phased.MVDRBeamformer

Узкополосный светоформатор без искажений с минимальными дисперсиями

Описание

Поэтапный. MVDRBeamformer System object™ реализует узкополосный светоформатор с минимальной дисперсией без искажений (MVDR). Beamformer MVDR также называется beamformer Capon. MVDR beamformer принадлежит к семейству оптимизационных beamformer с ограничениями.

Для формирования луча сигналы, поступающие в массив:

Создайте phased.MVDRBeamformer 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?».

Создание

Синтаксис

beamformer = phased.MVDRBeamformer

beamformer = phased.MVDRBeamformer(Name,Value)

Описание

beamformer = phased.MVDRBeamformer создает Системный объект диаграммы направленности MVDR, beamformer, со значениями свойств по умолчанию.

beamformer = phased.MVDRBeamformer(Name,Value) создает диаграмму направленности MVDR с каждым свойством 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.

Пример: beamformer = phased.MVDRBeamformer('SensorArray',phased.URA,'OperatingFrequency',300e6) устанавливает массив датчиков в равномерный прямоугольный массив (URA) с значениями свойств URA по умолчанию. Лучевой форматор имеет рабочую частоту 300 МГц.

Свойства

расширить все

Если не указано иное, свойства являются нетронутыми, что означает, что вы не можете изменить их значения после вызова объекта. Объекты блокируются, когда вы вызываете их, и release функция разблокирует их.

Если свойство настраивается, можно изменить его значение в любой момент.

Для получения дополнительной информации об изменении значений свойств смотрите Разработку системы в MATLAB Использование Системных объектов.

`SensorArray` - Матрица датчиков
`phased.ULA` массив со стоимостями недвижимости по умолчанию (дефолт) | массив Phased Array System Toolbox™

Массив датчиков, заданный как массив Системный объект, принадлежащий Phased Array System Toolbox. Сенсорный массив может содержать подрешетки.

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

`OperatingFrequency` - Рабочая частота
`300e6` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Рабочая частота, заданная как положительная скалярная величина. Модули указаны в Гц.

Пример: 1e9

Типы данных: single | double

`DiagonalLoadingFactor` - Диагональный коэффициент загрузки
`0` (по умолчанию) | неотрицательной скаляром

Диагональный коэффициент загрузки, заданный как неотрицательный скаляр. Диагональная загрузка является методом, используемым для достижения устойчивой эффективности формирования луча, особенно когда размер образца небольшой. Небольшой размер выборки может привести к неточной оценке ковариационной матрицы. Диагональная загрузка также обеспечивает робастность из-за ошибок вектора рулевого управления. Метод диагональной загрузки добавляет положительной скалярной величины, кратную матрице тождеств к матрице выборочной ковариации.

Настраиваемый: Да

Типы данных: single | double

`TrainingInputPort` - Включите вход обучающих данных
`false` (по умолчанию) | `true`

Включите вход обучающих данных, заданный как false или true. Когда вы устанавливаете это свойство на true, используйте входной параметр обучающих данных, XT, при запуске объекта. Установите это свойство на false для использования входных данных, X, как обучающие данные.

Типы данных: logical

`DirectionSource` - Источник направления формирования луча
`'Property'` (по умолчанию) | `'Input port'`

Источник направления формирования луча, заданный как 'Property' или 'Input port'. Задайте, происходит ли направление формирования луча от Direction свойство этого объекта или от входного параметра, ANG. Значения этого свойства:

`'Property'`	Задайте направление формирования луча с помощью `Direction` свойство.
`'Input port'`	Задайте направление формирования луча с помощью входного параметра, `ANG`.

Типы данных: char

`Direction` - Направления формирования луча
`[0;0]` (по умолчанию) | вектор 2 на 1 с реальным | матрица 2 на L

Направления формирования луча, заданные как действительный вектор 2 на 1 или вещественная матрица 2 L. Для матрицы каждый столбец задает разное направление формирования луча. Каждый столбец имеет форму [AzimuthAngle;ElevationAngle]. Азимутальные углы должны лежать между -180 ° и 180 °, а вертикальные - между -90 ° и 90 °. Все углы заданы относительно локальной системы координат массива. Модули указаны в степенях.

Пример: [40;30]

Зависимости

Чтобы включить это свойство, установите DirectionSource свойство к 'Property'.

Типы данных: single | double

`NumPhaseShifterBits` - Количество бит квантования фазовращателя
`0` (по умолчанию) | неотрицательное целое число

Количество бит, используемых для квантования фазы компонента сдвига весов лучевого форматора или вектора управления, заданное в виде неотрицательного целого числа. Значение нуля указывает, что квантование не выполняется.

Пример: 5

Типы данных: single | double

`WeightsOutputPort` - Включите выход весов формирования луча
`false` (по умолчанию) | `true`

Включите выход весов формирования луча, заданный как false или true. Чтобы получить веса формирования луча, установите это свойство равным true и используйте соответствующий выходной аргумент, W. Если вы не хотите получать веса, задайте для этого свойства false.

Типы данных: logical

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 формирование луча MVDR на входном сигнале, X, и возвращает сформированный лучом выход в Y. Этот синтаксис использует X как обучающие выборки для вычисления весов формирования луча.

Y = beamformer(X,XT) использует XT как обучающие выборки для вычисления весов формирования луча. Чтобы использовать этот синтаксис, задайте значение свойства TrainingInport true.

Y = beamformer(X,ANG) использует ANG как направление формирования луча. Чтобы использовать этот синтаксис, задайте значение свойства DirectionSource 'Input port'.

Y = beamformer(X,XT,ANG) объединяет все входные параметры. Чтобы использовать этот синтаксис, установите TrainingInputPort свойство к true и установите свойство DirectionSource на 'Input port'.

[Y,W] = beamformer(___) возвращает веса формирования луча, W. Чтобы использовать этот синтаксис, задайте значение свойства WeightsOutputPort true.

Входные параметры

расширить все

`X` - Входной сигнал
комплексная матрица M -by N

Входной сигнал, заданный как комплексная матрица M -by N. N - количество элементов массива. Если массив датчиков содержит подрешетки, N количество подрешеток. Если для TrainingInport задано значение false, M должны быть больше N; в противном случае M может быть любое положительное целое число.

Размер первой размерности матрицы входа может варьироваться, чтобы симулировать изменяющуюся длину сигнала. Изменение размера может произойти, например, в случае импульсного сигнала с переменной частотой повторения импульса.

Типы данных: single | double
Поддержка комплексного числа: Да

`XT` - Обучающие данные
комплексная матрица P -by N

Обучающие данные, заданные как комплексная матрица P -by N. Если массив содержит подрешетки, N количество подрешеток; в противном случае N количество элементов. P должно быть больше N.

Пример: [1 0.5 2.6; 2 -0.2 0; 3 -2 -1]

Зависимости

Чтобы включить этот аргумент, задайте значение свойства TrainingInportPort true.

Типы данных: single | double
Поддержка комплексного числа: Да

`ANG` - Направления формирования луча
`[0;0]` (по умолчанию) | вектор-столбец 2 на 1 с реальным | матрица- L 2 на байт

Направления формирования луча, заданные как действительный вектор-столбец 2 на 1 или матрица L 2 байта. L - количество направлений формирования луча. Каждый столбец имеет форму [AzimuthAngle;ElevationAngle]. Модули указаны в степенях. Каждый угол азимута должен лежать между -180 ° и 180 °, а каждый угол возвышения должен лежать между -90 ° и 90 °.

Пример: [40;10]

Зависимости

Чтобы включить этот аргумент, задайте значение свойства DirectionSource 'Input port'.

Типы данных: single | double

Выходные аргументы

расширить все

`Y` - Светоформированный выход
комплексная матрица M -by L

Beamformed output, returned as a complex-valued M -by- L matrix, где M - количество строк X и L количество направлений формирования луча.

Типы данных: single | double
Поддержка комплексного числа: Да

`W` - Веса формирования луча
комплексно-ценная N -by - L матрица

Веса формирования луча, возвращенные как комплексная матрица N -by L. Если массив содержит подрешетки, N количество подрешеток; в противном случае N количество элементов. L - количество направлений формирования луча.

Зависимости

Чтобы включить этот выход, задайте значение свойства WeightsOutputPort true.

Типы данных: single | double
Поддержка комплексного числа: Да

Функции объекта

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)

расширить все

Общий для всех системных объектов

`step`	Запуск алгоритма системного объекта
`release`	Отпустите ресурсы и допустите изменения в значениях свойств системного объекта и входных характеристиках
`reset`	Сброс внутренних состояний Системного объекта

Примеры

свернуть все

Формирование луча MVDR

Открыть Live Script

Применить формирователь луча MVDR к ULA с 5 элементами. Падающий угол сигнала составляет 45 степени по азимуту и 0 степени по повышению. Частота сигнала составляет 0,01 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 веса формирования луча

beamformer = phased.MVDRBeamformer('SensorArray',array,...
    'PropagationSpeed',c,'OperatingFrequency',fc,...
    'Direction',incidentAngle,'WeightsOutputPort',true);
[y,w] = beamformer(rx);

Постройте график сигналов

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 график диаграммы направленности массива 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

расширить все

Формирование луча MVDR

Блок формирования луча MVDR максимизирует отношение сигнал/шум.

Начните с сигнала, поступающего к элементам массива. Предположим, что X является сложной N матрицей данных -by M, представляющей поступление сигналов в массив. N - количество датчиков в массиве, а M - количество выборок или снимков 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 задано 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 любых помех. Можно варьировать шкалу w, не влияя на ОСШ. Поэтому можно выбрать нормализацию для w, чтобы веса оценщика MVDR для формирования луча были w = R^-1v/v^HRv, где R - ковариационная матрица данных R = E [xx^H].

Диагональная загрузка

Диагональная загрузка обеспечивает робастность луча из-за небольших размеров выборки и ошибок вектора рулевого управления.

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] Деревья фургонов, H. Optimum Array Processing. Нью-Йорк: Wiley-Interscience, 2002.

[2] Frost, O. «Алгоритм для линейно ограниченной обработки адаптивных массивов», труды IEEE. Том 60, № 8, август 1972, с. 926-935.

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).
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.

См. также

phased.FrostBeamformer | phased.LCMVBeamformer | phased.PhaseShiftBeamformer | phased.SubbandMVDRBeamformer

Введенный в R2011a

Документация

phased.MVDRBeamformer

Описание

Создание

Синтаксис

Описание

Свойства

SensorArray - Матрица датчиков phased.ULA массив со стоимостями недвижимости по умолчанию (дефолт) | массив Phased Array System Toolbox™

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

OperatingFrequency - Рабочая частота 300e6 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

DiagonalLoadingFactor - Диагональный коэффициент загрузки 0 (по умолчанию) | неотрицательной скаляром

TrainingInputPort - Включите вход обучающих данных false (по умолчанию) | true

DirectionSource - Источник направления формирования луча 'Property' (по умолчанию) | 'Input port'

Direction - Направления формирования луча [0;0] (по умолчанию) | вектор 2 на 1 с реальным | матрица 2 на L

Зависимости

NumPhaseShifterBits - Количество бит квантования фазовращателя 0 (по умолчанию) | неотрицательное целое число

WeightsOutputPort - Включите выход весов формирования луча false (по умолчанию) | true

Использование

Синтаксис

Описание

Входные параметры

X - Входной сигнал комплексная матрица M -by N

XT - Обучающие данные комплексная матрица P -by N

Зависимости

ANG - Направления формирования луча [0;0] (по умолчанию) | вектор-столбец 2 на 1 с реальным | матрица- L 2 на байт

Зависимости

Выходные аргументы

Y - Светоформированный выход комплексная матрица M -by L

W - Веса формирования луча комплексно-ценная N -by - L матрица

Зависимости

Функции объекта

Общий для всех системных объектов

Примеры

Формирование луча MVDR

Алгоритмы

Формирование луча MVDR

Диагональная загрузка

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` массив со стоимостями недвижимости по умолчанию (дефолт) | массив Phased Array System Toolbox™

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

`OperatingFrequency` - Рабочая частота
`300e6` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`DiagonalLoadingFactor` - Диагональный коэффициент загрузки
`0` (по умолчанию) | неотрицательной скаляром

`TrainingInputPort` - Включите вход обучающих данных
`false` (по умолчанию) | `true`

`DirectionSource` - Источник направления формирования луча
`'Property'` (по умолчанию) | `'Input port'`

`Direction` - Направления формирования луча
`[0;0]` (по умолчанию) | вектор 2 на 1 с реальным | матрица 2 на L

`NumPhaseShifterBits` - Количество бит квантования фазовращателя
`0` (по умолчанию) | неотрицательное целое число

`WeightsOutputPort` - Включите выход весов формирования луча
`false` (по умолчанию) | `true`

`X` - Входной сигнал
комплексная матрица M -by N

`XT` - Обучающие данные
комплексная матрица P -by N

`ANG` - Направления формирования луча
`[0;0]` (по умолчанию) | вектор-столбец 2 на 1 с реальным | матрица- L 2 на байт

`Y` - Светоформированный выход
комплексная матрица M -by L

`W` - Веса формирования луча
комплексно-ценная N -by - L матрица

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