Узкополосный светоформатор LCMV
Поэтапный. Объект LCMVBeamformer реализует узкополосный линейно-ограничительный минимально-дисперсионный (LCMV) лучевой форматор для массива. Лучевой форматор LCMV относится к семейству оптимизационных лучевых форматоров с ограничениями.
Для формирования луча сигналов, поступающих в массив датчиков:
Создайте phased.LCMVBeamformer Объекту и установите его свойства.
Вызывайте объект с аргументами, как будто это функция.
Дополнительные сведения о работе системных объектов см. в разделе «Что такое системные объекты?».
beamformer = phased.LCMVBeamformerbeamformer, со значениями свойств по умолчанию.
beamformer = phased.LCMVBeamformer(Name,Value)Name установить на заданное Value. Можно задать дополнительные аргументы пары "имя-значение" в любом порядке как (Name1, Value1..., NameN, ValueN). Заключайте каждое имя свойства в одинарные кавычки.
beamformer = phased.LCMVBeamformer('Constraint',[1;1]) устанавливает матрицу ограничений.Y = beamformer(X,XT)XT в качестве обучающих данных для вычисления весов формирования луча. Чтобы использовать этот синтаксис, задайте значение свойства TrainingInport true.
[ возвращает веса формирования луча Y,W] = beamformer(___)W. Чтобы использовать этот синтаксис, задайте значение свойства WeightsOutputPort true.
Чтобы использовать функцию объекта, задайте системный объект в качестве первого входного параметра. Например, чтобы освободить системные ресурсы системного объекта с именем obj, используйте следующий синтаксис:
release(obj)
Применить LCMV-формирователь луча к 5-элементному ULA изотропных сенсорных элементов, сохраняя сигнал с нужного направления. Рабочая частота составляет 300 МГц.
Симулируйте низкочастотный синусоидный сигнал в гауссовом шуме.
f = 50; t = (0:.001:.3)'; x = sin(2*pi*f*t); c = physconst('LightSpeed'); fc = 300e6; lambda = c/fc; incidentAngle = [45;0]; antenna = phased.IsotropicAntennaElement('FrequencyRange',[20 20e8]); array = phased.ULA('NumElements',5,'ElementSpacing',lambda/2,... 'Element',antenna); x = collectPlaneWave(array,x,incidentAngle,fc,c); noise = 0.2*(randn(size(x)) + 1j*randn(size(x))); rx = x + noise;
Сформируйте массив луча.
steervec = phased.SteeringVector('SensorArray',array,... 'PropagationSpeed',c); beamformer = phased.LCMVBeamformer('Constraint',steervec(fc,incidentAngle),'DesiredResponse',1); y = beamformer(rx);
Постройте график исходных и лучевых сигналов.
plot(t,real(rx(:,3)),'r:',t,real(y),t,real(x(:,3)),'g') xlabel('Time (sec)') ylabel('Amplitude') legend('Signal at Sensor 3','Beamformed Signal','Noise Free Signal')
В этом примере показано, как использовать LCMV-формирователь луча для указания значения null отклика массива в направлении интерферирующего источника. Массив представляет собой однородный линейный массив с 10 элементами (ULA). По умолчанию элементами ULA являются изотропные антенны, созданные phased.IsotropicAntennaElement Системные object™. Установите частотную область значений антенных элементов так, чтобы несущая частота находилась в рабочей области значений. Несущая частота составляет 1 ГГц.
fc = 1e9; lambda = physconst('LightSpeed')/fc; array = phased.ULA('NumElements',10,'ElementSpacing',lambda/2); array.Element.FrequencyRange = [8e8 1.2e9];
Симулируйте тестовый сигнал с помощью простого прямоугольного импульса.
t = linspace(0,0.3,300)'; testsig = zeros(size(t)); testsig(201:205) = 1;
Предположим, что прямоугольный импульс падает на ULA с угла 30 ° азимута и 0 ° повышения. Используйте collectPlaneWave функция ULA Системного объекта для моделирования приема импульсного сигнала с угла падения.
angle_of_arrival = [30;0]; x = collectPlaneWave(array,testsig,angle_of_arrival,fc);
Сигнал x - матрица с десятью столбцами. Каждый столбец представляет принятый сигнал в одном из элементов массива.
Создайте обычный фазосдвигатель луча. Установите WeightsOutputPort свойство к true для вывода весов пространственного фильтра.
convbeamformer = phased.PhaseShiftBeamformer('SensorArray',array,... 'OperatingFrequency',1e9,'Direction',angle_of_arrival,... 'WeightsOutputPort',true);
Добавьте к сигналу комплексный белый Гауссов шум x. Установите поток случайных чисел по умолчанию для воспроизводимых результатов.
rng default
npower = 0.5;
x = x + sqrt(npower/2)*(randn(size(x)) + 1i*randn(size(x)));Создайте 10W источник взаимодействий. Укажите заслонку заграждения, чтобы иметь эффективную излучаемую степень 10 Вт. Сигнал помехи от заслонки заграждения падает на ULA с угла 120 ° азимута и 0 ° повышения. Используйте collectPlaneWave функция объекта ULA System для симуляции приема сигнала глушителя.
jamsig = sqrt(10)*randn(300,1); jammer_angle = [120;0]; jamsig = collectPlaneWave(array,jamsig,jammer_angle,fc);
Добавьте комплексный белый Гауссов шум, чтобы симулировать шумовые вклады, не связанные непосредственно с сигналом глушения. Снова установите поток случайных чисел по умолчанию для воспроизводимых результатов. Эта степень на 0 дБ ниже степени глушителя. Формируйте сигнал лучом с помощью обычного устройства формирования луча.
noisePwr = 1e-5;
rng(2008);
noise = sqrt(noisePwr/2)*...
(randn(size(jamsig)) + 1j*randn(size(jamsig)));
jamsig = jamsig + noise;
rxsig = x + jamsig;
[yout,w] = convbeamformer(rxsig);Реализуйте адаптивный LCMV-формирователь луча с помощью того же массива ULA. Используйте данные без целевых параметров, jamsig, как обучающие данные. Вывод сигнала формирования луча и весов формирователя луча.
steeringvector = phased.SteeringVector('SensorArray',array,... 'PropagationSpeed',physconst('LightSpeed')); LCMVbeamformer = phased.LCMVBeamformer('DesiredResponse',1,... 'TrainingInputPort',true,'WeightsOutputPort',true); LCMVbeamformer.Constraint = steeringvector(fc,angle_of_arrival); LCMVbeamformer.DesiredResponse = 1; [yLCMV,wLCMV] = LCMVbeamformer(rxsig,jamsig);
Постройте график выхода обычного формирователя луча и выхода адаптивного формирователя луча.
subplot(211) plot(t,abs(yout)) axis tight title('Conventional Beamformer') ylabel('Magnitude') subplot(212) plot(t,abs(yLCMV)) axis tight title('LCMV (Adaptive) Beamformer') xlabel('Seconds') ylabel('Magnitude')
Адаптивный формирователь луча значительно улучшает ОСШ прямоугольного импульса на уровне 0,2 с.
Используя обычные и LCMV веса, постройте график характеристик для каждого формирователя луча.
subplot(211) pattern(array,fc,[-180:180],0,'PropagationSpeed',physconst('LightSpeed'),... 'CoordinateSystem','rectangular','Type','powerdb','Normalize',true,... 'Weights',w) title('Array Response with Conventional Beamforming Weights'); subplot(212) pattern(array,fc,[-180:180],0,'PropagationSpeed',physconst('LightSpeed'),...) 'CoordinateSystem','rectangular','Type','powerdb','Normalize',true,... 'Weights',wLCMV) title('Array Response with LCMV Beamforming Weights');
Адаптивная форма луча помещает ядро в угол прихода сигнала помехи, 120 °.
[1] Деревья фургонов, H. Optimum Array Processing. Нью-Йорк: Wiley-Interscience, 2002.