phased.GCCEstimator

Широкополосное направление оценки прибытия

Описание

phased.GCCEstimator Система object™ создает направление средства оценки прибытия для широкополосных сигналов. Этот Системный объект оценивает, что направление прибытия или времени прибытия среди элементов сенсорной матрицы с помощью обобщенной взаимной корреляции с фазой преобразовывает алгоритм (GCC-PHAT). Алгоритм принимает, что все сигналы распространяют из одного источника, лежащего в массиве далекое поле, таким образом, направление прибытия является тем же самым для всех датчиков. Системный объект сначала оценивает корреляции между всеми заданными парами датчика с помощью GCC-PHAT и затем находит самый большой пик в каждой корреляции. Пик идентифицирует задержку между сигналами, прибывающими в каждую пару датчика. Наконец, оценка наименьших квадратов используется, чтобы вывести направление прибытия из всех предполагаемых задержек.

Вычислить направление прибытия для пар элемента в массиве:

Задайте и настройте Системный объект средства оценки GCC-PHAT, phased.GCCEstimator, использование процедуры Конструкции.
Вызовите step вычислить направление прибытия сигнала с помощью свойств phased.GCCEstimator Системный объект.
Поведение step характерно для каждого объекта в тулбоксе.

Примечание

Запуск в R2016b, вместо того, чтобы использовать step метод, чтобы выполнить операцию, заданную Системным объектом, можно вызвать объект с аргументами, как будто это была функция. Например, y = step(obj,x) и y = obj(x) выполните эквивалентные операции.

Конструкция

sGCC = phased.GCCEstimator создает направление GCC Системного объекта средства оценки прибытия, sGCC. Этот объект оценивает направление прибытия или времени прибытия между элементами сенсорной матрицы с помощью алгоритма GCC-PHAT.

sGCC = phased.GCCEstimator(Name,Value) возвращает направление GCC объекта средства оценки прибытия, sGCC, с заданным свойством Name установите на заданный ValueИмя должен появиться в одинарных кавычках (''). Можно задать несколько аргументов пары "имя-значение" в любом порядке как Name1,Value1,...,NameN,ValueN.

Свойства

развернуть все

`SensorArray` — Сенсорная матрица
`phased.ULA` Системный объект (значение по умолчанию) | сенсорная матрица Phased Array System Toolbox™

Сенсорная матрица в виде Системного объекта Phased Array System Toolbox. Массив может также состоять из подрешеток. Если вы не задаете это свойство, сенсорной матрицей по умолчанию является phased.ULA Системный объект со значениями свойства массива по умолчанию.

Пример: phased.URA

`PropagationSpeed` — Скорость распространения сигнала
`physconst('LightSpeed')` (значение по умолчанию) | вещественная положительная скалярная величина

Скорость распространения сигнала в виде вещественной положительной скалярной величины. Модули исчисляются в метрах в секунду. Скорость распространения по умолчанию является значением, возвращенным physconst('LightSpeed').

Пример: 3e8

Типы данных: single | double

`SampleRate` — Частота дискретизации сигнала
`1e6` (значение по умолчанию) | положительный скаляр с действительным знаком

Частота дискретизации сигнала в виде положительного скаляра с действительным знаком. Модули находятся в герц.

Пример: 1e6

Типы данных: single | double

`SensorPairSource` — Источник пар датчика
`'Auto'` (значение по умолчанию) | `'Property'`

Источник пар датчика в виде любого 'Auto' или 'Property'.

'Auto' — выберите это значение свойства, чтобы вычислить корреляции между первым датчиком и всеми другими датчиками. Первый датчик массива является ссылочным каналом.
'Property' — выберите это значение свойства, когда это необходимо, чтобы явным образом задать пары датчика, чтобы быть используемыми в вычислениях корреляциями. Установите индексы пары датчика с помощью SensorPair свойство. Можно просмотреть индексы массива с помощью viewArray метод любого Системного объекта массивов.

Пример: 'Auto'

Типы данных: char

`SensorPair` — Пары датчика
[2;1] (значение по умолчанию) | 2 N положительным целым числом оцененная матрица

Пары датчика использовались для расчета корреляций в виде 2 N положительной матрицей с целочисленным знаком. Каждый столбец матрицы задает пару датчиков, между которыми вычисляется корреляция. Вторая строка задает ссылочные датчики. Каждая запись в матрице должна быть меньше количества датчиков массивов или подрешеток. Использовать SensorPair свойство, необходимо также установить SensorPairSource значение к 'Property'.

Пример: [1,3,5;2,4,6]

Типы данных: double

`DelayOutputPort` — Опция, чтобы включить задержке выход
`false` (значение по умолчанию) | `true`

Опция, чтобы включить выход значений с временной задержкой в виде Boolean. Установите это свойство на true выводить значения задержки как выходной аргумент step метод. Задержки соответствуют углам падения сигнала между парами датчика. Установите это свойство на false отключить выход задержек.

Пример: false

Типы данных: логический

`CorrelationOutputPort` — Опция, чтобы включить корреляции выход
`false` (значение по умолчанию) | `true`

Опция, чтобы включить выход значений корреляции в виде Boolean. Установите это свойство на true выводить корреляции и задержки между парами датчика как выходные аргументы step метод. Установите это свойство на false отключить выход корреляций.

Пример: ложь

Типы данных: логический

Методы

сброс	Сбросьте состояния phased.GCCEstimator Системного объекта
шаг	Оцените направление прибытия с помощью обобщенной взаимной корреляции

Характерный для всех системных объектов
`release`	Позвольте изменения значения свойства Системного объекта

Примеры

свернуть все

Оценка GCC направления прибытия в массив микрофона

Скрипт Open Live Script

Оцените направление прибытия сигнала с помощью алгоритма GCC-PHAT. Массив получения является 5 5 элементами массив микрофона URA с элементами, расположенными с интервалами на расстоянии в 0,25 метра. Прибывающий сигнал является последовательностью широкополосных щебетов. Сигнал прибывает от азимута на 17 ° и вертикального изменения на 0 °. Примите, что скорость звука в воздухе составляет 340 м/с.

Загрузите сигнал щебета.

load chirp;
c = 340.0;

Создайте микрофон 5 на 5 URA.

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

Симулируйте входящий сигнал с помощью WidebandCollector Система 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

развернуть все

Алгоритм взаимной корреляции GCC-PHAT

Можно использовать обобщенную взаимную корреляцию, чтобы оценить разницу во времени прибытия сигнала в двух различных датчиках.

Моделью сигнала, испускаемого источником и полученного в двух датчиках, дают:

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

где D является разницей во времени прибытия (TDOA) или задержкой, сигнала в одном датчике относительно времени поступления во втором датчике. Можно оценить задержку путем нахождения задержки, которая максимизирует взаимную корреляцию между двумя сигналами.

От TDOA можно оценить поперечный угол падения плоской волны относительно линии, соединяющей эти два датчика. Для двух датчиков, разделенных расстоянием L, поперечный угол падения, Поперечные Углы, связан с задержкой

$\sin β = \frac{c τ}{L}$

где c является скоростью распространения в носителе.

Общепринятая методика оценки задержки должна вычислить взаимную корреляцию между сигналами, полученными в двух датчиках. Чтобы идентифицировать задержку, найдите пик во взаимной корреляции. Когда отношение сигнал-шум (SNR) является большим, пик корреляции, τ, соответствует фактическому D с временной задержкой.

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

Когда функция корреляции более резко достигнута максимума, эффективность улучшается. Можно увеличить резкость пика взаимной корреляции использование функции взвешивания, которая белит входные сигналы. Этот метод называется generalized cross-correlation (GCC). Одна конкретная функция взвешивания нормирует спектральную плотность сигнала на величину спектра, ведя к методу generalized cross-correlation phase transform (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 датчика, можно только оценить поперечный угол прибытия. Однако, если вы используете несколько пар неколлинеарных датчиков, например, в URA, можно оценить азимут прибытия и углы возвышения плоской волны с помощью оценки наименьшего квадрата. Для датчиков N можно записать времени задержки _τkj сигнала, прибывающего в k^th датчик относительно j^th датчик

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

где u является модульным вектором распространения из плоской волны. Углы α и θ являются азимутом и углами возвышения вектора распространения. Все углы и векторы заданы относительно локальных осей. Можно решить первое уравнение с помощью наименьших квадратов, чтобы дать к трем компонентам модульного вектора распространения. 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 одинарная точность, выходные данные одинарная точность. Если входные данные X двойная точность, выходные данные являются двойной точностью. Точность выхода независима от точности свойств и других аргументов.

Ссылки

[1] Кнапп, C. H. и Г.К. Картер, “Обобщенный метод корреляции для оценки задержки”. Транзакции IEEE на акустике, речи и обработке сигналов. Издание ASSP-24, № 4, август 1976.

[2] Г. К. Картер, “Когерентность и оценка с временной задержкой”. Продолжения IEEE. Издание 75, № 2, февраль 1987.

Расширенные возможности

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

Указания и ограничения по применению:

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

Введенный в R2015b

Документация

phased.GCCEstimator

Описание

Конструкция

Свойства

`SensorArray` — Сенсорная матрица
`phased.ULA` Системный объект (значение по умолчанию) | сенсорная матрица Phased Array System Toolbox™

`PropagationSpeed` — Скорость распространения сигнала
`physconst('LightSpeed')` (значение по умолчанию) | вещественная положительная скалярная величина

`SampleRate` — Частота дискретизации сигнала
`1e6` (значение по умолчанию) | положительный скаляр с действительным знаком

`SensorPairSource` — Источник пар датчика
`'Auto'` (значение по умолчанию) | `'Property'`

`SensorPair` — Пары датчика
[2;1] (значение по умолчанию) | 2 N положительным целым числом оцененная матрица

`DelayOutputPort` — Опция, чтобы включить задержке выход
`false` (значение по умолчанию) | `true`

`CorrelationOutputPort` — Опция, чтобы включить корреляции выход
`false` (значение по умолчанию) | `true`

Методы

Примеры

Оценка GCC направления прибытия в массив микрофона

Алгоритмы

Алгоритм взаимной корреляции GCC-PHAT

Точность данных

Ссылки

Расширенные возможности

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

Смотрите также

Документация Phased Array System Toolbox

Поддержка

Документация

phased.GCCEstimator

Описание

Конструкция

Свойства

SensorArray — Сенсорная матрица phased.ULA Системный объект (значение по умолчанию) | сенсорная матрица Phased Array System Toolbox™

PropagationSpeed — Скорость распространения сигнала physconst('LightSpeed') (значение по умолчанию) | вещественная положительная скалярная величина

SampleRate — Частота дискретизации сигнала 1e6 (значение по умолчанию) | положительный скаляр с действительным знаком

SensorPairSource — Источник пар датчика 'Auto' (значение по умолчанию) | 'Property'

SensorPair — Пары датчика[2;1] (значение по умолчанию) | 2 N положительным целым числом оцененная матрица

DelayOutputPort — Опция, чтобы включить задержке выход false (значение по умолчанию) | true

CorrelationOutputPort — Опция, чтобы включить корреляции выход false (значение по умолчанию) | true

Методы

Примеры

Оценка GCC направления прибытия в массив микрофона

Алгоритмы

Алгоритм взаимной корреляции GCC-PHAT

Точность данных

Ссылки

Расширенные возможности

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

Смотрите также

Документация Phased Array System Toolbox

Поддержка

`SensorArray` — Сенсорная матрица
`phased.ULA` Системный объект (значение по умолчанию) | сенсорная матрица Phased Array System Toolbox™

`PropagationSpeed` — Скорость распространения сигнала
`physconst('LightSpeed')` (значение по умолчанию) | вещественная положительная скалярная величина

`SampleRate` — Частота дискретизации сигнала
`1e6` (значение по умолчанию) | положительный скаляр с действительным знаком

`SensorPairSource` — Источник пар датчика
`'Auto'` (значение по умолчанию) | `'Property'`

`SensorPair` — Пары датчика
[2;1] (значение по умолчанию) | 2 N положительным целым числом оцененная матрица

`DelayOutputPort` — Опция, чтобы включить задержке выход
`false` (значение по умолчанию) | `true`

`CorrelationOutputPort` — Опция, чтобы включить корреляции выход
`false` (значение по умолчанию) | `true`

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