Направление прибытия с Beamscan и MVDR
Этот пример показывает, как использовать методы сканирования луча и минимальной дисперсии без искажений (MVDR) для оценки направления прибытия (DOA) в Simulink ®. Он основан на примере MATLAB ® «Оценка направления прибытия с Beamscan, MVDR и MUSIC».
Доступные реализации примера
Этот пример включает две модели Simulink ®:
Оценка направления прибытия Beamscan и MVDR на ULA: slexBeamscanMVDRDOAExample.slx
Оценка направления прибытия Beamscan и MVDR на URA: slex2DBeamscanMVDRDOAExample.slx
Оценка направления прибытия Beamscan и MVDR на ULA
Этот пример моделирует прием двух узкополосных падающих сигналов на 10-элементной равномерно линейной антенной решетке (ULA). Оба источника сигнала расположены на повышении 0 степеней. Один источник сигнала перемещается от 30 степеней азимута до 50 степеней и назад. Другой источник сигнала с меньшей степенью на 3 дБ движется в противоположном направлении. После симуляции приема сигналов и добавления шума вычисляют спектры beamscan и MVDR. Поскольку ULA симметрична вокруг своей оси, алгоритм DOA не может однозначно определить азимут и повышение. Поэтому результаты, возвращенные этими оценщиками DOA, имеют форму широких боковых углов. В этом примере, потому что повышение источников на 0 степени и область сканирования от -90 до 90 степеней, широкая сторона и азимут углы одинаковы.
Модель состоит из симуляции сигнала с последующей обработкой DOA. Блоки, используемые в модели:
Симуляция сигнала
Random Source- Блоки, маркированныеSignal1иSignal2сгенерировать Гауссовы векторы, чтобы симулировать переданную степень узкополосных плоских волн. Сигналы буферизуются со скоростью 300 выборок на систему координат.Concatenate- Конкатенирует выходыRandom Sourceблокирует в матрицу 2 столбца.Signal directions-Signal From Workspaceблок читает из рабочей области, направления прихода в степенях каждого сигнала. Блок выводит вектор с 2 углами один раз на систему координат.Narrowband Rx Array- Моделирует сигналы, принятые в ULA. Первый вход в этот блок является матрицей с 2 столбцами. Каждый столбец соответствует одной из принятых плоских волн. Второй вход (Ang) является вектором с 2 элементами, который задает направление падения в антенной решетке соответствующих плоских волн. Строение антенной решетки содержится в переменной рабочей области MATLAB ®, созданной скриптом helper. Эта переменная используется вSensor Arrayвкладка диалогового окна. Использование переменной облегчает совместное использование строения антенной решетки в нескольких блоках.
Receiver Preamp- Добавляет тепловой шум к принимаемому сигналу.
Обработка DOA
ULA MVDR Spectrum- Вычисляет пространственный спектр входящих узкополосных сигналов с помощью алгоритма MVDR. Этот блок также вычисляет направление приходов входящих сигналов.
ULA Beamscan SpectrumВычисляет пространственный спектр входящих узкополосных сигналов путем сканирования области с использованием узкополосного обычного устройства формирования луча. Этот блок также вычисляет направление приходов входящих сигналов.
Исследование примера
Несколько диалоговых параметров модели вычисляются вспомогательной функцией helperslexBeamscanMVDRDOAParam. Чтобы открыть функцию из модели, нажмите Modify Simulation Parameters блок. Эта функция выполняется один раз, когда модель загружена. Он экспортирует в рабочую область структуру, на поля которой ссылаются диалоговые окна. Чтобы изменить любые параметры, либо измените значения в структуре в командной строке, либо отредактируйте функцию helper и перезапустите ее, чтобы обновить структуру параметра.
Результаты и отображения
Спектр луча обновляется, когда источники движутся друг к другу. Спектр показывает два широких peaks с различными величинами, движущимися в противоположных направлениях.
Когда источники находятся примерно в 10 степенях друг от друга, peaks объединяются, и DOA сигналов не четко различны. Рассчитанный DOA начнет дрейфовать от фактических значений, как показано на отображениях. Когда два сигнала поступают из направлений, разделенных меньшей шириной луча, их DOA не могут быть разрешены точно с помощью метода beamscan.
Спектр MVDR, с другой стороны, имеет более высокое разрешение. Peaks в спектре более узкие и могут быть различимы, даже когда источники очень близки друг к другу. Алгоритм MVDR очень чувствителен к местоположениям источников. Он пытается отфильтровать сигналы, которые не расположены точно под одним из углов скана, заданных на ULA MVDR Spectrum блок. Peaks являются наибольшими, когда источники расположены под одним из заданных углов скана. Они будут пульсировать, когда источники перемещаются от одного из заданных углов скана к другому.
Оценка направления прибытия Beamscan и MVDR на URA
Этот пример заменяет строение ULA предыдущего примера равномерно прямоугольной антенной решеткой (URA) 10 на 5. Один источник сигнала перемещается от 30 степеней азимута, 10 степеней повышения до 50 степеней азимута, -5 степеней повышения. Другой источник сигнала с меньшей степенью на 3 дБ движется в противоположном направлении. Прямоугольные массивы позволяют оценщикам DOA определять и азимут, и повышение. Средства просмотра матриц используются вместо векторных возможностей для визуализации 2-мерного пространственного спектра. Все остальное похоже на предыдущий пример.
Исследование примера
Функция helper, используемая в этом примере, helperslex2DBeamscanMVDRDOAParam. Чтобы открыть функцию из модели, нажмите Modify Simulation Parameters блок.
Результаты и отображения
Результаты аналогичны предыдущему примеру. Спектр луча обновляется, когда источники движутся друг к другу. Спектр показывает два широких peaks с различными величинами, движущимися в противоположных направлениях.
Когда источники находятся примерно в 10 степенях друг от друга, peaks объединяются, и DOA сигналов не четко различаются.
Здесь спектр MVDR все еще может различать оба peaks.
