主要内容

传统和自适应波束形成器

此示例演示如何将Simulink®中的常规和自适应波束形成应用于天线阵列接收的窄带信号。信号模型包括噪声和干扰。此示例基于金宝app传统和自适应波束形成器实例

可用的示例实现

此示例包括两个Simulink®模型:金宝app

带噪声的常规波束形成

第一个模型模拟10单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。脉冲源位于45度方位角和0度仰角。将功率为0.5瓦的噪声添加到阵列每个单元的信号中。然后应用相移波束形成器。该示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。

该模型由信号模拟阶段和信号处理阶段组成。与模型的每个阶段对应的块包括:

信号仿真

  • 矩形-创建矩形脉冲。

  • 抵消波形-延迟块将每个脉冲延迟150个采样。

  • 信号的方向-常数块指定脉冲入射到目标的方向窄带Rx数组块。

  • 窄带Rx数组—模拟ULA接收到的信号。这个块的第一个输入是一个列向量,它包含接收到的脉冲。假设脉冲是窄带的,载波频率等于在块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。天线阵列的配置是由一个助手脚本作为MATLAB®工作空间中的变量创建的。该变量由传感器阵列块对话框面板的选项卡。使用变量可以更轻松地跨多个块共享天线阵列的配置。输出的每列对应于天线阵列的每个元素接收到的信号。

  • 接收机前置放大器-将热噪声添加到接收到的信号中。

信号处理

  • 角度beamform-常数块指定相移Beamformer波束形成方向。

  • 相移Beamformer—对通过输入端口的矩阵进行窄带时延和波束形成X沿输入端口指定的方向

  • 二维选择器-选择其中一个天线单元处的接收信号。

探索这个例子

几个模型参数由辅助函数计算helperslexBeamformerParam.要从模型中打开函数,请单击修改仿真参数块此函数在加载模型时执行一次。它会将其字段由模型的对话框面板引用的结构导出到工作空间。要修改任何参数,请在命令提示下更改结构中的值,或编辑helper函数并重新运行以更新参数结构。

结果和显示

下面的显示显示了单个元素(未波束形成)的输出与参考脉冲的比较,以及波束形成器的输出与参考脉冲的比较。当接收到的信号没有波束形成时,由于噪声无法检测到脉冲。通过对波束形成器输出信号的显示,波束形成的信号远大于噪声。输出信噪比大约是单个天线接收信号的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形成器

第二个模型说明了在方位为30度和50度的两个干扰信号存在的情况下波束形成。干涉幅值比脉冲幅值大得多。噪音等级设置为-50 dBW,只突出干扰的效果。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。

将几个新块添加到先前模型中使用的块中:

  • 随机源-两个块生成高斯向量来模拟干扰信号(标记Interference1Interference2

  • 连接-连接的输出随机源矩形分成3列矩阵。

  • 信号的方向-常数块指定了脉冲和干扰信号到传感器的入射方向窄带Rx数组块。

  • MVDR Beamformer-沿指定方向执行MVDR波束形成。

  • LCMV波束形成器-在指定的约束矩阵和期望的响应下执行LCMV波束形成。

探索这个例子

本例中使用的助手函数是helperslexBeamformerParam.要从模型中打开函数,请单击修改仿真参数块。脉冲、干扰信号和波束形成方向也可以在运行时通过改变角度来改变信号的方向角度beamform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波束形成器保留沿所需方向到达的信号,同时尝试抑制来自其他方向的信号。在本例中,两个干扰信号均被抑制,方位角为45度的脉冲得以保留。

然而,MVDR波束形成器对波束形成方向非常敏感。如果目标信号沿与所需方向稍有不同的方向接收,MVDR波束形成器会将其抑制。这是因为MVDR波束形成器将所有信号(沿所需方向的信号除外)视为非期望干扰。This效应有时被称为“信号自置零”。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阻塞到43而不是45。请注意,与参考脉冲相比,接收脉冲是如何被抑制的。

您可以使用LCMV波束形成器,通过加宽信号方向周围要保留信号的区域来防止信号自零位。在该示例中,施加了三个单独但间隔很近的约束,以保持在方位角为43、45和47度的方向上的响应。这些方向上的期望响应都设置为一。如下图所示,脉冲被保留。