分阶段。GCCEstimator

宽带到达方向估计

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描述

的分阶段。GCCEstimatorSystem object™为宽带信号创建一个到达方向估计器。该系统目标利用广义相关变换算法(GCC-PHAT)估计传感器阵列元素之间的到达方向或到达时间。该算法假设所有信号都来自位于阵列远场的单一信号源，因此所有传感器的到达方向是相同的。System对象首先使用GCC-PHAT估计所有指定传感器对之间的相关性，然后在每个相关性中找到最大的峰值。峰值表示到达每个传感器对的信号之间的延迟。最后，利用最小二乘估计从所有估计的延迟中导出到达方向。

计算数组中元素对的到达方向:

定义并设置一个GCC-PHAT estimator System对象;分阶段。GCCEstimator，使用建设过程。
调用一步的性质来计算信号到达的方向分阶段。GCCEstimator系统对象。
的行为一步特定于工具箱中的每个对象。

请注意

从R2016b开始，而不是使用一步方法来执行System对象定义的操作，则可以带参数调用该对象，就好像它是一个函数一样。例如,Y = step(obj,x)和Y = obj(x)执行等价操作。

建设

有关=分阶段。GCCEstimator创建一个GCC到达方向估计器系统对象，有关．该对象使用GCC-PHAT算法估计传感器阵列元素之间的到达方向或到达时间。

有关= phased.GCCEstimator(名称,值)返回一个GCC到达方向估计器对象，有关，使用指定的属性名字设置为指定的价值．名字必须出现在单引号内(”)。可以以任意顺序指定多个名称-值对参数，如Name1, Value1,…,的家．

属性

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`SensorArray`- - - - - -传感器阵列
`分阶段。齿龈`系统对象(默认)|相控阵系统工具箱™传感器阵列

传感器阵列，指定为相控阵系统工具箱系统对象。数组也可以由子数组组成。如果未指定此属性，则默认传感器阵列为分阶段。齿龈具有默认数组属性值的系统对象。

例子:分阶段。URA所言

`PropagationSpeed`- - - - - -信号传播速度
`physconst(“光速”)`(默认)|实值正标量

信号传播速度，用实值正标量表示。单位是米每秒。默认传播速度是返回的值physconst(“光速”)．

例子:3 e8

数据类型:单|双

`SampleRate`- - - - - -信号采样率
`1 e6`(默认)|正实值标量

信号采样率，指定为正实值标量。单位是赫兹。

例子:1 e6

数据类型:单|双

`SensorPairSource`- - - - - -传感器对来源
`“汽车”`(默认)|`“属性”`

传感器对的来源，指定为任意一种“汽车”或“属性”．

“汽车”-选择此属性值计算第一个传感器和所有其他传感器之间的相关性。该阵列的第一个传感器是参考通道。
“属性”-当您想要显式指定用于计算相关性的传感器对时，选择此属性值。参数设置传感器对索引SensorPair财产。可以查看数组索引viewArray任何数组系统对象的方法。

例子:“汽车”

数据类型:字符

`SensorPair`- - - - - -传感器对
`(2, 1)`(默认)|2 -N正整数矩阵

用于计算相关性的传感器对，指定为2 × 1N正整数矩阵。矩阵的每一列指定了计算相关性的一对传感器。第二行指定参考传感器。矩阵中的每个条目必须小于阵列传感器或子阵列的数量。要使用SensorPair属性时，还必须设置SensorPairSource价值“属性”．

例子:(1、3、5、2、4、6]

数据类型:双

`DelayOutputPort`- - - - - -选项以启用延迟输出
`假`(默认)|`真正的`

选项以启用时间延迟值的输出，指定为布尔值。将此属性设置为真正的方法的输出参数输出延迟值一步方法。延迟对应于传感器对之间信号的到达角度。将此属性设置为假关闭延迟输出。

例子:假

数据类型:逻辑

`CorrelationOutputPort`- - - - - -选项以启用相关输出
`假`(默认)|`真正的`

选项以启用相关值的输出，指定为布尔值。将此属性设置为真正的的输出参数输出传感器对之间的相关性和滞后一步方法。将此属性设置为假禁用相关性的输出。

例子:假

数据类型:逻辑

方法

重置	相位复位状态。GCCEstimator系统对象
一步	利用广义互相关估计到达方向

所有系统对象通用
`释放`	允许更改系统对象属性值

例子

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麦克风阵列到达方向的GCC估计

打开实时脚本

使用GCC-PHAT算法估计信号到达的方向。接收阵列是一个5 × 5单元的URA麦克风阵列，单元间距为0.25米。到达的信号是一串宽带啁啾。信号从17°方位角和0°仰角到达。假设声音在空气中的传播速度为340米/秒。

加载啁啾信号。

负载尖声地说;C = 340.0;

创建5 × 5麦克风URA。

D = 0.25;N = 5;mic = phased.OmnidirectionalMicrophoneElement;Array = phased。URA所言（[N,N],[d,d],“元素”、麦克风);

模拟输入信号使用WidebandCollector系统对象™。

arrivalAng = [17;0];收集器=分阶段。WidebandCollector (“传感器”数组,“PropagationSpeed”c…“SampleRate”Fs,“ModulatedInput”、假);signal = collector(y,arrivalAng);

估计到达的方向。

估计器=阶段性的。GCCEstimator (“SensorArray”数组,…“PropagationSpeed”c“SampleRate”Fs);估计量(信号)

和=2×116.4538 - -0.7145

算法

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GCC-PHAT互相关算法

你可以使用广义互相关来估计一个信号到达两个不同传感器的时间差。

由一个源发射并由两个传感器接收的信号模型由下式给出:

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

在哪里D到达时的时差是(目标辐射源)，即一个传感器处的信号相对于另一个传感器处的到达时间的时间差。您可以通过找到使两个信号之间的相互关系最大化的时间延迟来估计时间延迟。

从TDOA，您可以估计相对于连接两个传感器的线的平面波的阔侧到达角。对于距离分开的两个传感器l，舷侧到达角，较宽的角度，与时间滞后有关

$罪 β ＝ \frac{c τ}{l}$

在哪里c是介质中的传播速度。

估计时延的一种常用方法是计算两个传感器接收到的信号之间的相互关系。为了识别时间延迟，在相互关系中找到峰值。当信噪比较大时，相关峰τ，对应实际时间延迟D．

$\begin{array}{l} R （ τ ）＝ E {r_{1} （ t ） r_{2} （ t + τ ）} \\ \overset{＾}{D} ＝ \underset{τ}{参数马克斯} R （ τ ） \end{array}$

相关函数的峰值越明显，性能越好。您可以使用加权函数锐化一个互相关峰值，使输入信号变白。这种技术叫做广义互相关(GCC)。一个特定的加权函数通过谱幅值对信号的谱密度进行归一化，从而得到广义互相关相位变换方法(GCC-PHAT)。

$\begin{array}{l} 年代（ f ）＝ \int_{- \infty}^{\infty} R （ τ ） e^{- 我 2 π f τ} d τ \\ \tilde{R} （ τ ）＝ \int_{- \infty}^{\infty} \frac{年代（ f ）}{| 年代（ f ） |} e^{+ 我 2 π f τ} d f \\ \tilde{D} ＝ \underset{τ}{参数马克斯} \tilde{R} （ τ ） \end{array}$

如果你只使用一对传感器，你只能估计到达的侧面角。但是，如果您使用多对非共线传感器，例如，在URA中，您可以使用最小二乘估计来估计平面波的到达方位角和仰角。为N传感器，可以写延时时间τ_kj信号到达k^th传感器相对于j^th传感器的

$\begin{array}{l} c τ_{k j} ＝ - （ {\vec{x}}_{k} - {\vec{x}}_{j} ） \cdot \vec{u} \\ \vec{u} ＝因为 α 罪 θ \overset{＾}{我} + 罪 α 罪 θ \overset{＾}{j} + 因为 θ \overset{＾}{k} \end{array}$

在哪里u是平面波的单位传播矢量。角α和θ是传播矢量的方位角和仰角。所有的角度和向量都是根据局部轴来定义的。您可以使用最小二乘来求解第一个方程，从而得到单位传播矢量的三个分量。然后，可以解出第二个方位角和仰角方程。

数据精度

这个System对象支持输入数据、属性金宝app和参数的单精度和双精度。如果输入数据X是单精度，输出数据是单精度。如果输入数据X是双精度，输出的数据是双精度。输出的精度与属性和其他参数的精度无关。

参考文献

[10] Knapp, c.h.和G.C. Carter，“估计时延的广义相关方法”。IEEE声学、语音与信号处理汇刊。asp -24卷，第4期，1976年8月。

[10]郭志强，“相干性和时延估计”。IEEE学报。第75卷第2期，1987年2月。

扩展功能

C/ c++代码生成
使用MATLAB®Coder™生成C和c++代码。

使用注意事项和限制:

看到MATLAB代码生成中的系统对象(MATLAB编码器)．

版本历史

在R2015b中引入

另请参阅

分阶段。BeamscanEstimator|分阶段。RootMUSICEstimator|gccphat

分阶段。GCCEstimator

描述

建设

属性

SensorArray- - - - - -传感器阵列分阶段。齿龈系统对象(默认)|相控阵系统工具箱™传感器阵列

PropagationSpeed- - - - - -信号传播速度physconst(“光速”)(默认)|实值正标量

SampleRate- - - - - -信号采样率1 e6(默认)|正实值标量

SensorPairSource- - - - - -传感器对来源“汽车”(默认)|“属性”

SensorPair- - - - - -传感器对(2, 1)(默认)|2 -N正整数矩阵

DelayOutputPort- - - - - -选项以启用延迟输出假(默认)|真正的

CorrelationOutputPort- - - - - -选项以启用相关输出假(默认)|真正的

方法

例子