Распространите сигналы в многопутевом канале
Система phased.MultipathChannel object™ распространяет сигнал через многопутевой канал. Чтобы запустить объект, необходимо обеспечить характеристики для каждого пути: задержка, усиление, Доплеровский фактор, отражательная потеря и распространяющаяся потеря.
Для приложений гидролокатора можно использовать Системный объект phased.IsoSpeedUnderwaterPaths, чтобы сгенерировать характеристики пути к каналу. Можно также предоставить эти характеристики независимо.
К образцовому распространению сигнала через многопутевой канал:
Задайте и настройте распространителя. Можно установить свойства phased.MultipathChannel во время создания или оставить их их значениям по умолчанию. Смотрите Конструкцию. Некоторые свойства, которые вы устанавливаете во время создания, могут быть изменены позже. Эти свойства являются настраиваемыми.
Чтобы вычислить распространенный сигнал, вызовите метод step phased.MultipathChannel. Вывод метода step зависит от свойств Системного объекта phased.MultipathChannel. Можно изменить настраиваемые свойства в любое время.
Вместо того, чтобы использовать метод step, чтобы выполнить операцию, заданную Системным объектом, можно вызвать объект с аргументами, как будто это была функция. Например, y = step(obj,x) и y = obj(x) выполняют эквивалентные операции.
propagator = phased.MultipathChannel
propagator = phased.MultipathChannel(Name,Value)Name к заданному Value. Можно задать дополнительное имя и аргументы пары значения в любом порядке как (Name1,Value1..., NameN,ValueN).
| сброс | Сбросьте состояние Системного объекта |
| шаг | Распространите сигнал через многопутевой звуковой канал |
| Характерный для всех системных объектов | |
|---|---|
release | Позвольте изменения значения свойства Системного объекта |
Создайте подводный звуковой канал с пятью путями и вычислите матрицу пути к распространению, Доплеровский фактор и потерю поглощения. Примите, что источник является стационарным, и получатель проходит ось X к источнику на уровне 20 км/ч. Примите одностороннее распространение по умолчанию.
Создайте канал и задайте источник и местоположения получателя и скорости.
numpaths = 5; channel = phased.IsoSpeedUnderwaterPaths('ChannelDepth',200,'BottomLoss',10, ... 'NumPathsSource','Property','NumPaths',numpaths); tstep = 1; srcpos = [0;0;-160]; rcvpos = [100;0;-50]; speed = -20*1000/3600; srcvel = [0;0;0]; rcvvel = [speed;0;0];
Вычислите матрицу пути, Доплеровский фактор и потери.
[pathmat,dop,absloss] = channel(srcpos,rcvpos,srcvel,rcvvel,tstep);
Создайте 500 выборок сигнала на 100 Гц. Примите, что все пути имеют тот же сигнал. Распространите сигналы к получателю.
fs = 1e3; nsamp = 500; propagator = phased.MultipathChannel('OperatingFrequency',10e3,'SampleRate',fs); t = [0:(nsamp-1)]'/fs; sig0 = sin(2*pi*100*t); sig = repmat(sig0,1,numpaths); propsig = propagator(sig,pathmat,dop,absloss);
Постройте действительную часть когерентной суммы распространенных сигналов.
plot(t*1000,real(sum(propsig,2)))
xlabel('Time (millisec)')
Создайте подводный звуковой канал с семью путями и отобразите матрицу пути к распространению. Примите, что источник является стационарным и что получатель проходит ось X к источнику на уровне 20 км/ч. Примите двухстороннее распространение.
speed = -20*1000/3600; numpaths = 7; csound = 1515.0; channel = phased.IsoSpeedUnderwaterPaths('ChannelDepth',200, ... 'PropagationSpeed',csound,'BottomLoss',10,'NumPathsSource','Property', ... 'NumPaths',numpaths,'TwoWayPropagation',true); tstep = 1; srcpos = [0;0;-160]; tgtpos = [500;0;-50]; srcvel = [0;0;0]; tgtvel = [speed;0;0];
Получите матрицу пути, Доплеровский фактор, потерю, и предназначайтесь для отражения и передайте углы.
[pathmat,dop,aloss,tgtangs,srcangs] = channel(srcpos,tgtpos,srcvel,tgtvel,tstep);
Создайте сигнал на 100 Гц с 500 выборками. Примите, что все пути имеют тот же сигнал, но с различными амплитудами. Затем распространите сигналы к цели и назад. Можно использовать информацию об угле, чтобы вычислить любую угловую зависимость входных и выходных ответов. Каждый канал может иметь различную амплитуду. Этот пример использует простую модель косинуса.
fs = 1e3; nsamp = 500; propagator = phased.MultipathChannel('OperatingFrequency',10e3,'SampleRate',fs); t = [0:(nsamp-1)]'/fs; ampsrc = cosd(srcangs(2,:)); amptgt = cosd(tgtangs(2,:)); sig0 = sin(2*pi*100*t); sig = repmat(sig0,1,numpaths); amptotal = ampsrc.^2.*amptgt; sig = bsxfun(@times,amptotal,sig);
Из-за конечной задержки распространения первый вызов распространителя не возвращает сигнал. Вызовите propagator дважды, чтобы получить возвращенный сигнал.
propsig = propagator(sig,pathmat,dop,aloss); propsig = propagator(sig,pathmat,dop,aloss);
Постройте действительную часть когерентной суммы распространенных сигналов. Вычислите время цикла обработки.
rng = rangeangle(srcpos,tgtpos);
tr = rng/csound;
plot((t+tr)*1000,real(sum(propsig,2)))
xlabel('Time (millisec)')
Создайте подводный звуковой канал и постройте объединенный полученный сигнал. Автоматически найдите количество путей. Примите, что источник является стационарным и что получатель проходит ось X к источнику на уровне 20 км/ч. Примите одностороннее распространение по умолчанию.
speed = -20*1000/3600; channel = phased.IsoSpeedUnderwaterPaths('ChannelDepth',200,'BottomLoss',5, ... 'NumPathsSource','Auto','CoherenceTime',5); tstep = 1; srcpos = [0;0;-160]; rcvpos = [500;0;-50]; srcvel = [0;0;0]; rcvvel = [speed;0;0];
Вычислите матрицу пути, Доплеровский фактор и потери. Распространитель выходные параметры 51 путь вывод, но некоторые пути может содержать значения Nan.
[pathmat,dop,absloss,rcvangs,srcangs] = channel(srcpos,rcvpos,srcvel,rcvvel,tstep);
Создайте сигнала на 100 Гц с 500 выборками. Примите, что все пути имеют тот же сигнал. Используйте Системный объект phased.MultipathChannel, чтобы распространить сигналы к получателю. phased.MultipathChannel принимает как вход все пути, произведенные phased.IsoSpeedUnderwaterPaths, но игнорирует пути, которые имеют значения NaN.
fs = 1e3; nsamp = 500; propagator = phased.MultipathChannel('OperatingFrequency',10e3,'SampleRate',fs); t = [0:(nsamp-1)]'/fs; sig0 = sin(2*pi*100*t); numpaths = size(pathmat,2); sig = repmat(sig0,1,numpaths); propsig = propagator(sig,pathmat,dop,absloss);
Постройте действительную часть когерентной суммы распространенных сигналов.
plot(t*1000,real(sum(propsig,2)))
xlabel('Time (millisec)')
Сравните длительность распространенного сигнала от стационарного гидролокатора до того из движущегося гидролокатора. Движущийся гидролокатор имеет радиальную скорость на расстоянии в 25 м/с от цели. В каждом случае распространите сигнал вдоль одного пути. Примите одностороннее распространение.
Задайте системные параметры гидролокатора: максимальная однозначная область значений, требуемое разрешение области значений, рабочая частота и скорость распространения.
maxrange = 5000.0; rngres = 10.0; fc = 20.0e3; csound = 1520.0;
Используйте прямоугольную форму волны для переданного сигнала.
prf = csound/(2*maxrange); pulseWidth = 8*rngres/csound; pulseBW = 1/pulseWidth; fs = 80*pulseBW; waveform = phased.RectangularWaveform('PulseWidth',pulseWidth,'PRF',prf, ... 'SampleRate',fs);
Задайте положения гидролокатора.
sonarplatform1 = phased.Platform('InitialPosition',[0;0;-60],'Velocity',[0;0;0]); sonarplatform2 = phased.Platform('InitialPosition',[0;0;-60],'Velocity',[0;-25;0]);
Задайте целевое положение.
targetplatform = phased.Platform('InitialPosition',[0;500;-60],'Velocity',[0;0;0]);
Задайте подводный путь и объекты канала распространения.
paths = phased.IsoSpeedUnderwaterPaths('ChannelDepth',100, ... 'CoherenceTime',0,'NumPathsSource','Property','NumPaths',1, ... 'PropagationSpeed',csound); propagator = phased.MultipathChannel('SampleRate',fs,'OperatingFrequency',fc);
Создайте переданную форму волны.
wav = waveform(); nsamp = size(wav,1); rxpulses = zeros(nsamp,2); t = (0:nsamp-1)/fs;
Передайте сигнал и затем получите эхо в стационарном гидролокаторе.
[pathmat,dop,aloss,~,~] = paths(sonarplatform1.InitialPosition, ... targetplatform.InitialPosition,sonarplatform1.InitialVelocity, ... targetplatform.InitialVelocity,1/prf); rxpulses(:,1) = propagator(wav,pathmat,dop,aloss);
Передайте и получите в движущемся гидролокаторе.
[pathmat,dop,aloss,~,~] = paths(sonarplatform2.InitialPosition, ... targetplatform.InitialPosition,sonarplatform2.Velocity, ... targetplatform.Velocity,1/prf); rxpulses(:,2) = propagator(wav,pathmat,dop,aloss);
Постройте полученные импульсы.
plot(abs(rxpulses)) xlim([490 650]) ylim([0 1.65e-3]) legend('Stationary sonar','Moving sonar') xlabel('Received Sample Time (sec)') ylabel('Integrated Received Pulses')
Сигнал, полученный в движущемся гидролокаторе, увеличился в длительности по сравнению со стационарным гидролокатором.
[1] Urick, R.J. Принципы подводного звукового, 3-го выпуска. Нью-Йорк: Peninsula Publishing, 1996.
[2] Шерман, C.S. и преобразователи J.Butler и массивы для подводного звука. Нью-Йорк: Спрингер, 2007.
[3] Аллен, Дж.Б. и Д. Беркели, “Метод изображений для того, чтобы эффективно моделировать акустику небольшой комнаты”, Дж. Акуст. Soc. Vol 65, № 4. Апрель 1979.