主要内容

传统和自适应波束形成器

这个例子使用:

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本示例展示了如何将Simulink®中的传统和自适应波束形成应用于天线阵列接收的窄带信号。金宝app信号模型包括噪声和干扰。这个例子是基于传统和自适应波束形成器的例子。

可用的示例实现

这个例子包括两个Simulink®模型:金宝app

带噪声的传统波束形成

第一个模型模拟了在10元均匀线性天线阵列(ULA)上具有延迟偏移的矩形脉冲的接收。脉冲源的方位为45度，仰角为0度。在阵列的每个单元的信号中加入功率为0.5瓦的噪声。然后应用相移波束形成器。本例将相移波束形成器的输出与其中一个天线单元接收到的信号进行比较。

该模型由信号仿真阶段和信号处理阶段组成。对应于模型各阶段的块是:

信号仿真

  • 矩形-创建矩形脉冲。

  • 抵消波形-延迟Block将每个脉冲延迟150个采样。

  • 信号的方向-常数块指定脉冲的入射方向窄带Rx阵列块。

  • 窄带Rx阵列—模拟ULA接收到的信号。该块的第一个输入是包含接收脉冲的列向量。假定脉冲是窄带的，其载波频率等于块的对话面板中指定的工作频率。第二个输入(Ang)指定脉冲的入射方向。天线阵列的配置由辅助脚本作为MATLAB®工作空间中的变量创建。方法引用该变量传感器阵列对话框面板的选项卡。使用变量可以更容易地在多个块之间共享天线阵列的配置。输出的每一列对应于在天线阵列的每一单元处接收到的信号。

  • 接收机前置放大器—增加接收信号的热噪声。

信号处理

  • 波束形成的角度-常数块指定相移波束形成器波束形成方向。

  • 相移波束形成器-对通过输入端口的矩阵执行窄带延迟和波束形成X沿着输入端口指定的方向盎。

  • 二维选择器—选择其中一个天线单元的接收信号。

探索示例

通过辅助函数计算了多个模型参数helperslexBeamformerParam。要从模型中打开函数，请单击修改仿真参数块。这个函数在加载模型时执行一次。它向工作区导出一个结构，该结构的字段由模型的对话框面板引用。要修改任何参数，要么从命令提示符更改结构中的值，要么编辑helper函数并重新运行它以更新参数结构。

结果和显示

下面的显示器显示了与参考脉冲相比单个元件(非波束形成)的输出和与参考脉冲相比波束形成器的输出。当接收到的信号没有波束形成时，由于噪声的影响，无法检测到脉冲。波束形成器的输出显示，波束形成的信号比噪声大得多。输出信噪比大约是单天线接收信号的10倍，因为10元阵列产生的阵列增益为10。

传统和自适应干扰波束成形器

第二个模型说明了来自方位30度和50度的两个干扰信号存在时的波束形成。干涉幅值远大于脉冲幅值。噪声水平设置为-50 dBW，只突出干扰的影响。将相移、MVDR和LCMV波束形成器应用于接收信号，并对其结果进行了比较。

几个新的区块被添加到之前模型中使用的区块中:

  • 随机源—两个块生成高斯向量来模拟干扰信号(标记为Interference1和Interference2）

  • 连接-连接随机源和矩形块变成一个3列矩阵。

  • 信号的方向-常数块指定脉冲和干扰信号的入射方向窄带Rx阵列块。

  • MVDR Beamformer—沿指定方向进行MVDR波束形成。

  • 淋巴细胞脉络丛脑膜炎病毒Beamformer-执行LCMV波束形成与指定的约束矩阵和期望的响应。

探索示例

本例中使用的helper函数是helperslexBeamformerParam。要从模型中打开函数，请单击修改仿真参数块。运行时还可以通过改变天线上的角度来改变脉冲、干扰信号和波束形成方向信号的方向和波束形成的角度在不停止模拟的情况下阻塞。

结果和显示

下图显示了相移波束形成器的输出。它不能检测脉冲，因为干扰信号比脉冲信号强得多。

下图显示了MVDR波束形成器的输出。MVDR波束形成器保留沿期望方向到达的信号，同时试图抑制来自其他方向的信号。在本例中，两个干扰信号都被抑制，45度方位的脉冲被保留。

然而，MVDR波束形成器对波束形成方向非常敏感。如果目标信号沿着与期望方向略有不同的方向接收，则MVDR波束形成器将其抑制。这是因为MVDR波束形成器将所有的信号，除了沿期望方向的信号，视为不希望的干扰。这种效应有时被称为“信号自零化”。下面的显示显示了如果我们改变目标信号的方向会发生什么信号的方向格挡从45格变成43格。注意，与参考脉冲相比，接收到的脉冲是如何被抑制的。

您可以使用LCMV波束形成器，通过扩大信号方向周围的区域来防止信号自零，从而保持信号。在本例中，施加了三个独立但间隔很近的约束，以保持在方位角43,45和47度对应方向上的响应。这些方向的期望响应都被设置为1。如下图所示，脉冲被保留了下来。