Документация Engee

Frost Beamformer

Неперестраиваемый формирователь диаграммы направленности.

frost beamformer

Описание

Блок Frost Beamformer реализует неперестраиваемый формирователь диаграммы направленности. Блок включает в себя MVDR-формирователь луча во временной области на основе групп FIR-фильтров. MVDR-формирователь направляет луч в заданную сторону, а FIR-фильтры сохраняют мощность входного сигнала.

Порты

Вход

X — входной сигнал
комплексная матрица M на N | вещественная матрица M на N

Входной сигнал, заданный в виде матрицы M на N, где M — количество отсчетов сигнала, а N — количество элементов в антенной решетке.

Типы данных: Float16, Float32, Float64, Int8, Int16, Int32, Int64, UInt8, UInt16, UInt32, UInt64, Bool

Поддержка комплексных чисел: Да

XT — обучающий сигнал
комплексная матрица M на N | вещественная матрица M на N

Входной сигнал, заданный в виде матрицы M на N, где M — количество отсчетов сигнала, а N — количество элементов в антенной решетке.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите флажок Enable training data input.

Типы данных: Float16, Float32, Float64, Int8, Int16, Int32, Int64, UInt8, UInt16, UInt32, UInt64, Bool

Поддержка комплексных чисел: Да

Ang — направление формирования луча
вещественный вектор 2 на 1

Направление формирования луча, заданное в виде вещественного вектора 2 на 1, имеющего вид [AzimuthAngle;ElevationAngle]. Единицы измерения угла — градусы. Азимутальный угол должен лежать в диапазоне от −180° до 180° включительно, а угол возвышения – в диапазоне от −90° до 90° включительно. Углы задаются относительно локальной системы координат массива.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите для параметра Source of beamforming direction значение Input port.

Типы данных: Float16, Float32, Float64, Int8, Int16, Int32, Int64, UInt8, UInt16, UInt32, UInt64, Bool

Выход

Y — выходной сигнал, сформированный по лучу
комплексный вектор M на 1

Выходной сигнал, сформированный по лучу, возвращается в виде комплексного вектора на 1. Значение — количество образцов сигнала.

Типы данных: Float16, Float32, Float64, Int8, Int16, Int32, Int64, UInt8, UInt16, UInt32, UInt64, Bool

Поддержка комплексных чисел: Да

W — весовые коэффициенты формирования луча
комплексный вектор N на 1

Весовые коэффициенты при формировании луча, возвращаемые в виде комплексного вектора N на 1. Величина N — количество элементов в антенной решетке. Если для параметра Specify sensor array as установлено значение Partitioned array или Replicated subarray, то N представляет собой количество подмассивов.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите флажок Enable weights output.

Типы данных: Float16, Float32, Float64, Int8, Int16, Int32, Int64, UInt8, UInt16, UInt32, UInt64, Bool

Поддержка комплексных чисел: Да

Параметры

Main

Signal propagation speed — скорость распространения сигнала, м/c
3e8 (по умолчанию) | положительный скаляр

Скорость распространения сигнала в виде вещественного положительного скаляра. По умолчанию используется значение скорости света: 3e8 м/c.

Единицы измерения — метры в секунду.

Типы данных: Float16, Float32, Float64, Int8, Int16, Int32, Int64, UInt8, UInt16, UInt32, UInt64

Inherit sample rate — наследовать частоту дискретизации
включено (по умолчанию) | выключено

Установите флажок, чтобы наследовать частоту дискретизации от вышестоящих блоков. В ином случае задайте частоту дискретизации с помощью параметра Sample rate (Hz).

Sample rate (Hz) — частота дискретизации
1e6 (по умолчанию) | положительный скаляр

Частота дискретизации сигнала в виде положительного скаляра. Единицы измерения — герцы.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, снимите флажок Inherit sample rate.

Типы данных: Float16, Float32, Float64, Int8, Int16, Int32, Int64, UInt8, UInt16, UInt32, UInt64, Bool

FIR filter length — длина FIR-фильтра
1 (по умолчанию) | положительное целое число

Длина FIR-фильтра, используемого для обработки сигнала от каждого элемента антенной решетки, задается как целое положительное число.

Типы данных: Float16, Float32, Float64, Int8, Int16, Int32, Int64, UInt8, UInt16, UInt32, UInt64, Bool

Diagonal loading factor — коэффициент диагональной нагрузки для обеспечения стабильности
неотрицательный скаляр

Укажите коэффициент диагональной нагрузки в виде неотрицательного скаляра. Диагональная нагрузка — это техника, используемая для достижения надежной работы формирования луча, особенно когда обучающая сигнальная выборка мала.

Enable training data input — возможность использования обучающих данных
выключено (по умолчанию) | включено

Установите этот флажок, чтобы задать дополнительные данные для обучения через входной порт XT. Чтобы использовать входной сигнал в качестве обучающих данных, снимите флажок, убирающий этот порт.

Source of beamforming direction — источник направления лучевого формирования
Property (по умолчанию) | Input port

Источник направления формирования луча, указанный как Property или Input port. Если для параметра Source of beamforming direction выбрано значение Property, то направление задается с помощью параметра Beamforming direction (deg). При выборе значения Input port направление определяется входом в порт Ang.

Beamforming direction (deg) — направление формирования луча
вещественный вектор 2 на 1

Направление формирования луча, заданное в виде вещественного вектора 2 на 1, имеющего форму [AzimuthAngle;ElevationAngle]. Азимутальный угол должен лежать в диапазоне от −180°` до 180°. Угол возвышения должен лежать в диапазоне от −90° до 90°. Углы задаются относительно локальной системы координат массива.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Source of beamforming direction значение Property.

Enable weights output — опция вывода весовых коэффициентов формирователя луча
выключено (по умолчанию) | включено

Установите этот флажок, чтобы получить весовые коэффициенты формирователя луча из выходного порта .

Simulate using — метод моделирования блоков Interpreted Execution (по умолчанию)

Моделирование блока, указанное как Interpreted Execution или Code Generation. Если вы хотите, чтобы ваш блок использовал интерпретатор Engee, выберите Interpreted Execution. Если вы хотите, чтобы ваш блок выполнялся как скомпилированный код, выберите Code Generation. Компилируемый код требует времени на компиляцию, но обычно выполняется быстрее.

Интерпретированное выполнение полезно при разработке и настройке модели. Блок запускает базовый системный объект в Engee. Вы можете быстро изменять и выполнять свою модель. Когда вы будете удовлетворены результатами, вы можете запустить блок с помощью генерации кода. Длинные моделирования выполняются быстрее с Code Generation, чем при интерпретируемом выполнении. Вы можете выполнять повторные запуски без перекомпиляции, но если вы измените какие-либо параметры блока, то блок автоматически перекомпилируется перед выполнением.

В этой таблице показано, как параметр Simulate using влияет на общее поведение моделирования.

Когда модель Engee находится в режиме Accelerator, то режим блока, заданный с помощью параметра Simulate using, переопределяет режим моделирования.

Acceleration Modes

Симуляция блоков

Вид симуляции

Normal

Accelerator

Rapid Accelerator

Interpreted Execution

Блок выполняется с помощью интерпретатора Engee.

Блок выполняется с помощью интерпретатора Engee.

Создает автономный исполняемый файл из модели.

Code Generation

Блок скомпилирован.

Все блоки в модели скомпилированы.

Программное использование

Параметр блока

SimulateUsing

Тип

enum

Значения

Interpreted Execution, Code Generation

По умолчанию

Interpreted Execution

Массивы датчиков

Specify sensor array as — метод задания массива
Array (no subarrays) (по умолчанию) | Single element | Replicated subarray

Указать элемент датчика или массив датчиков. Массив датчиков может также содержать подмассивы или быть разбитым на части.

Доступные значения:

  • Single element

  • Array (no subarrays)

  • Replicated subarray

Expression — выражение Engee, используемое для создания массива

Выражение Engee, используемое для создания массива.

Пример: phased.URA('Size',[5,3])

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Specify sensor array as значение Engee expression.

Element type — типы элементов массива
Isotropic Antenna (по умолчанию) | Cosine Antenna |Omni Microphone

Тип антенны или микрофона.

Доступные значения:

  • Isotropic Antenna

  • Cosine Antenna

  • Custom Antenna

  • Omni Microphone

Operating frequency range (Hz) — диапазон рабочих частот антенны или микрофона
[0,1e20] (по умолчанию) | вещественный вектор-строка 1 на 2

Диапазон рабочих частот антенны или микрофонного элемента в виде вектора-строки 1 на 2 в форме [LowerBound,UpperBound]. За пределами этого диапазона частот элемент не имеет отклика. Единицы измерения частоты — герцы.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Element type значение Isotropic Antenna, Cosine Antenna или Omni Microphone.

Operating frequency vector (Hz) — вектор рабочих частот антенны или микрофона
[0,1e20] (по умолчанию) | вещественный вектор-строка

Укажите частоты, на которых необходимо установить частотные характеристики антенны и микрофона, в виде вектора-строки 1 на L с возрастающими вещественными значениями. Антенный или микрофонный элемент не имеет отклика вне диапазона частот, заданного минимальным и максимальным элементами этого вектора. Единицы измерения частоты — герцы.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Element type значение Custom Antenna или Custom Microphone. Для настройки откликов на этих частотах используйте Frequency responses (dB).

Baffle the back of the element — установить эхо равным нулю
выключено (по умолчанию) | включено

Установите этот флажок, чтобы заглушить эхо элемента.

При обратном отводе эхо на всех углах азимута, превышающих ±90° от широкой стороны, устанавливаются в ноль. Широкая сторона определяется как угол азимута 0° и угол возвышения 0°.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Element type значение Isotropic Antenna или Omni Microphone.

Exponent of cosine pattern — экспоненты азимутальной и высотной косинусных диаграмм направленности
[1.5 1.5] (по умолчанию) | неотрицательный скаляр | вещественная матрица неотрицательных значений 1 на 2

Экспоненты косинусной модели в виде неотрицательного скаляра или вещественной матрицы 1 на 2 из неотрицательных значений. Если Exponent of cosine pattern — вектор 1 на 2, то первый элемент — это экспонента в направлении азимута, а второй — в направлении возвышения. При скалярном значении этого параметра косинусы в азимутальном и высотном направлениях возводятся в одну степень.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Element type значение Cosine Antenna.

Параметры решетки

Geometry — геометрия решетки
ULA (по умолчанию) | URA | UCA | Conformal Array

Конфигурация антенны, указанная как:

  • ULA — равномерная линейная.

  • URA — равномерная прямоугольная.

  • UCA — равномерная круговая.

  • Conformal Array — произвольное расположение элементов.

Number of elements — количество элементов в антенной решетке
2 для ULA arrays и 5 для UCA arrays (по умолчанию)

Количество элементов для решетки типа ULA или UCA, заданное как целое число, большее или равное 2.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Geometry значение ULA или UCA.

Element spacing (m) — расстояние между элементами
0.5 для ULA arrays и [0.5,0.5] для URA arrays (по умолчанию) | положительный скаляр | вектор положительных значений 2 на 1 для URA arrays

Расстояние между соседними элементами массива:

  • ULA — указать расстояние между двумя соседними элементами массива в виде положительного скаляра.

  • URA — задается расстояние в виде положительного скаляра или вектора положительных значений 1 на 2. Если Element spacing (m) — скаляр, то расстояния между строками и столбцами равны. Если Element spacing (m) — вектор, то вектор имеет вид [SpacingBetweenArrayRows,SpacingBetweenArrayColumns].

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Geometry значение ULA или URA.

Array axis — направление линейной оси ULA
y (по умолчанию) | x | z

Направление линейной оси ULA, заданное как y, x или z. Все элементы массива ULA равномерно распределены вдоль этой оси в локальной системе координат массива.

Зависимости

  • Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Geometry значение ULA.

  • Этот параметр также включен, если блок поддерживает только ULA-массивы.

Array size — размеры решетки URA
[2,2] (по умолчанию) | положительное целое число | вектор 1 на 2 с целочисленными положительными элементами

Размеры массива URA, заданные в виде целого положительного числа или вектора 1 на 2 целых положительных чисел.

Если размер массива – вектор 1 на 2, то вектор имеет вид [NumberOfArrayRows,NumberOfArrayColumns].

ura example

Для URA элементы массива индексируются сверху вниз по крайнему левому столбцу массива и далее по следующим столбцам слева направо.

Element lattice — решетка позиций элементов URA
Rectangular (по умолчанию) | Triangular

Решетка положений элементов URA, заданная как прямоугольная или треугольная.

  • Rectangular — выравнивает все элементы в направлениях строк и столбцов.

  • Triangular — смещает элементы четного ряда прямоугольной решетки в сторону положительного направления оси ряда. Смещение составляет половину расстояния между элементами по размеру ряда.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Geometry значение URA.

Array normal — направление нормали к решетке
x для URA arrays или z для UCA arrays (по умолчанию)

Направление нормали к решетке, заданное в виде x, y или z.

Элементы плоских решеток лежат в плоскости, ортогональной выбранному направлению нормали массива. Направления бокового обзора элементов направлены вдоль направления нормали.

Значение нормали к решетке Положение элементов и направление бокового обзора

x

Элементы решетки лежат в -плоскости. Все векторы нормали к элементам направлены вдоль оси .

y

Элементы решетки лежат в -плоскости. Все векторы нормали к элементам направлены вдоль оси .

z

Элементы решетки лежат в -плоскости. Все векторы нормали к элементам направлены вдоль оси .

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Geometry значение URA или UCA.

Radius of UCA (m) — радиус решетки UCA
0.5 (по умолчанию) | положительный скаляр

Радиус массива UCA, заданный в виде положительного скаляра.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Geometry значение UCA.

Element positions (m) — положение элементов конформной решетки
[0;0;0] (по умолчанию) | матрица положительных значений 3 на N

Позиции элементов конформной решетки, заданные в виде матрицы вещественных значений размерностью 3 на , где – количество элементов в конформном массиве. Каждый столбец этой матрицы представляет собой позицию ['x';'y';'z'] элемента массива в локальной системе координат массива. Начало локальной системы координат – (0,0,0). Единицы измерения — метры.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Geometry значение Conformal Array.

Типы данных: double

Element normals (deg) — направление нормальных векторов элементов конформной решетки
[0;0] | вектор-столбец 2 на 1 | матрица 2 на N

Направление нормальных векторов элементов в конформной решетке, заданное в виде вектора-столбца 2 на 1 или матрицы 2 на . указывает на количество элементов в массиве. Если параметр представляет собой матрицу, каждый столбец задает направление нормали соответствующего элемента в виде [azimuth;elevation] относительно локальной системы координат. Локальная система координат выравнивает положительную ось с направлением нормали к конформной решетке. Если значение параметра представляет собой вектор-столбец 2 на 1, для всех элементов массива используется одно и то же направление наведения.

Параметры Element positions (m) и Element normals (deg) можно использовать для представления любого расположения, в котором пары элементов отличаются определенными преобразованиями. Преобразования могут сочетать в себе перевод, поворот по азимуту и поворот по высоте. Однако нельзя использовать преобразования, требующие поворота относительно направления нормали.

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Geometry значение Conformal Array.

Типы данных: double

Taper — конусность элементов
1 (по умолчанию) | комплексный скаляр | комплексный вектор-строка

Задайте коническое сужение элемента в виде комплексного скаляра или комплексного вектора-строки 1 на . В этом векторе представляет собой количество элементов в массиве.

Также известные как веса элементов, конические сужения умножают отклики элементов массива. Конусы изменяют амплитуду и фазу отклика, чтобы уменьшить боковые лепестки или направить главную ось отклика.

Если Taper – скаляр, то к каждому элементу применяется один и тот же вес. Если Taper – вектор, к соответствующему элементу датчика применяется вес из вектора. Количество весов должно соответствовать количеству элементов массива.

Типы данных: double