В этом примере показано, 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.
Этот пример включает две модели Simulink®:
Обычный Beamforming с Шумом: slexBeamformerExample.slx
Обычные и Адаптивные Формирователи луча с Интерференцией: slexBeamformerInterferenceExample.slx
Первая модель симулирует прием меандра со смещением задержки на однородно линейной антенной решетке с 10 элементами (ULA). Источник импульса расположен в азимуте 45 градусов и вертикальном изменении 0 градусов. Шум со степенью 0,5 ватт добавляется к сигналу в каждом элементе массива. Формирователь луча сдвига фазы затем применяется. Пример сравнивает выход формирователя луча сдвига фазы с сигналом, полученным в одном из антенных элементов.
Модель состоит из этапа Симуляции Сигнала и этапа Обработки сигналов. Блоки, который соответствует каждому этапу модели:
Симуляция сигнала
Rectangular - Создает меандры.
Offset waveform - Delay блок задерживает каждый импульс 150 выборками.
Signal direction - Constant блок задает инцидентное направление импульсов к Narrowband Rx Array блок.
Narrowband Rx Array - Симулирует сигналы, полученные в ULA. Первый вход с этим блоком 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 Sensor Array вкладка диалоговой панели блока. Используя переменную облегчает совместно использовать настройку антенной решетки через несколько блоков. Каждый столбец выхода соответствует сигналу, полученному в каждом элементе антенной решетки.
Receiver Preamp - Добавляет тепловой шум к полученному сигналу.
Обработка сигналов
Angle to beamform - Constant блок задает к Phase Shift Beamformer beamforming направление.
Phase Shift Beamformer - Выполняет узкополосную задержку-и-сумму beamforming на матрице, переданной через входной порт X вдоль направления, заданного через входной порт Ang.
2-D Selector - Выбирает полученный сигнал в одном из антенных элементов.
Исследование примера
Несколько параметров модели вычисляются функцией помощника helperslexBeamformerParam. Чтобы открыть функцию из модели, нажмите на Modify Simulation Parameters блок. 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 выход одного элемента (не beamformed) по сравнению со ссылочным импульсом и выходом формирователя луча по сравнению со ссылочным импульсом. Когда полученный сигнал не является beamformed, импульс не может быть обнаружен из-за шума. Отображение выхода формирователя луча показывает, что сигнал beamformed намного больше, чем шум. Выход SNR приблизительно в 10 раз больше, чем тот из полученного сигнала на одной антенне, потому что массив с 10 элементами производит усиление массивов 10.
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 симулировать интерференционные сигналы (пометил Interference1 и Interference2)
Concatenate - Конкатенации выходных параметров Random Source и Rectangular блоки в 3 матрицы столбца.
Signal direction - Constant блок задает инцидентные направления импульсов и интерференционных сигналов к Narrowband Rx Array блок.
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 Modify Simulation Parameters блок. Импульс, интерференционные и beamforming направления сигнала могут также быть изменены во времени выполнения путем изменения углов на Signal directions и Angle to beamform блоки, не останавливая симуляцию.
Результаты и отображения
Фигура ниже показов выход формирователя луча поэтапного сдвига. Это не может обнаружить импульсы, потому что интерференционные сигналы намного более сильны, чем импульсный сигнал.
Следующий рисунок показывает выход 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 Signal directions блокируйтесь 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 на рисунке ниже, импульс сохраняется.
