主要内容

到达方向与波束扫描和MVDR

这个示例使用:

开放模式

这个例子展示了如何在Simulink®中使用波束扫描和最小方差无失真响应(MVDR)技术进行到达方向(DOA)估计。它是基于MATLAB®的例子基于波束扫描、MVDR和MUSIC的到达方向估计．

可用的示例实现

这个例子包括两个Simulink®模型:

ULA上的波束扫描和MVDR到达方向估计

本例模拟了在一个10元均匀线性天线阵列(ULA)上接收两个窄带入射信号。两个信号源都位于0度仰角。一个信号源从30度方位角移动到50度方位角再移动回来。另一个功率小3分贝的信号源则向相反的方向移动。在模拟接收信号并加入噪声后，计算了波束扫描光谱和MVDR光谱。由于ULA是围绕其轴对称的，DOA算法不能唯一地确定方位角和仰角。因此，这些DOA估计器返回的结果是以舷侧角的形式。在本例中，由于源的仰角为0度，扫描区域在-90到90度之间，因此舷侧角和方位角是相同的。我们使用角度-时间强度作用域来可视化信号到达方向随时间的变化。

该模型由信号仿真和DOA处理组成。模型中使用的块是:

信号仿真

  • 随机源-标有标签的区块Signal1而且Signal2生成高斯矢量来模拟窄带平面波的传输功率。信号以每帧300个样本进行缓冲。

  • 连接—连接接口的输出随机源块变成一个2列矩阵。

  • 信号的方向-信号从工作区块从工作区读取，每个信号的到达方向的程度。该块输出两个角度的向量，每帧一次。

  • 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有两列的矩阵。每一列对应一个接收到的平面波。第二个输入(Ang)是一个2元向量，它指定了相应平面波在天线阵列上的入射方向。天线阵列的配置包含在MATLAB®工作空间变量中，由助手脚本创建。该变量用于传感器阵列选项卡。使用变量可以更容易地跨几个块共享天线阵列的配置。

  • 接收机前置放大器—对接收到的信号增加热噪声。

DOA处理

  • 齿龈MVDR频谱—使用MVDR算法计算入路窄带信号的空间频谱。这个模块还计算传入信号到达的方向。

  • 齿龈Beamscan频谱-使用窄带常规波束形成器扫描一个区域，计算传入窄带信号的空间频谱。这个模块还计算传入信号到达的方向。

探索的例子

通过辅助函数计算模型的几个对话框参数helperslexBeamscanMVDRDOAParam．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，该结构的字段由对话框引用。要修改任何参数，可以在命令提示符更改结构中的值，或者编辑helper函数并重新运行它以更新参数结构。

并显示结果

波束扫描光谱随着光源相互靠近而更新。光谱显示两个宽度不同的波峰向相反的方向移动。

当信号源相距约10度时，峰值合并，信号的DOA不清楚区分。计算出的DOA将开始偏离实际值，如显示器所示。当两个信号从距离小于波束宽度的方向到达时，使用波束扫描方法无法准确解析它们的DOA。

另一方面，MVDR光谱具有更高的分辨率。光谱中的波峰较窄，即使两个源彼此非常接近，也能被区分出来。MVDR算法对源的位置非常敏感。它试图过滤掉没有精确定位在指定的扫描角度之一的信号齿龈MVDR频谱块。当光源位于指定的扫描角度时，峰值最大。当光源从一个指定的扫描角度移动到另一个指定的扫描角度时，它们将产生脉动。

角度-时间强度范围有助于可视化空间频谱随时间的变化，空间频谱有助于了解到达信号的方向。与波束扫描法估计的频谱相比，MVDR算法估计的频谱能更准确地定位目标位置。

市建局到达方向的波束扫描和MVDR估计

本示例将上一个示例的ULA配置替换为10 × 5均匀矩形天线阵列(URA)。一个信号源从30度方位角，10度仰角移动到50度方位角，-5度仰角。另一个功率小3分贝的信号源则向相反的方向移动。矩形阵列允许DOA估计器确定方位角和仰角。用矩阵观察器代替向量作用域来可视化二维空间谱。其他所有内容都与前面的示例类似。

探索的例子

本例中使用的helper函数是helperslex2DBeamscanMVDRDOAParam．要从模型中打开函数，请单击修改仿真参数块。

并显示结果

结果与前面的示例类似。波束扫描光谱随着光源相互靠近而更新。光谱显示两个宽度不同的波峰向相反的方向移动。

当信号源相距约10度时，峰值合并，信号的DOA无法清晰区分。

这里MVDR光谱仍然可以区分两个峰。

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