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自适应波束成型

自适应波束形成的好处

用于ULA的窄带相移波束形成器使用独立于数组接收的任何数据而选择的权重。窄带相移波束形成器中的权值将阵列响应控制在指定的方向上。然而，它们没有考虑任何干扰情况。因此，这些常规波束形成器容易受到干扰信号的影响。如果这种干扰信号发生在阵列响应的旁瓣处，则可能是一个特别的问题。

相比之下，自适应或统计上最优的波束形成器可以解释干扰信号。一个自适应beamformer算法根据接收数据的统计信息选择权重。例如，自适应波束形成器可以通过使用接收到的数据在阵列响应中放置空值来提高信噪比。这些空值以与干扰信号相对应的角度放置。

金宝app支持自适应波束形成

相控阵系统工具箱™软件提供了这些自适应波束形成器:

  • 线性约束最小方差波束形成器

  • 最小方差无失真响应波束形成器

  • 弗罗斯特beamformers

用LCMV波束器清空

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本例演示如何使用LCMV波束形成器将阵列响应指向干扰源方向的空值。阵列为10元均匀线性阵列(ULA)。缺省情况下，ULA元素为各向同性天线分阶段。IsotropicAntennaElement系统对象™。设置天线元件的频率范围，使载频处于工作范围内。载频为1ghz。

Fc = 1e9;Lambda = physconst(“光速”) / fc;阵列=相控阵。齿龈(“NumElements”10“ElementSpacing”λ/ 2);array.Element.FrequencyRange = [8e8 1.2e9];

使用简单的矩形脉冲模拟测试信号。

T = linspace(0,0.3,300)';Testsig = 0(大小(t));Testsig (201:205) = 1;

假设矩形脉冲从30°方位角和0°仰角入射到ULA上。使用collectPlaneWaveULA系统对象的函数，以模拟从入射角接收脉冲波形。

Angle_of_arrival = [30;0];x = collectPlaneWave(array,testsig,angle_of_arrival,fc);

信号x是一个有十列的矩阵。每一列表示在数组元素之一处接收到的信号。

构造一个传统的相移波束形成器。设置WeightsOutputPort财产真正的输出空间滤波器权重。

聚束器=相控。PhaseShiftBeamformer (“SensorArray”数组,.．.“OperatingFrequency”1 e9“方向”angle_of_arrival,.．.“WeightsOutputPort”,真正的);

在信号中加入复值高斯白噪声x．为可再现的结果设置默认的随机数流。

rng默认的Npower = 0.5;x = x +√- / 2)* (randn(大小(x)) + 1我* randn(大小(x)));

创建10W干扰源。指定弹幕干扰机的有效辐射功率为10w。来自弹幕干扰机的干扰信号从120°方位角和0°仰角入射到ULA上。使用collectPlaneWaveULA系统对象的函数来模拟干扰器信号的接收。

Jamsig =√(10)*randn(300,1);Jammer_angle = [120;0];jamsig = collectPlaneWave(array,jamsig,jammer_angle,fc);

加入复值高斯白噪声来模拟与干扰信号不直接相关的噪声贡献。同样，为可再现的结果设置默认的随机数流。此噪声功率比干扰器功率低0分贝。使用常规波束形成器对信号进行波束形成。

noisePwr = 1e-5;rng (2008);噪声=√(noisePwr/2)*.．.(randn(size(jamsig)) + 1j*randn(size(jamsig)));Jamsig = Jamsig +噪声;Rxsig = x + jamsig;[yout,w] = convbeamformer(rxsig);

使用相同的ULA阵列实现自适应LCMV波束形成器。使用无目标数据，jamsig，作为训练数据。输出波束形成信号和波束形成权值。

转向矢量=相控。SteeringVector (“SensorArray”数组,.．.“PropagationSpeed”physconst (“光速”));lcmv波束形成器=相控。LCMVBeamformer (“DesiredResponse”, 1.．.“TrainingInputPort”,真的,“WeightsOutputPort”,真正的);LCMVbeamformer。约束=转向向量(fc,angle_of_arrival);LCMVbeamformer。DesiredResponse = 1;[yLCMV,wLCMV] = LCMVbeamformer(rxsig,jamsig);

绘制常规波束器输出和自适应波束器输出。

Subplot (211) plot(t,abs(yout))轴紧标题(“传统Beamformer”) ylabel (“级”)子图(212)图(t,abs(yLCMV))轴紧标题(LCMV(自适应)波束形成器)包含(“秒”) ylabel (“级”）

图中包含2个轴对象。常规波束成形器包含一个类型为line的对象。axis对象2的标题为LCMV (Adaptive) Beamformer，包含一个类型为line的对象。

自适应波束形成器显著提高了矩形脉冲在0.2 s时的信噪比。

使用常规权重和LCMV权重，绘制每个波束形成器的响应图。

次要情节(211)模式(数组、fc (180:180) 0“PropagationSpeed”physconst (“光速”)，.．.“CoordinateSystem”，“矩形”，“类型”，“powerdb”，“正常化”,真的,.．.“重量”, w)标题(“常规波束形成权重的阵列响应”）;次要情节(212)模式(数组、fc (180:180) 0“PropagationSpeed”physconst (“光速”)，.．.）“CoordinateSystem”，“矩形”，“类型”，“powerdb”，“正常化”,真的,.．.“重量”wLCMV)标题(LCMV波束形成权值阵列响应）;

图中包含2个轴对象。axis对象1的标题为“使用常规波束形成权重的数组响应”，包含一个类型为line的对象。这个对象代表1ghz。标题为Array Response with LCMV Beamforming Weights的Axes对象2包含一个类型为line的对象。这个对象代表1ghz。

自适应波束形式在干扰信号的到达角120°处放置一个空值。

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