поэтапный. GCCEstimator

Широкополосное направление оценки прибытия

Описание

phased.GCCEstimator Система object™ создает блок оценки направления поступления широкополосных сигналов. Данный объект Системы оценивает направление прихода или время прихода между элементами матрицы датчиков, используя обобщенную взаимную корреляцию с алгоритмом фазового преобразования (GCC-PHAT). Алгоритм предполагает, что все сигналы распространяются от одного источника, лежащего в поле массива, так что направление прихода одинаково для всех датчиков. Объект System сначала оценивает корреляции между всеми заданными парами датчиков с использованием GCC-PHAT, а затем находит наибольший пик в каждой корреляции. Пик определяет задержку между сигналами, поступающими в каждую пару датчиков. Наконец, оценка наименьших квадратов используется для получения направления поступления из всех оцененных задержек.

Чтобы вычислить направление поступления для пар элементов в массиве:

Определение и настройка объекта системы оценки GCC-PHAT, phased.GCCEstimator, используя процедуру конструирования.
Звонить step для вычисления направления прихода сигнала с помощью свойств phased.GCCEstimator Системный объект.
Поведение step относится к каждому объекту на панели инструментов.

Примечание

Начиная с R2016b, вместо использования step для выполнения операции, определенной объектом System, можно вызвать объект с аргументами, как если бы это была функция. Например, y = step(obj,x) и y = obj(x) выполнять эквивалентные операции.

Строительство

sGCC = phased.GCCEstimator создает системный объект оценки поступления GCC, sGCC. Этот объект оценивает направление прихода или время прихода между элементами матрицы датчиков с использованием алгоритма GCC-PHAT.

sGCC = phased.GCCEstimator(Name,Value) возвращает объект оценки поступления GCC, sGCC, с указанным свойством Name установить в указанное значение Value. Name должно отображаться внутри отдельных кавычек (''). Можно указать несколько аргументов пары имя-значение в любом порядке как Name1,Value1,...,NameN,ValueN.

Свойства

развернуть все

`SensorArray` - Матрица датчиков
`phased.ULA` Системный объект (по умолчанию) | Система с фазированным массивом Toolbox™ массив датчиков

Массив датчиков, заданный как объект системы инструментов поэтапной системы массива. Массив также может состоять из субчипов. Если это свойство не указано, массивом датчиков по умолчанию является phased.ULA Системный объект со значениями свойств массива по умолчанию.

Пример: phased.URA

`PropagationSpeed` - Скорость распространения сигнала
`physconst('LightSpeed')` (по умолчанию) | действительный положительный скаляр

Скорость распространения сигнала, заданная как действительный положительный скаляр. Единицы измерения в метрах в секунду. Скорость распространения по умолчанию - это значение, возвращаемое physconst('LightSpeed').

Пример: 3e8

Типы данных: single | double

`SampleRate` - Частота дискретизации сигнала
`1e6` (по умолчанию) | положительный скаляр с действительным значением

Частота дискретизации сигнала, заданная как положительный действительный скаляр. Единицы измерения в герцах.

Пример: 1e6

Типы данных: single | double

`SensorPairSource` - Источник пар датчиков
`'Auto'` (по умолчанию) | `'Property'`

Источник пар датчиков, указанный как 'Auto' или 'Property'.

'Auto' - выберите это значение свойства для вычисления корреляций между первым датчиком и всеми другими датчиками. Первым датчиком матрицы является опорный канал.
'Property' - выберите это значение свойства, если требуется явно указать пары датчиков, которые будут использоваться для вычисления корреляций. Установите индексы пары датчиков с помощью SensorPair собственность. Индексы массива можно просмотреть с помощью viewArray метода любого объекта System массива.

Пример: 'Auto'

Типы данных: char

`SensorPair` - Пары датчиков
`[2;1]` (по умолчанию) | 2-by-N положительная целочисленная матрица

Пары датчиков, используемые для вычисления корреляций, задаются как 2-by-N положительная целочисленная матрица. Каждый столбец матрицы определяет пару датчиков, между которыми вычисляется корреляция. Во второй строке указаны опорные датчики. Каждая запись в матрице должна быть меньше числа матричных датчиков или подрешеток. Для использования SensorPair свойство, необходимо также установить SensorPairSource значение для 'Property'.

Пример: [1,3,5;2,4,6]

Типы данных: double

`DelayOutputPort` - Опция для включения вывода задержки
`false` (по умолчанию) | `true`

Параметр, разрешающий вывод значений временной задержки, указанных как логическое значение. Установить для этого свойства значение true для вывода значений задержки в качестве выходного аргумента step способ. Задержки соответствуют углам поступления сигнала между парами датчиков. Установить для этого свойства значение false для отключения вывода задержек.

Пример: false

Типы данных: logical

`CorrelationOutputPort` - Опция для включения вывода корреляции
`false` (по умолчанию) | `true`

Параметр, разрешающий вывод значений корреляции, указанных как логическое значение. Установить для этого свойства значение true для вывода корреляций и запаздываний между парами датчиков в качестве выходных аргументов step способ. Установить для этого свойства значение false для отключения вывода корреляций.

Пример: ложь

Типы данных: logical

Методы

сброс	Сбросить состояния поэтапно. Объект «Система стимуляции ГЦСЗ»
шаг	Оценка направления поступления с использованием обобщенной взаимной корреляции

Общие для всех системных объектов
`release`	Разрешить изменение значения свойства объекта системы

Примеры

свернуть все

Оценка GCC направления поступления в микрофонный массив

Открыть сценарий в реальном времени

Оцените направление поступления сигнала с помощью алгоритма GCC-PHAT. Приемная матрица представляет собой матрицу микрофонов URA 5 на 5 элементов с элементами, расположенными на расстоянии 0,25 метра друг от друга. Поступающий сигнал представляет собой последовательность широкополосных чирпов. Сигнал прибывает от 17� азимут и 0� возвышение. Предположим, что скорость звука в воздухе составляет 340 м/с.

Загрузите чирп-сигнал.

load chirp;
c = 340.0;

Создайте URA микрофона 5 на 5.

d = 0.25;
N = 5;
mic = phased.OmnidirectionalMicrophoneElement;
array = phased.URA([N,N],[d,d],'Element',mic);

Смоделировать входящий сигнал с помощью WidebandCollector object� системы.

arrivalAng = [17;0];
collector = phased.WidebandCollector('Sensor',array,'PropagationSpeed',c,...
    'SampleRate',Fs,'ModulatedInput',false);
signal = collector(y,arrivalAng);

Оцените направление прибытия.

estimator = phased.GCCEstimator('SensorArray',array,...
    'PropagationSpeed',c,'SampleRate',Fs);
ang = estimator(signal)

ang = 2×1

   16.4538
   -0.7145

Алгоритмы

развернуть все

Алгоритм взаимной корреляции GCC-PHAT

Обобщенную взаимную корреляцию можно использовать для оценки временной разницы прихода сигнала на двух разных датчиках.

Модель сигнала, излучаемого источником и принимаемого двумя датчиками, задается:

$\begin{array}{l} _{r1} (t) = s (_{t}) + \\ _{} n1 (t) r2 (t)_{} = s \end{array}$ (t − D) + n2 (t)

где D - разность времени прихода (TDOA) или отставание по времени сигнала на одном датчике относительно времени прихода на втором датчике. Можно оценить временную задержку, найдя временную задержку, которая максимизирует взаимную корреляцию между двумя сигналами.

Из TDOA можно оценить широкополосный угол прихода плоской волны относительно линии, соединяющей два датчика. Для двух датчиков, разделенных расстоянием L, широкополосный угол прихода, Broadside Angles, связан с временным запаздыванием на

$sinβ \frac{=}{}$ ctheL

где c - скорость распространения в среде.

Общим способом оценки временной задержки является вычисление взаимной корреляции между сигналами, принимаемыми двумя датчиками. Чтобы определить временную задержку, найдите пик в взаимной корреляции. Когда отношение сигнал-шум (SNR) большое, пик корреляции, τ, соответствует фактической временной задержке D.

$\begin{array}{l} R (start) =_{E} {{r1}_{} (t) r2 \\ \overset{(}{} t + \underset{}{} \end{array}$

Когда корреляционная функция резко достигает пика, производительность улучшается. Можно заострить пик взаимной корреляции с помощью весовой функции, которая отбеливает входные сигналы. Этот метод называется обобщенной взаимной корреляцией (GCC). Одна конкретная взвешивающая функция нормализует спектральную плотность сигнала на величину спектра, приводя к обобщенному методу фазового преобразования взаимной корреляции (GCC-PHAT).

$\begin{array}{l} S (f)_{= \int}^{-} \infty\infty R^{(τ)} \\ \overset{}{} e-i2πfτdτR ~_{}^{(τ)} \frac{= \int -}{∞∞ S} {(f)}^{|S} (f) \\ \overset{}{} \underset{|e+i2πfτdfD ~}{} \overset{}{=} \end{array}$ argmaxτ R ˜ (τ)

Если используются только две пары датчиков, можно оценить только широкополосный угол прибытия. Однако при использовании нескольких пар неколлинеарных датчиков, например, в URA, можно оценить азимут прихода и углы возвышения плоской волны, используя оценку наименьшего квадрата. Для N сенсоров можно записать время δkj задержки сигнала, поступающего к ^k-му сенсору по отношению к ^j-му сенсору с помощью

$\begin{array}{l} _{cstartkj} = {\overset{}{-}}_{(} {\overset{}{}}_{} \overset{)}{x→k−x→j} \\ \overset{}{} \overset{}{} \overset{}{} \overset{}{} \end{array}$ ⋅u→u→=cosαsinθi^+sinαsinθj^+cosθk^

где u - единичный вектор распространения плоской волны. Углы α и λ - азимут и угол возвышения вектора распространения. Все углы и векторы определяются относительно локальных осей. Можно решить первое уравнение, используя наименьшие квадраты, чтобы получить три компонента вектора единичного распространения. Затем можно решить второе уравнение для углов азимута и отметки.

Точность данных

Этот объект System поддерживает единственную и двойную точность входных данных, свойств и аргументов. Если входные данные X - единичная точность, выходные данные - единичная точность. Если входные данные X - двойная точность, выходные данные - двойная точность. Точность вывода не зависит от точности свойств и других аргументов.

Ссылки

[1] Кнапп, C. H. и Г.К. Картер, «Обобщенный метод корреляции для оценки временной задержки». Транзакции IEEE по акустике, обработке речи и сигналов. т. ASSP-24, № 4, авг. 1976.

[2] Г. К. Картер, «Оценка когерентности и временной задержки». Процедуры IEEE. Том 75, № 2, февраль 1987 года.

Расширенные возможности

Создание кода C/C + +
Создайте код C и C++ с помощью MATLAB ® Coder™

Примечания и ограничения по использованию:

См. Системные объекты в создании кода MATLAB (кодер MATLAB).

См. также

gccphat | phased.BeamscanEstimator | phased.RootMUSICEstimator

Представлен в R2015b

Документация

поэтапный. GCCEstimator

Описание

Строительство

Свойства

`SensorArray` - Матрица датчиков
`phased.ULA` Системный объект (по умолчанию) | Система с фазированным массивом Toolbox™ массив датчиков

`PropagationSpeed` - Скорость распространения сигнала
`physconst('LightSpeed')` (по умолчанию) | действительный положительный скаляр

`SampleRate` - Частота дискретизации сигнала
`1e6` (по умолчанию) | положительный скаляр с действительным значением

`SensorPairSource` - Источник пар датчиков
`'Auto'` (по умолчанию) | `'Property'`

`SensorPair` - Пары датчиков
`[2;1]` (по умолчанию) | 2-by-N положительная целочисленная матрица

`DelayOutputPort` - Опция для включения вывода задержки
`false` (по умолчанию) | `true`

`CorrelationOutputPort` - Опция для включения вывода корреляции
`false` (по умолчанию) | `true`

Методы

Примеры

Оценка GCC направления поступления в микрофонный массив

Алгоритмы

Алгоритм взаимной корреляции GCC-PHAT

Точность данных

Ссылки

Расширенные возможности

Создание кода C/C + +
Создайте код C и C++ с помощью MATLAB ® Coder™

См. также

Документация по панели инструментов системы поэтапной обработки массивов

Поддержка

Документация

поэтапный. GCCEstimator

Описание

Строительство

Свойства

SensorArray - Матрица датчиков phased.ULA Системный объект (по умолчанию) | Система с фазированным массивом Toolbox™ массив датчиков

PropagationSpeed - Скорость распространения сигнала physconst('LightSpeed') (по умолчанию) | действительный положительный скаляр

SampleRate - Частота дискретизации сигнала 1e6 (по умолчанию) | положительный скаляр с действительным значением

SensorPairSource - Источник пар датчиков 'Auto' (по умолчанию) | 'Property'

SensorPair - Пары датчиков [2;1] (по умолчанию) | 2-by-N положительная целочисленная матрица

DelayOutputPort - Опция для включения вывода задержки false (по умолчанию) | true

CorrelationOutputPort - Опция для включения вывода корреляции false (по умолчанию) | true

Методы

Примеры

Оценка GCC направления поступления в микрофонный массив

Алгоритмы

Алгоритм взаимной корреляции GCC-PHAT

Точность данных

Ссылки

Расширенные возможности

Создание кода C/C + + Создайте код C и C++ с помощью MATLAB ® Coder™

См. также

Документация по панели инструментов системы поэтапной обработки массивов

Поддержка

`SensorArray` - Матрица датчиков
`phased.ULA` Системный объект (по умолчанию) | Система с фазированным массивом Toolbox™ массив датчиков

`PropagationSpeed` - Скорость распространения сигнала
`physconst('LightSpeed')` (по умолчанию) | действительный положительный скаляр

`SampleRate` - Частота дискретизации сигнала
`1e6` (по умолчанию) | положительный скаляр с действительным значением

`SensorPairSource` - Источник пар датчиков
`'Auto'` (по умолчанию) | `'Property'`

`SensorPair` - Пары датчиков
`[2;1]` (по умолчанию) | 2-by-N положительная целочисленная матрица

`DelayOutputPort` - Опция для включения вывода задержки
`false` (по умолчанию) | `true`

`CorrelationOutputPort` - Опция для включения вывода корреляции
`false` (по умолчанию) | `true`

Создание кода C/C + +
Создайте код C и C++ с помощью MATLAB ® Coder™