEEE. Издание 60, Номер 8, август 1972, стр 926–935.

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью MATLAB® Coder™.

Указания и ограничения по применению:

Смотрите системные объекты в Генерации кода MATLAB (MATLAB Coder).
Этот Системный объект поддерживает одинарную и двойную точность для входных данных, свойств и аргументов. Если входные данные, X является одинарной точностью, выходные данные, являются одинарной точностью. Если входные данные, X является двойной точностью, выходные данные, являются двойной точностью. Точность вывода независима от точности свойств и других аргументов.

Документация

поэтапный. MVDRBeamformer

Описание

Создание

Синтаксис

Описание

Свойства

SensorArray — Сенсорная матрица Массив phased.ULA со значениями свойств по умолчанию (значение по умолчанию) | массив Phased Array System Toolbox™

PropagationSpeed — Скорость распространения сигнала physconst('LightSpeed') (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина с действительным знаком

OperatingFrequency — Рабочая частота 300e6 (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

DiagonalLoadingFactor — Диагональный коэффициент загрузки 0 (значение по умолчанию) | неотрицательный скаляр

TrainingInputPort — Включите вход данных тренировки false (значение по умолчанию) | true

DirectionSource — Источник beamforming направления 'Property' (значение по умолчанию) | 'Input port'

Direction — Направления Beamforming [0;0] (значение по умолчанию) | с действительным знаком 2 1 вектор | 2 с действительным знаком L матрицей

Зависимости

NumPhaseShifterBits — Количество битов квантования фазовращателя 0 (значение по умолчанию) | неотрицательное целое число

WeightsOutputPort — Включите beamforming весам вывод false (значение по умолчанию) | true

Использование

Синтаксис

Описание

Входные параметры

X Входной сигнал M с комплексным знаком-by-N матрица

Xt Данные тренировки P с комплексным знаком-by-N матрица

Зависимости

ANG — Направления Beamforming [0;0] (значение по умолчанию) | с действительным знаком 2 1 вектор-столбец | 2 с действительным знаком L матрицей

Зависимости

Выходные аргументы

Y — Beamformed вывод M с комплексным знаком-by-L матрица

W Веса Beamforming N с комплексным знаком-by-L матрица.

Зависимости

Функции объекта

Примеры

MVDR Beamforming

Алгоритмы

MVDR Beamforming

Диагональная загрузка

Точность данных

Ссылки

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++ Генерация кода C и C++ с помощью MATLAB® Coder™.

Смотрите также

Представленный в R2012a

Документация Phased Array System Toolbox

Поддержка

`SensorArray` — Сенсорная матрица
Массив `phased.ULA` со значениями свойств по умолчанию (значение по умолчанию) | массив Phased Array System Toolbox™

`PropagationSpeed` — Скорость распространения сигнала
`physconst('LightSpeed')` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина с действительным знаком

`OperatingFrequency` — Рабочая частота
`300e6` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

`DiagonalLoadingFactor` — Диагональный коэффициент загрузки
`0` (значение по умолчанию) | неотрицательный скаляр

`TrainingInputPort` — Включите вход данных тренировки
`false` (значение по умолчанию) | `true`

`DirectionSource` — Источник beamforming направления
`'Property'` (значение по умолчанию) | `'Input port'`

`Direction` — Направления Beamforming
`[0;0]` (значение по умолчанию) | с действительным знаком 2 1 вектор | 2 с действительным знаком L матрицей

`NumPhaseShifterBits` — Количество битов квантования фазовращателя
`0` (значение по умолчанию) | неотрицательное целое число

`WeightsOutputPort` — Включите beamforming весам вывод
`false` (значение по умолчанию) | `true`

`X` Входной сигнал
M с комплексным знаком-by-N матрица

`Xt` Данные тренировки
P с комплексным знаком-by-N матрица

`ANG` — Направления Beamforming
`[0;0]` (значение по умолчанию) | с действительным знаком 2 1 вектор-столбец | 2 с действительным знаком L матрицей

`Y` — Beamformed вывод
M с комплексным знаком-by-L матрица

`W` Веса Beamforming
N с комплексным знаком-by-L матрица.

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью MATLAB® Coder™.