phased.MVDRBeamformer

Узкополосный формирователь луча минимального отклонения ответа без искажений

Описание

phased.MVDRBeamformer Система 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 phased.MVDRBeamformer объект и набор его свойства.
Вызовите объект с аргументами, как будто это была функция.

Чтобы узнать больше, как Системные объекты работают, смотрите то, Что Системные объекты?.

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 свойством Name установите на заданный 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 release функция 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.

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

Сенсорная матрица в виде Системного объекта массивов, принадлежащего Phased Array System Toolbox. Сенсорная матрица может содержать подрешетки.

Пример: phased.URA

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

Скорость распространения сигнала в виде положительной скалярной величины 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 в виде положительной скалярной величины. Модули находятся в Гц.

Пример: 1e9

Типы данных: single | double

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

Диагональный коэффициент загрузки в виде неотрицательного скаляра. Диагональная загрузка является методом, используемым, чтобы достигнуть устойчивой beamforming эффективности, особенно когда объем выборки мал. 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 обучающих данных
`false` (значение по умолчанию) | `true`

Включите вход обучающих данных в виде false или true. Когда вы устанавливаете это свойство на true, используйте входной параметр обучающих данных, XT, при выполнении объекта. Установите это свойство на false использовать входные данные, X, как обучающие данные.

Типы данных: логический

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

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

`'Property'`	Задайте beamforming направление с помощью `Direction` свойство.
`'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 в виде 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 возвышения 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 DirectionSource свойство к '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 в виде неотрицательного целого числа. Значение нуля указывает, что никакое квантование не выполняется.

Пример 5

Типы данных: single | double

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

Включите выход beamforming весов в виде 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

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 как обучающие выборки, чтобы вычислить beamforming веса.

Y = beamformer(X,XT) использование XT как обучающие 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 TrainingInputPort свойство к true и набор свойство DirectionSource к '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 в виде M с комплексным знаком-by-N матрица. N является количеством элементов массива. Если сенсорная матрица содержит подрешетки, N является количеством подрешеток. 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 варьироваться, чтобы симулировать изменяющуюся длину сигнала. Изменение размера может произойти, например, в случае импульсного сигнала с переменной импульсной частотой повторения.

Типы данных: single | double
Поддержка комплексного числа: Да

`XT` — Обучающие данные
P с комплексным знаком-by-N матрица

Обучающие данные в виде P с комплексным знаком-by-N матрица. Если сенсорная матрица содержит подрешетки, N является количеством подрешеток; 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) | вектор столбцов 2 на 1 с действительным знаком | 2 с действительным знаком L матрицей

Направления Beamforming в виде вектора столбцов 2 на 1 с действительным знаком, 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 возвышения 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 выход
M с комплексным знаком-by-L матрица

Выходной параметр Beamformed, 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 подрешетки, N является количеством подрешеток; в противном случае N является числом элементов. L является количеством beamforming направлений.

Зависимости

Чтобы включить этот выход, 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

свернуть 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 вертикального изменения. 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')

Figure contains an axes. The axes contains 2 objects of type line. These objects represent Original, Beamformed.

Постройте диаграмму направленности массивов с помощью весов MVDR

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

Figure contains an axes. The axes with title Azimuth Cut (elevation angle = 0.0°) contains an object of type line. This object represents 300 MHz.

Алгоритмы

развернуть все

MVDR Beamforming

Формирователь луча MVDR максимизирует сигнал к шумовому отношению.

Начните 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 X аргумент. 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 варьироваться 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 одинарная точность, выходные данные одинарная точность. Если входные данные X двойная точность, выходные данные являются двойной точностью. Точность выхода 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 одинарная точность, выходные данные одинарная точность. Если входные данные X двойная точность, выходные данные являются двойной точностью. Точность выхода независима от точности свойств и других аргументов.

Введенный в R2011a

Документация

phased.MVDRBeamformer

Описание

Создание

Синтаксис

Описание

Свойства

SensorArray — Сенсорная матрица phased.ULA массив 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 загрузки0 (значение по умолчанию) | неотрицательный скаляр

TrainingInputPort — Включите вход обучающих данных 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 фазовращателя0 (значение по умолчанию) | неотрицательное целое число

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

Использование

Синтаксис

Описание

Входные параметры

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

XT — Обучающие данные P с комплексным знаком-by-N матрица

Зависимости

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

Зависимости

Выходные аргументы

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

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

Зависимости

Функции объекта

Характерный для всех системных объектов

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

Документация Phased Array System Toolbox

Поддержка

`SensorArray` — Сенсорная матрица
`phased.ULA` массив 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 обучающих данных
`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 выход
`false` (значение по умолчанию) | `true`

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

`XT` — Обучающие данные
P с комплексным знаком-by-N матрица

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

`Y` — Beamformed выход
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™.