В этом примере показано, как использовать методы сканирования луча и минимальной дисперсии без искажений (MVDR) для оценки направления поступления (DOA) в Simulink ®. Он основан на примере оценки направления поступления MATLAB ® с использованием Beamscan, MVDR и MUSIC.
В этом примере представлены две модели Simulink ®:
Оценка направления прибытия Beamscan и MVDR на ULA: slexBeamscanMVDRDOAExample.slx
Оценка направления поступления диаграммы направленности и MVDR на URA: slex2DBeamscanMVDRDOAExample.slx
Этот пример моделирует прием двух узкополосных падающих сигналов на 10-элементной равномерно линейной антенной решетке (ULA). Оба источника сигнала расположены на отметке 0 градусов. Один источник сигнала перемещается от 30 градусов по азимуту до 50 градусов и обратно. Другой источник сигнала, имеющий на 3 дБ меньше мощности, движется в противоположном направлении. После моделирования приема сигналов и суммирования шумов вычисляют спектры диаграммы направленности и MVDR. Поскольку ULA симметрична вокруг своей оси, алгоритм DOA не может однозначно определять азимут и отметку. Поэтому результаты, возвращаемые этими оценщиками DOA, имеют форму широкополосных углов. В этом примере, поскольку высота источников равна 0 градусов, а область сканирования находится в диапазоне от -90 до 90 градусов, углы ширины и азимута одинаковы.
Модель состоит из моделирования сигнала с последующей обработкой DOA. В модели используются следующие блоки:
Моделирование сигналов
Random Source - Блоки с маркировкой Signal1 и Signal2 генерировать гауссовы векторы для моделирования передаваемой мощности узкополосных плоских волн. Сигналы буферизуются по 300 выборок на кадр.
Concatenate - Объединяет выходные сигналы Random Source блокирует в матрицу 2 столбцов.
Signal directions - Signal From Workspace блок считывает из рабочего пространства, направления поступления в градусах каждого сигнала. Блок выводит вектор из 2 углов, один раз за кадр.
Narrowband Rx Array - Имитирует сигналы, принятые в ULA. Первый вход в этот блок - матрица с 2 столбцами. Каждый столбец соответствует одной из принятых плоских волн. Второй вход (Ang) является 2-элементным вектором, который задает направление падения на антенную решетку соответствующих плоских волн. Конфигурация антенной решетки содержится в переменной рабочей области MATLAB ®, созданной с помощью вспомогательного сценария. Эта переменная используется в Sensor Array на вкладке диалогового окна. Использование переменной упрощает совместное использование конфигурации антенной решетки в нескольких блоках.
Receiver Preamp - Добавляет тепловой шум к принятому сигналу.
Обработка DOA
ULA MVDR Spectrum - вычисляет пространственный спектр поступающих узкополосных сигналов с помощью алгоритма MVDR. Этот блок также вычисляет направление поступления входящих сигналов.
ULA Beamscan Spectrum Вычисляет пространственный спектр поступающих узкополосных сигналов путем сканирования области с использованием узкополосного обычного формирователя луча. Этот блок также вычисляет направление поступления входящих сигналов.
Несколько диалоговых параметров модели вычисляются вспомогательной функцией helperslexBeamscanMVDRDOAParam. Чтобы открыть функцию из модели, щелкните значок Modify Simulation Parameters блок. Эта функция выполняется один раз при загрузке модели. Он экспортирует в рабочую область структуру, на поля которой ссылаются диалоговые окна. Чтобы изменить любые параметры, измените значения в структуре в командной строке или отредактируйте вспомогательную функцию и повторно запустите ее для обновления структуры параметров.
Спектр сканирования луча обновляется по мере движения источников друг к другу. Спектр показывает два широких пика с различными величинами, движущихся в противоположных направлениях.
Когда источники находятся на расстоянии приблизительно 10 градусов, пики сливаются, и DOA сигналов четко не различается. Вычисленный DOA начнет дрейфовать от фактических значений, как показано на экранах. Когда два сигнала поступают из направлений, разделенных меньшей шириной луча, их DOA не могут быть точно разрешены с помощью метода сканирования луча.
С другой стороны, спектр MVDR имеет более высокое разрешение. Пики в спектре более узкие и могут быть различены даже тогда, когда источники очень близки друг к другу. Алгоритм MVDR очень чувствителен к местоположениям источников. Он пытается отфильтровать сигналы, которые не расположены точно на одном из углов обзора, указанных на ULA MVDR Spectrum блок. Пики наибольшие, когда источники расположены под одним из указанных углов сканирования. Они будут пульсировать при перемещении источников с одного из указанных углов сканирования на другой.
В этом примере конфигурация ULA в предыдущем примере заменяется равномерно прямоугольной антенной решеткой (URA) 10 на 5. Один источник сигнала перемещается с азимута 30 градусов, отметки 10 градусов на азимут 50 градусов, отметки -5 градусов. Другой источник сигнала, имеющий на 3 дБ меньше мощности, движется в противоположном направлении. Прямоугольные массивы позволяют вычислителям DOA определять как азимут, так и отметку. Матричные средства просмотра используются вместо векторных областей для визуализации 2 размерного пространственного спектра. Все остальное похоже на предыдущий пример.
В этом примере используется вспомогательная функция helperslex2DBeamscanMVDRDOAParam. Чтобы открыть функцию из модели, щелкните значок Modify Simulation Parameters блок.
Результаты аналогичны предыдущему примеру. Спектр сканирования луча обновляется по мере движения источников друг к другу. Спектр показывает два широких пика с различными величинами, движущихся в противоположных направлениях.
Когда источники находятся на расстоянии приблизительно 10 градусов друг от друга, пики объединяются, и DOA сигналов четко не различаются.
Здесь спектр MVDR все еще может различать оба пика.
