phased.GCCEstimator

Оценка широкополосного направления прибытия

Описание

The phased.GCCEstimator Система object™ создает средство оценки направления прибытия для широкополосных сигналов. Этот объект System оценивает направление прихода или время прихода среди элементов сенсорной решётки, используя обобщенную перекрестную корреляцию с алгоритмом фазового преобразования (GCC-PHAT). Алгоритм принимает, что все сигналы распространяются от одного источника, лежащего в дальнем поле массива, поэтому направление прибытия является одинаковым для всех датчиков. Системный объект сначала оценивает корреляции между всеми заданными парами датчиков, используя GCC-PHAT, а затем находит самый большой пик в каждой корреляции. Пик идентифицирует задержку между сигналами, поступающими в каждую пару датчиков. Наконец, оценка методом наименьших квадратов используется для вывода направления прибытия из всех предполагаемых задержек.

Чтобы вычислить направление прихода для пар элемента в массиве:

Определите и настройте системный объект оценки GCC-PHAT, phased.GCCEstimator, с помощью процедуры «Конструкции».
Функции step вычислить направление прихода сигнала используя свойства phased.GCCEstimator Системный объект.
Поведение step характерен для каждого объекта в тулбоксе.

Примечание

Начиная с R2016b, вместо использования step метод для выполнения операции, заданной системным объектом, можно вызвать объект с аргументами, как если бы это была функция. Для примера, y = step(obj,x) и y = obj(x) выполнять эквивалентные операции.

Конструкция

sGCC = phased.GCCEstimator создает направление GCC оценщика прибытия Системный объект, sGCC. Этот объект оценивает направление прибытия или время прибытия между элементами массива с помощью алгоритма GCC-PHAT.

sGCC = phased.GCCEstimator(Name,Value) возвращает объект оценки направления прибытия GCC, sGCC, с заданным свойством Name установить на заданную Value. Name должны находиться внутри одинарных кавычек (''). Можно задать несколько аргументы пары "имя-значение" в любом порядке как Name1,Value1,...,NameN,ValueN.

Свойства

расширить все

`SensorArray` - Матрица датчиков
`phased.ULA` Системный объект (по умолчанию) | Phased Array System Toolbox™ массив датчиков

Массив датчиков, заданный как объект Phased Array System Toolbox System. Массив может также состоять из подрешеток. Если вы не задаете это свойство, массив датчиков по умолчанию является phased.ULA Системный объект с значениями свойств массива по умолчанию.

Пример: phased.URA

`PropagationSpeed` - Скорость распространения сигнала
`physconst('LightSpeed')` (по умолчанию) | реальная положительная скалярная величина

Скорость распространения сигнала, заданная как реальная положительная скалярная величина. Модули указаны в метрах в секунду. Скорость распространения по умолчанию является значением, возвращаемым physconst('LightSpeed').

Пример: 3e8

Типы данных: single | double

`SampleRate` - Скорость выборки сигнала
`1e6` (по умолчанию) | положительный скаляр с реальным значением

Скорость выборки сигнала, заданная как положительный реальный скаляр. Модули указаны в герцах.

Пример: 1e6

Типы данных: single | double

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

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

'Auto' - выберите это значение свойства, чтобы вычислить корреляции между первым датчиком и всеми другими датчиками. Первый датчик массива является ссылкой каналом.
'Property' - выберите это значение свойства, когда вы хотите явным образом задать пары датчиков, которые будут использоваться для вычисления корреляций. Установите индексы пар датчиков с помощью SensorPair свойство. Вы можете просмотреть индексы массива, используя viewArray метод любого системного объекта массива.

Пример: 'Auto'

Типы данных: char

`SensorPair` - Пары датчиков
`[2;1]` (по умолчанию) | 2-байт- N положительное целое число матрицы

Пары датчиков, используемые для вычисления корреляций, заданные как 2-байтовая N положительная целочисленная матрица. Каждый столбец матрицы задает пару датчиков, между которыми вычисляется корреляция. Вторая строка задает опорные датчики. Каждая запись в матрице должна быть меньше, чем количество датчиков массивов или подрешеток. Как использовать SensorPair свойство, вы также должны задать SensorPairSource значение в 'Property'.

Пример: [1,3,5;2,4,6]

Типы данных: double

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

Опция для включения выхода значений задержки по времени, заданных как логический. Установите это свойство на true для вывода значений задержки в качестве выходного аргумента step способ. Задержки соответствуют углам прихода сигнала между парами датчиков. Установите это свойство на false чтобы отключить выход задержек.

Пример: false

Типы данных: logical

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

Опция для включения выхода значений корреляции, заданных как логическое значение. Установите это свойство на true для вывода корреляций и лагов между парами датчиков в качестве выходных аргументов step способ. Установите это свойство на false для отключения выхода корреляций.

Пример: false

Типы данных: logical

Методы

сброс	Сброс состояний фазированных. GCCEstimator Системного объекта
шаг	Оцените направление прибытия с помощью обобщенной перекрестной корреляции

Общий для всех системных объектов
`release`	Разрешить изменение значения свойства системного объекта

Примеры

свернуть все

Оценка GCC направления прибытия в массив

Открыть Live Script

Оцените направление поступления сигнала с помощью алгоритма GCC-PHAT. Приёмный массив является микрофонным массивом URA 5 на 5 элементов с элементами, расположенными на расстоянии 0,25 метра друг от друга. Поступающий сигнал является последовательностью широкополосных щебетаний. Сигнал поступает с 17� азимута и 0� повышения. Предположим, что скорость звука в воздухе составляет 340 м/с.

Загрузите сигнал щебета.

load chirp;
c = 340.0;

Создайте микрофон URA 5 на 5.

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

Симулируйте входящий сигнал с помощью WidebandCollector Системные object�.

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

расширить все

Алгоритм перекрестной корреляции GCC-PHAT

Можно использовать обобщенную перекрестную корреляцию, чтобы оценить временное различие поступления сигнала на двух разных датчиках.

Модель сигнала, излучаемого источником и принимаемого на двух датчиках, задается:

$\begin{array}{l} r_{1} (t) = s (t) + n_{1} (t) \\ r_{2} (t) = s (t - D) + n_{2} (t) \end{array}$

где D - временное различие прибытия (TDOA) или временная задержка сигнала на одном датчике относительно времени прибытия на втором датчике. Можно оценить временную задержку, найдя временную задержку, которая максимизирует перекрестную корреляцию между этими двумя сигналами.

Из TDOA можно оценить широкий угол прихода плоской волны относительно линии, соединяющей два датчика. Для двух датчиков, разделенных L расстояния, широкий угол прихода, Broadside Angles, связан с временной задержкой

$\sin β = \frac{c τ}{L}$

где c - скорость распространения в среде.

Общим способом оценки задержки является вычисление перекрестной корреляции между сигналами, принятыми на двух датчиках. Чтобы идентифицировать временную задержку, найдите пик в перекрестной корреляции. Когда отношение сигнал/шум (ОСШ) большое, пик корреляции, τ, соответствует фактической D временной задержки.

$\begin{array}{l} R (τ) = E {r_{1} (t) r_{2} (t + τ)} \\ \hat{D} = \underset{τ}{\arg \max} R (τ) \end{array}$

Когда корреляционная функция становится более резко пиковой, эффективность улучшается. Можно заточить пик перекрестной корреляции с помощью функции взвешивания, которая отбеливает входные сигналы. Этот метод называется generalized cross-correlation (GCC). Одна конкретная весовая функция нормализует спектральную плотность сигнала по величине спектра, приводя к generalized cross-correlation phase transform способу (GCC-PHAT).

$\begin{array}{l} S (f) = \int_{- \infty}^{\infty} R (τ) e^{- i 2 π f τ} d τ \\ \tilde{R} (τ) = \int_{- \infty}^{\infty} \frac{S (f)}{| S (f) |} e^{+ i 2 π f τ} d f \\ \tilde{D} = \underset{τ}{\arg \max} \tilde{R} (τ) \end{array}$

Если вы используете всего две пары датчиков, можно только оценить широкий угол прибытия. Однако, если вы используете несколько пар неколлинейных датчиков, например, в URA, можно оценить азимут прихода и углы возвышения плоской волны, используя оценку методом наименьших квадратов. Для N датчиков можно записать _τkj времени задержки сигнала, поступающего на k^th датчик относительно j^th датчик от

$\begin{array}{l} c τ_{k j} = - ({\vec{x}}_{k} - {\vec{x}}_{j}) \cdot \vec{u} \\ \vec{u} = \cos α \sin θ \hat{i} + \sin α \sin θ \hat{j} + \cos θ \hat{k} \end{array}$

где u - единичный вектор распространения плоской волны. Углы α и - азимут и углы возвышения вектора распространения. Все углы и векторы заданы относительно локальных осей. Можно решить первое уравнение, используя метод наименьших квадратов, чтобы получить три компонента вектора распространения модуля. Затем можно решить второе уравнение для азимута и углов возвышения.

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 двойная точность, выходные данные двойная точность. Точность выхода не зависит от точности свойств и других аргументов.

Ссылки

[1] Knapp, C. H. and G.C. Carter, «Обобщенный метод корреляции для оценки временной задержки». Транзакции IEEE по акустике, обработке речи и сигналов. Том ASSP-24, № 4, авг 1976.

[2] Г. К. Картер, «Оценка согласованности и задержки по времени». Материалы IEEE. Том 75, № 2, фев 1987.

Расширенные возможности

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

Указания и ограничения по применению:

Смотрите Системные объекты в Генерации кода MATLAB (MATLAB Coder).

См. также

gccphat | phased.BeamscanEstimator | phased.RootMUSICEstimator

Введенный в R2015b

Документация

phased.GCCEstimator

Описание

Конструкция

Свойства

`SensorArray` - Матрица датчиков
`phased.ULA` Системный объект (по умолчанию) | Phased Array System Toolbox™ массив датчиков

`PropagationSpeed` - Скорость распространения сигнала
`physconst('LightSpeed')` (по умолчанию) | реальная положительная скалярная величина

`SampleRate` - Скорость выборки сигнала
`1e6` (по умолчанию) | положительный скаляр с реальным значением

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

`SensorPair` - Пары датчиков
`[2;1]` (по умолчанию) | 2-байт- N положительное целое число матрицы

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

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

Методы

Примеры

Оценка GCC направления прибытия в массив

Алгоритмы

Алгоритм перекрестной корреляции GCC-PHAT

Точность данных

Ссылки

Расширенные возможности

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

См. также

Документация по Phased Array System Toolbox

Поддержка

Документация

phased.GCCEstimator

Описание

Конструкция

Свойства

SensorArray - Матрица датчиков phased.ULA Системный объект (по умолчанию) | Phased Array System Toolbox™ массив датчиков

PropagationSpeed - Скорость распространения сигнала physconst('LightSpeed') (по умолчанию) | реальная положительная скалярная величина

SampleRate - Скорость выборки сигнала 1e6 (по умолчанию) | положительный скаляр с реальным значением

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

SensorPair - Пары датчиков [2;1] (по умолчанию) | 2-байт- N положительное целое число матрицы

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

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

Методы

Примеры

Оценка GCC направления прибытия в массив

Алгоритмы

Алгоритм перекрестной корреляции GCC-PHAT

Точность данных

Ссылки

Расширенные возможности

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

См. также

Документация по Phased Array System Toolbox

Поддержка

`SensorArray` - Матрица датчиков
`phased.ULA` Системный объект (по умолчанию) | Phased Array System Toolbox™ массив датчиков

`PropagationSpeed` - Скорость распространения сигнала
`physconst('LightSpeed')` (по умолчанию) | реальная положительная скалярная величина

`SampleRate` - Скорость выборки сигнала
`1e6` (по умолчанию) | положительный скаляр с реальным значением

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

`SensorPair` - Пары датчиков
`[2;1]` (по умолчанию) | 2-байт- N положительное целое число матрицы

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

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

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