常规和自适应波束形成器

这个示例使用:

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这个例子展示了如何在Simulink®中应用常规波束形成和自适应波束形成到天线阵列接收的窄带信号。信号模型包括噪声和干扰。本例基于常规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:

带噪声的常规波束形成:slexBeamformerExample.slx
常规和自适应波束形成器的干扰:slexBeamformerInterferenceExample.slx

带噪声的常规波束形成

第一个模型模拟了在10元均匀线性天线阵列(ULA)上接收带有延迟偏移的矩形脉冲。脉冲源的方位为45度，仰角为0度。功率为0.5瓦的噪声被添加到阵列的每个元素的信号中。然后应用相移波束形成器。该示例比较相移波束形成器的输出与在其中一个天线单元接收的信号。

该模型由信号仿真阶段和信号处理阶段组成。与模型的每个阶段相对应的块是:

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个样本。
信号的方向-常数块指定脉冲的入射方向窄带Rx数组块。
窄带Rx数组—模拟ULA接收到的信号。该块的第一个输入是一个列向量，其中包含接收到的脉冲。脉冲被假定为窄带，其载波频率等于区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创建的，作为MATLAB®工作区中的一个变量。对象引用此变量传感器阵列选项卡的块对话框面板。使用变量可以更容易地跨几个块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个单元接收到的信号。
接收机前置放大器—对接收到的信号增加热噪声。

信号处理

角度beamform-常数块指定为相移Beamformer波束形成的方向。
相移Beamformer—对通过输入端口的矩阵进行窄带延迟和波束形成X沿着通过输入端口指定的方向盎．
二维选择器—选择在其中一个天线元件上接收的信号。

探索的例子

利用辅助函数计算了几个模型参数helperslexBeamformerParam．要从模型中打开函数，请单击修改仿真参数块。该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。

并显示结果

下面的显示显示了单个元件(非波束形成)相对于参考脉冲的输出和波束形成器相对于参考脉冲的输出。当接收到的信号不是波束形成时，由于噪声，脉冲无法被检测到。波束形成器的输出显示表明，波束形成的信号远大于噪声。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。

带干扰的常规和自适应波束形成器

第二个模型描述了在方位角分别为30度和50度的两个干扰信号存在时的波束形成。干扰幅值远大于脉冲幅值。噪声级别设置为-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，并比较了它们的结果。

几个新的块被添加到前一个模型中使用的块中:

随机源-两个块生成高斯向量来模拟干扰信号(标记Interference1而且Interference2）
连接—连接接口的输出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数组块。
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-使用指定的约束矩阵和期望响应执行LCMV波束形成。

探索的例子

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。在运行时还可以通过改变光源的角度来改变脉冲、干扰信号和波束形成方向信号的方向和角度beamform在不停止模拟的情况下阻塞。

并显示结果

下图显示了相移波束形成器的输出。它无法检测到脉冲，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波束形成器保存了沿预期方向到达的信号，同时试图抑制来自其他方向的信号。在这个例子中，两个干扰信号都被抑制了，而45度方位角的脉冲被保留了下来。

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略有不同的方向接收，则MVDR波束形成器抑制它。这是因为MVDR波束形成器将所有信号(除了沿所需方向的信号)都视为不需要的干扰。这种效应有时被称为“信号自零”。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格挡43，而不是45。注意，与参考脉冲相比，接收的脉冲是如何被抑制的。

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。在本例中，施加了三个独立但间隔紧密的约束，以保持在方位角43、45和47度方向上的响应。这些方向的期望响应都被设为1。如下图所示，脉冲被保留了下来。