phased.SubbandMVDRBeamformer

Широкополосный светоформатор без искажений с минимальными дисперсиями

Описание

The phased.SubbandMVDRBeamformer Система object™ реализует широкополосное минимальное отклонение без искажений сигнал луча (MVDR) на основе метода обработки поддиапазона. Этот тип beamformer также называется Capon beamformer.

Для формирования луча сигналы, поступающие в массив:

Создайте phased.SubbandMVDRBeamformer 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.SubbandMVDRBeamformer

beamformer = phased.SubbandMVDRBeamformer(Name,Value)

Описание

beamformer = phased.SubbandMVDRBeamformer создает поддиапазон MVDR beamformer Системного объекта, beamformer. Объект выполняет формирование луча MVDR поддиапазона на принимаемом сигнале.

beamformer = phased.SubbandMVDRBeamformer(Name,Value) создает поддиапазон MVDR beamformer Системного объекта, beamformer, с каждым заданным свойством Name установить на заданную Value. Можно задать дополнительные аргументы пары "имя-значение" в любом порядке, как Name1, Value1..., NameN, ValueN.

Пример: beamformer = phased.SubbandMVDRBeamformer('SensorArray',phased.URA('Size',[5 5]),'OperatingFrequency',500e6) устанавливает массив датчика в однородную прямоугольную матрицу (URA) 5 на 5 со всеми другими значениями свойств URA по умолчанию. Лучевой форматор имеет рабочую частоту 500 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

`SampleRate` - Частота дискретизации сигнала
`1e6` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Частота дискретизации сигнала, заданная как положительная скалярная величина. Модули указаны в Гц. Системный объект использует это количество, чтобы вычислить задержку распространения в единицах измерения выборки.

Пример: 1e6

Типы данных: single | double

`NumSubbands` - Количество обрабатывающих поддиапазонов
`64` (по умолчанию) | положительное целое число

Количество обрабатывающих поддиапазонов, заданное как положительное целое число.

Пример: 128

Типы данных: double

`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

`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

`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

`SubbandsOutputPort` - Опция включения выхода центральных частот поддиапазона
`false` (по умолчанию) | `true`

Опция для включения выхода центральных частот поддиапазона, заданная как true или false. Чтобы получить центральные частоты поддиапазона, установите это свойство на true и используйте соответствующий выходной аргумент FREQS при вызове объекта.

Типы данных: logical

Использование

Синтаксис

Y = beamformer(X)

Y = beamformer(X,XT)

Y = beamformer(X,ANG)

[Y,W]
= beamformer(___)

[Y,FREQS] = beamformer(___)

[Y,W,FREQS]
= beamformer(X,XT,ANG)

Описание

Y = beamformer(X) выполняет широкополосное формирования луча MVDR на входе, X, и возвращает сформированный лучом выход в Y. Этот синтаксис использует X для обучающих выборок для вычисления весов формирования луча. Используйте свойство «Направление», чтобы задать направление формирования луча.

Y = beamformer(X,XT) использует XT для обучающих выборок для вычисления весов формирования луча.

Y = beamformer(X,ANG) использует ANG как направление формирования луча. Этот синтаксис применяется, когда вы задаете значение свойства DirectionSource 'Input port'.

[Y,W] = beamformer(___) возвращает веса формирования луча, W. Этот синтаксис применяется, когда вы задаете значение свойства WeightsOutportPort true.

[Y,FREQS] = beamformer(___) возвращает центральные частоты поддиапазонов, FREQS. Этот синтаксис применяется, когда вы задаете значение свойства SubbandsOutportPort true.

пример

Вы можете объединить необязательные входные параметры, когда вы задаете их разрешающие свойства. Необязательные входные параметры должны быть перечислены в том же порядке, в котором они разрешают свойства. Для примера, [Y,W,FREQS] = beamformer(X,XT,ANG) действителен, когда вы задаете TrainingInport следующим true и установите DirectionSource на 'Input port'.

Входные параметры

расширить все

`X` - Широкополосный входной сигнал
M -by N комплексно-значимую матрицу

Широкополосный входной сигнал, заданный как M -by - N матрица, где N - количество элементов массива. M - количество выборок в данных. Если массив датчиков состоит из подрешеток, N это количество подрешеток.

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.

Если для TrainingInport задано значение false, затем объект использует X как обучающие данные. В этом случае размерности M должны быть больше N×NB. где NB - количество поддиапазонов, заданное в NumSubbands.

Если для TrainingInport задано значение true, используйте XT аргумент для предоставления обучающих данных. В этом случае размерное M может быть любым положительным целым числом.

Пример: [1,1;j,1;0.5,0]

Типы данных: single | double
Поддержка комплексного числа: Да

`XT` - Широкополосные обучающие выборки
P -by N комплексно-значимую матрицу

Широкополосные обучающие выборки, заданные как P -by - N матрица, где N - количество элементов. Если массив датчиков состоит из подрешеток, то N представляет количество подрешеток.

Этот аргумент применяется, когда вы устанавливаете TrainingInport на true. Размерное P является количеством выборок в обучающих данных. P должно быть больше N×NB, где NB - количество поддиапазонов, заданное в свойстве NumSubbands.

Пример: FT = [1,1;j,1;0.5,0]

Типы данных: single | double
Поддержка комплексного числа: Да

`ANG` - Направление формирования луча
2 -by L матрица с реальным значением

Направление формирования луча, заданное как 2 -by L вещественная матрица, где L - количество направлений формирования луча. Этот аргумент применяется только, когда вы задаете свойство DirectionSource равным 'Input port'. Каждый столбец принимает форму [AzimuthAngle;ElevationAngle]. Угловые модули находятся в степенях. Угол азимута должен лежать между -180 ° и 180 °. Угол возвышения должен лежать между -90 ° и 90 °. Углы заданы относительно локальной системы координат массива.

Пример: [40 30;0 10]

Типы данных: single | double

Выходные аргументы

расширить все

`Y` - Светоформированный выход
M -by L комплексно-значимую матрицу

Beamformed output, returned as a M -by L complex-valued matrix. Величина M является количеством выборок сигнала, и L является количеством направлений формирования луча, заданных в ANG аргумент.

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

Веса формирования луча, возвращенные как N -by K -by L комплексно-значимая матрица. Количество N является количеством элементов датчика или подрешеток, а K - количеством поддиапазонов, заданным свойством NumSubbands. Величина L является количеством направлений формирования луча. Каждый столбец W содержит узкополосные веса формирования луча, используемые в соответствующем поддиапазоне для соответствующих направлений.

Зависимости

Чтобы вернуть этот выход, задайте значение свойства WeightsOutputPort true.

Типы данных: single | double

`FREQS` - Центральные частоты поддиапазонов
K вектор-на-1 вещественного значения

Центральные частоты поддиапазонов, возвращенные как K-на-1 вектор-столбец с реальным значением. Количество K - это количество поддиапазонов, заданное свойством NumSubbands.

Зависимости

Чтобы вернуть этот выход, задайте значение свойства SubbandsOutputPort true.

Типы данных: single | double

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

Поддиапазон MVDR формирования луча ULA

Открыть Live Script

Примените поддиапазон MVDR формирования луча к подводному акустическому 11-элементу ULA. Падающий угол сигнала $1 0^{\circ}$ азимут и $3 0^{\circ}$ повышение. Сигнал является FM щебетом, имеющим полосу пропускания 1 кГц. Скорость звука - 1500 м/с.

Симулируйте сигнал

array = phased.ULA('NumElements',11,'ElementSpacing',0.3);
fs = 2e3;
carrierFreq = 2000;
t = (0:1/fs:2)';
sig = chirp(t,0,2,fs/2);
c = 1500;
collector = phased.WidebandCollector('Sensor',array,'PropagationSpeed',c,...
    'SampleRate',fs,'ModulatedInput',true,...
    'CarrierFrequency',carrierFreq);
incidentAngle = [10;0];
sig1 = collector(sig,incidentAngle);
noise = 0.3*(randn(size(sig1)) + 1j*randn(size(sig1)));
rx = sig1 + noise;

Применение формирования луча MVDR

beamformer = phased.SubbandMVDRBeamformer('SensorArray',array,...
    'Direction',incidentAngle,'OperatingFrequency',carrierFreq,...
    'PropagationSpeed',c,'SampleRate',fs,'TrainingInputPort',true, ...
    'SubbandsOutputPort',true,'WeightsOutputPort',true);
[y,w,subbandfreq] = beamformer(rx, noise);

Постройте график сигнала, который является входным для среднего датчика (канал 6), по сравнению с выходным сигналом диаграммы направленности.

plot(t(1:300),real(rx(1:300,6)),'r:',t(1:300),real(y(1:300)))
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 отклика массива

Постройте график диаграммы направленности на пять полос

pattern(array,subbandfreq(1:5).',-180:180,0,...
    'PropagationSpeed',c,'Weights',w(:,1:5));

Поддиапазон MVDR формирования луча массива с интерференцией

Открыть Live Script

Примените поддиапазон MVDR формирования луча к подводному акустическому 11-элементу ULA. Формирования луча поступающих сигналов для оптимизации усиления линейного FM сигнала щебета, поступающего от 0 степеней азимута и 0 степеней повышения. Сигнал имеет полосу пропускания 2,0 кГц. В сложение модуля амплитуда 2,250 кГц, мешающая синусоиде с 28 степеней азимута и 0 степеней повышения. Покажите, как формирователь луча MVDR обнуляет сигнал помехи. Отобразите шаблон массива для нескольких частот в районе 2,250 кГц. Скорость звука - 1500 метров/сек.

Симулируйте поступающий сигнал и шум

array = phased.ULA('NumElements',11,'ElementSpacing',0.3);
fs = 2000;
carrierFreq = 2000;
t = (0:1/fs:2)';
sig = chirp(t,0,2,fs/2);
c = 1500;
collector = phased.WidebandCollector('Sensor',array,'PropagationSpeed',c,...
    'SampleRate',fs,'ModulatedInput',true,...
    'CarrierFrequency',carrierFreq);
incidentAngle = [0;0];
sig1 = collector(sig,incidentAngle);
noise = 0.3*(randn(size(sig1)) + 1j*randn(size(sig1)));

Симулируйте интерферирующий сигнал

Объедините как желаемый, так и мешающий сигналы.

fint = 250;
sigint = sin(2*pi*fint*t);
interfangle = [28;0];
sigint1 = collector(sigint,interfangle);
rx = sig1 + sigint1 + noise;

Применение формирования луча MVDR

Используйте комбинированный сигнал шума и помех в качестве обучающих данных.

beamformer = phased.SubbandMVDRBeamformer('SensorArray',array,...
    'Direction',incidentAngle,'OperatingFrequency',carrierFreq,...
    'PropagationSpeed',c,'SampleRate',fs,'TrainingInputPort',true,...
    'NumSubbands',64,...
    'SubbandsOutputPort',true,'WeightsOutputPort',true);
[y,w,subbandfreq] = beamformer(rx,sigint1 + noise);
tidx = [1:300];
plot(t(tidx),real(rx(tidx,6)),'r:',t(tidx),real(y(tidx)))
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 отклика массива, показывающий Beampattern Null

Постройте график диаграммы направленности на пять полос около 2,250 кГц.

fdx = [5,7,9,11,13];
pattern(array,subbandfreq(fdx).',-50:50,0,...
    'PropagationSpeed',c,'Weights',w(:,fdx),...
    'CoordinateSystem','rectangular');

Figure contains an axes. The axes with title Azimuth Cut (elevation angle = 0.0°) contains 5 objects of type line. These objects represent 2.1250 kHz, 2.1875 kHz, 2.2500 kHz, 2.3125 kHz, 2.3750 kHz.

Блок формирования луча помещает значение null в 28 степени для поддиапазона, содержащего 2,250 кГц.

Подробнее о

расширить все

Диагональная загрузка

Диагональная загрузка является методом, чтобы улучшить робастность луча, когда проблемы устойчивости возникают из-за ошибок вектора управления или эффектов конечного размера выборки. Этот метод добавляет положительное действительное произведение матрицы тождеств к корреляционной матрице полученного вектора данных массива. Можно применить диагональную загрузку с помощью свойства DiagonalLoadingFactor.

Алгоритмы

расширить все

Точность даты

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.

Обработка частоты поддиапазона

Обработка поддиапазона разлагает широкополосный сигнал на несколько поддиапазонов и применяет узкополосную обработку к сигналу в каждом поддиапазоне. Сигналы для всех поддиапазонов суммируются, чтобы сформировать выходной сигнал.

При использовании широкополосных объектов или блоков Системы частоты вы задаете количество поддиапазонов, N B, в которых можно разложить широкополосный сигнал. Центральные частоты и ширины поддиапазона автоматически вычисляются из общей полосы пропускания и количества поддиапазонов. Полная полоса частот центрируется на несущей или рабочей частоте, _fc. Общая полоса пропускания задается частотой дискретизации, _fs. Ширина поддиапазона частот составляет Δf = f с/ N В. Центральные частоты поддиапазонов

$f_{m} = {\begin{matrix} f_{c} - \frac{f_{s}}{2} + (m - 1) Δ f, N_{B} даже \\ f_{c} - \frac{(N_{B} - 1) f_{s}}{2 N_{B}} + (m - 1) Δ f, N_{B} странный \end{matrix}, m = 1, \dots, N_{B}$

Некоторые Системные объекты позволяют вам получить центральные частоты поддиапазона как выходные при запуске объекта. Возвращенные частоты поддиапазона упорядочены последовательно с упорядоченным расположением дискретного преобразования Фурье. Сначала появляются частоты выше несущей, далее указываются частоты ниже несущей.

Ссылки

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

Расширенные возможности

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

Указания по применению:.

См. 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

Введенный в R2015b

Документация

phased.SubbandMVDRBeamformer

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

SampleRate - Частота дискретизации сигнала 1e6 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

NumSubbands - Количество обрабатывающих поддиапазонов 64 (по умолчанию) | положительное целое число

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

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

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

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

SubbandsOutputPort - Опция включения выхода центральных частот поддиапазона false (по умолчанию) | true

Использование

Синтаксис

Описание

Входные параметры

X - Широкополосный входной сигнал M -by N комплексно-значимую матрицу

XT - Широкополосные обучающие выборки P -by N комплексно-значимую матрицу

ANG - Направление формирования луча 2 -by L матрица с реальным значением

Выходные аргументы

Y - Светоформированный выход M -by L комплексно-значимую матрицу

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

Зависимости

FREQS - Центральные частоты поддиапазонов K вектор-на-1 вещественного значения

Зависимости

Функции объекта

Общий для всех системных объектов

Примеры

Поддиапазон MVDR формирования луча ULA

Поддиапазон MVDR формирования луча массива с интерференцией

Подробнее о

Диагональная загрузка

Алгоритмы

Точность даты

Обработка частоты поддиапазона

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

`SampleRate` - Частота дискретизации сигнала
`1e6` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`NumSubbands` - Количество обрабатывающих поддиапазонов
`64` (по умолчанию) | положительное целое число

`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

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

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

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

`SubbandsOutputPort` - Опция включения выхода центральных частот поддиапазона
`false` (по умолчанию) | `true`

`X` - Широкополосный входной сигнал
M -by N комплексно-значимую матрицу

`XT` - Широкополосные обучающие выборки
P -by N комплексно-значимую матрицу

`ANG` - Направление формирования луча
2 -by L матрица с реальным значением

`Y` - Светоформированный выход
M -by L комплексно-значимую матрицу

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

`FREQS` - Центральные частоты поддиапазонов
K вектор-на-1 вещественного значения

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