宽带波束形成- MATLAB & Simulink - Math万博1manbetxWorks América Latina

宽带波束形成

万博1manbetx支持宽带波束形成

通过将传感器输入乘以具有适当相移的复指数来实现波束形成，只适用于窄带信号。在宽带的情况下，或宽带在信号中，转向矢量不是单一频率的函数。宽带处理通常用于麦克风和声学应用。

相控阵系统工具箱™软件提供传统和自适应宽带波束形成器。它们包括:

看到使用麦克风阵列的声波束形成举例说明了利用宽带波束形成技术提取噪声中的语音信号。

麦克风ULA阵列时延波束形成

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这个例子展示了如何用全向元件的麦克风阵列实现宽带传统时延波束形成。创建一个声波(压力波)啁啾信号。啁啾信号的带宽为1 kHz，在地面以340米/秒的速度传播。

注意:此示例仅在R2016b或更高版本中运行。如果您正在使用较早的版本，请将对该函数的每个调用替换为等价的一步语法。例如,替换myObject (x)与步骤(myObject x)．

c = 340;t = linspace (0, 1, 50 e3) ';sig =唧唧声(t, 0, 1000);

用十元ULA收集声啁啾。使用全向麦克风元件，间距小于波长的一半，采样频率为50 kHz。啁啾以角度入射到ULA上 $6 0^{\circ}$ 方位和 $0^{\circ}$ 海拔高度。给信号加上随机噪声。

麦克风=分阶段。OmnidirectionalMicrophoneElement (．．.“FrequencyRange”20 e3, [20]);数组=分阶段。齿龈(“元素”麦克风,“NumElements”10．．.“ElementSpacing”, 0.01);收集器=分阶段。WidebandCollector (“传感器”数组,“SampleRate”5 e4,．．.“PropagationSpeed”c“ModulatedInput”、假);sigang = (60; 0);sigang rsig =收集器(团体);Rsig = Rsig + 0.1* Rsig (size(Rsig));

采用宽带传统时延波束形成器提高接收信号的信噪比。

beamformer =分阶段。TimeDelayBeamformer (“SensorArray”数组,．．.“SampleRate”5 e4,“PropagationSpeed”c“方向”, sigang);y = beamformer (rsig);次要情节(2,1,1)情节(t(1:5000),真正的(rsig (1:5e3 5)))轴([0,t(5000), -0.5, 1])标题(“信号(实部)位于ULA的第5个元素”次要情节(2,1,2)情节(t(1:5000),真正的(y (1:5e3)))轴([0,t(5000), -0.5, 1])标题(具有时延波束形成的信号(实部))包含(“秒”）

图中包含2个轴对象。轴对象1的标题为Signal(实部)，位于ULA的第5个元素，包含一个类型为line的对象。具有时滞波束形成信号(实部)的轴对象2包含一个类型为line的对象。

宽带波束形成器性能可视化

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这个例子展示了如何绘制声学麦克风元件和麦克风元件阵列的响应图，以验证波束形成器的性能。阵列必须在整个带宽范围内保持可接受的阵列模式。

用余弦天线单元作为麦克风，创建一个11元均匀线性阵列(ULA)麦克风。的分阶段。CosineAntennaElementSystem object™非常通用，可以用作麦克风元素，因为它创建或接收标量字段。你需要改变响应频率到可听见范围。另外，要确保PropagationSpeed数组中的参数模式方法被设置为声音在空气中的速度。

c = 340;Freq = [1000 2750];fc = 2000;元素个数= 11;麦克风=分阶段。CosineAntennaElement(“FrequencyRange”、频率);数组=分阶段。齿龈(“NumElements”元素个数,．．.“ElementSpacing”, 0.5 * c / fc,“元素”、麦克风);

绘制麦克风元件在一组频率上的响应模式。

plotFreq = linspace (min(频率),max(频率),15);模式(麦克风、plotFreq 180:180, 0,“CoordinateSystem”，“矩形”，．．.“PlotStyle”，“瀑布”，“类型”，“powerdb”）

图中包含一个轴对象。标题为方位角切割(仰角= 0.0°)的轴对象包含一个类型为曲面的对象。

这张图显示了元素模式在整个带宽上是恒定的。

绘制一个11元阵列在同一组频率上的响应模式。

模式(数组、plotFreq 180:180, 0,“CoordinateSystem”，“矩形”，．．.“PlotStyle”，“瀑布”，“类型”，“powerdb”，“PropagationSpeed”c)

图中包含一个轴对象。标题为方位角切割(仰角= 0.0°)的轴对象包含一个类型为曲面的对象。

这张图表明，单元图主瓣随频率减小。

在阵列上应用子带相移波束形成器。兴趣方向是30°方位角和0°仰角。有8个子带。

方向= (30;0);numbands = 8;beamformer =分阶段。SubbandPhaseShiftBeamformer (“SensorArray”数组,．．.“方向”、方向、．．.“OperatingFrequency”足球俱乐部,“PropagationSpeed”c．．.“SampleRate”1 e3,．．.“WeightsOutputPort”,真的,“SubbandsOutputPort”,真的,．．.“NumSubbands”, numbands);rx = 1 (numbands元素个数);[y, w, centerfreqs] = beamformer (rx);

利用波束形成器的权重和中心频率绘制阵列的响应模式。

模式(数组,centerfreqs。”[180:180],0,“重量”w,“CoordinateSystem”，“矩形”，．．.“PlotStyle”，“瀑布”，“类型”，“powerdb”，“PropagationSpeed”c)

图中包含一个轴对象。标题为方位角切割(仰角= 0.0°)的轴对象包含一个类型为曲面的对象。

上图显示了每个子频带中心频率处的波束形成模式。

在二维中绘制三个频率的响应模式。

centerfreqs = fftshift (centerfreqs);w = fftshift (w、2);idx =(1、5、8);模式(数组,centerfreqs (idx)。[180:180],0,“重量”w (: idx),“CoordinateSystem”，“矩形”，．．.“PlotStyle”，“叠加”，“类型”，“powerdb”，“PropagationSpeed”传说,c) (“位置”，“南”）

图中包含一个轴对象。标题为方位角切割(仰角= 0.0°)的轴对象包含3个类型为line的对象。这些物体分别代表1.500 kHz、2.000 kHz、2.375 kHz。

这张图表明，主波束方向保持不变，而波束宽度随频率减小。