Документация

Системы локальной координаты массивов

Положения элементов любого массива Phased Array System Toolbox™ всегда задаются в системе локальной координаты. Когда вы используете любой из Системных объектов, которые создают универсальные массивы, положения элемента массива заданы автоматически относительно предопределенной системы локальной координаты. Массивы, для которых это свойство хранения phased.ULA, phased.URA, phased.UCA, phased.HeterogeneousULA и Системные объекты phased.HeterogeneousURA. Для этих Системных объектов массивы описаны с помощью нескольких параметров, таких как интервал элемента и число элементов. Положения элементов затем заданы относительно источника массивов, расположенного в (0,0,0), который является геометрическим центром массива. Геометрический центр является хорошим приближением к центру фазы массивов. Центр фазы массива является точкой, от которой исходящие волны, кажется, выделяются, когда наблюдается в далеком поле. Например, для ULA с нечетным числом элементов, элементы расположены на расстояниях (-2d, -d, 0, d, 2d) вдоль оси массивов.

Существуют Системные объекты массивов, для которых необходимо явным образом задать координаты элемента. Можно использовать эти объекты для создания произвольных форм массивов. Эти объекты являются Системными объектами phased.HeterogeneousConformalArray и phased.ConformalArray. Для этих массивов центр фазы массива не должен совпадать с источником массивов или геометрическим центром.

Направления Опорного направления элемента.  В дополнение к положениям элемента необходимо задать ориентации элемента, то есть, направления, в которых указывают элементы. Некоторые элементы очень направлены — большинство их излученных энергетических потоков в одном направлении, названном основной осью ответа (MRA). Другие являются всенаправленными. Ориентация элемента является указывающим направлением MRA. Вы задаете ориентацию элемента с помощью азимута и повышения в системе локальной координаты массивов. Направление, что антенна или микрофон поверхности MRA при передаче или получении сигнала также называются направление взгляда или опорное направление. Для универсальных массивов все направления опорного направления всех элементов определяются параметрами массива. Для конформных массивов вы задаете направление опорного направления каждого элемента независимо.

Система локальной координаты универсальной линейной матрицы

Источник массивов и Центр Фазы.  Универсальная линейная матрица (ULA) является массивом антенны или элементов микрофона, которые являются equidistantly, расположенным с интервалами вдоль прямой линии. В Phased Array System Toolbox Системный объект phased.ULA создает массив ULA. Геометрия ориентации ULA ее элементов определяется тремя параметрами: число элементов, расстояние между элементами и свойство ArrayAxis. Для ULA система локальной координаты адаптируется к массиву — элементы являются автоматически присвоенными положениями в системе локальной координаты.

Положения элементов в массиве определяются свойством ArrayAxis, которое может принять значения 'x', 'y' или 'z'. Свойство оси массивов определяет ось, на которой заданы все элементы. Например, когда свойство ArrayAxis установлено в 'x', элементы массива простираются вдоль x - ось. Элементы расположены симметрично относительно источника. Поэтому геометрический центр массива находится в начале координат системы координат.

Эти данные показывают четырехэлементный ULA с направленными элементами в локальной правой системе координат. Элементы лежат на y - оси с их осями опорного направления, указывающими в x - направление. В этом случае свойство ArrayAxis установлено в 'y.

Направление Опорного направления Элемента ULA.  В ULA направления опорного направления каждого элемента указывают в том же направлении. Направление является ортогональным к оси массивов. Это направление зависит от выбора свойства ArrayAxis.

Локальные координаты, адаптированные к универсальной линейной матрице

Создайте два примера универсальной линейной матрицы и отобразите координаты элементов относительно систем локальной координаты, заданных массивами.

Во-первых, создайте ULA с 4 элементами с половиной интервала элемента метра.

sULA = phased.ULA('NumElements',4,'ElementSpacing',0.5);
ElementLocs = getElementPosition(sULA)

ElementLocs = 3×4

         0         0         0         0
   -0.7500   -0.2500    0.2500    0.7500
         0         0         0         0

viewArray(sULA)

Источник центральной массивом системы локальной координаты установлен в центр фазы массива. Центр фазы является средним значением положений элемента массива.

disp(mean(ElementLocs'))

     0     0     0

Поскольку массив имеет четное число элементов, никакой элемент массива на самом деле не находится в центре фазы (0,0,0).

Затем создайте ULA с 5 элементами с тридцатисантиметровым интервалом элемента.

sULA1 = phased.ULA('NumElements',5,'ElementSpacing',0.3);
ElementLocs = getElementPosition(sULA1)

ElementLocs = 3×5

         0         0         0         0         0
   -0.6000   -0.3000         0    0.3000    0.6000
         0         0         0         0         0

viewArray(sULA1)

Поскольку массив имеет нечетное число элементов в каждой строке и столбце, центральный элемент массива находится в центре фазы.

Система локальной координаты универсального прямоугольного массива

Источник массивов и Центр Фазы.  Универсальный прямоугольный массив (URA) является массивом антенны или элементов микрофона, помещенных на обычную двумерную сетку. Геометрия URA и местоположения и ориентации его элементов определяется несколькими параметрами: размерности массива, расстояния между элементами и свойства ArrayNormal. Для URA система локальной координаты адаптируется к массиву — элементы являются автоматически присвоенными положениями в системе локальной координаты. Источник системы локальной координаты является геометрическим центром массива. Центр фазы массива совпадает с геометрическим центром. Элементы являются автоматически присвоенными положениями в этой системе локальной координаты. Положения определяются свойством ArrayNormal, которое может принять значения 'x', 'y' или 'z'. Все элементы лежат в плоскости, проходящей через источник и ортогональный к оси, заданной в этом свойстве. Например, когда свойство ArrayNormal установлено в 'x', элементы массива лежат в yz - плоскость как показано в фигуре. Данные показывают 2 4 элемент, URA с элементами расположил с интервалами метры d независимо и в y и в направлениях z.

Направление Опорного направления элемента.  В URA, как ULA, направления опорного направления каждого элемента указывают в том же направлении. Вы управляете этим направлением с помощью свойства ArrayNormal. Для URA, показанного в предыдущей фигуре, свойство ArrayNormal установлено в 'x'. Затем опорные направления элемента указывают вдоль x - ось.

Локальные координаты, адаптированные к универсальному прямоугольному массиву

Создайте два примера универсальных прямоугольных массивов и отобразите координаты элементов относительно систем локальной координаты, заданных массивами.

Во-первых, создайте 2 4 URA с половиной интервала элемента метра.

sURA = phased.URA('Size',[2 4],'ElementSpacing',[0.5 0.5]);
ElementLocs = getElementPosition(sURA)

ElementLocs = 3×8

         0         0         0         0         0         0         0         0
   -0.7500   -0.7500   -0.2500   -0.2500    0.2500    0.2500    0.7500    0.7500
    0.2500   -0.2500    0.2500   -0.2500    0.2500   -0.2500    0.2500   -0.2500

viewArray(sURA)

Центр фазы массива является средним значением положений элемента массива. Источник системы локальной координаты массивов установлен в центр фазы массива.

disp(mean(ElementLocs'))

     0     0     0

Поскольку массив имеет четное число элементов в каждой строке и столбце, никакой элемент массива на самом деле не находится в центре фазы (0,0,0).

Затем создайте 5 3 URA с тридцатисантиметровым интервалом элемента.

sURA1 = phased.URA([5 3],'ElementSpacing',[0.3 0.3]);
ElementLocs = getElementPosition(sURA1)

ElementLocs = 3×15

         0         0         0         0         0         0         0         0         0         0         0         0         0         0         0
   -0.3000   -0.3000   -0.3000   -0.3000   -0.3000         0         0         0         0         0    0.3000    0.3000    0.3000    0.3000    0.3000
    0.6000    0.3000         0   -0.3000   -0.6000    0.6000    0.3000         0   -0.3000   -0.6000    0.6000    0.3000         0   -0.3000   -0.6000

viewArray(sURA1)

Поскольку массив имеет нечетное число элементов в каждой строке и столбце, центральный элемент массива находится в центре фазы.

Сигнал прибывает в массив от точки в 1 000 метров от вперед +x-axis глобальной системы координат. Локальный массив URA вращается 30 градусов по часовой стрелке вокруг оси Y. Вычислите угол прибытия сигнала в осях локального массива.

laxes = roty(30);
[rng,ang] = rangeangle([1000,0,0]',[0,0,0]',laxes)

rng = 1.0000e+03

ang = 2×1

         0
   30.0000

Система локальной координаты универсального кругового массива

Источник массивов и Центр Фазы.  Универсальный круговой массив (UCA) является массивом антенны или элементов микрофона, расположенных с интервалами под равными углами вокруг круга. Системный объект phased.UCA создает особый случай UCA. В этом случае направления опорного направления элемента указывают далеко от источника массивов как спицы колеса. Источник системы локальной координаты является геометрическим центром массива. Геометрия UCA и местоположения и ориентации его элементов определяется тремя параметрами: радиус массива, числа элементов и свойства ArrayNormal. Элементы являются автоматически присвоенными положениями в системе локальной координаты. Положения определяются свойством ArrayNormal, которое может принять значения 'x', 'y' или 'z'. Все элементы лежат в плоскости, проходящей через источник и ортогональный к оси, заданной в этом свойстве. Центр фазы массива совпадает с геометрическим центром. Например, когда свойство ArrayNormal установлено в 'x', элементы массива лежат в yz - плоскость как показано в фигуре. Можно создать более общий UCA с произвольными направлениями опорного направления с помощью Системного объекта phased.ConformalArray.

Эти данные показывают UCA с 8 элементами с элементами, лежащими в плоскости yz.

Направления Опорного направления элемента.  В UCA, заданном Системным объектом phased.UCA, направления опорного направления элемента указывают радиально исходящий от источника массивов. В UCA, показанном в предыдущей фигуре, потому что свойство ArrayNormal установлено в 'x', направления опорного направления элемента указывают радиально исходящий в yz - плоскость.

Система локальной координаты конформных массивов

Источник массивов и Центр Фазы.  Можно использовать phased.ConformalArray, чтобы создать массивы произвольной формы. В отличие от случая универсальных массивов, необходимо задать положения элемента явным образом. N - массив элемента требует спецификации N 3-D координаты в системе локальной координаты массивов. Источник конформного массива может быть расположен в любой произвольной точке. Направления опорного направления элементов конформного массива не должны быть параллельными. Азимут и углы повышения, задающие направления опорного направления, относительно системы локальной координаты. Центр фазы массива не должен совпадать с геометрическим центром. Те же свойства применяются к массиву phased.HeterogeneousConformalArray.

Этот рисунок показывает положения и ориентации конформного массива с 4 элементами.

Конформный массив с 4 элементами

Создайте массив с 4 элементами с помощью Системного объекта ConformalArray. Примите, что рабочая частота составляет 900 МГц. Отобразите геометрию массивов и векторы нормали.

fc = 900e6;
c = physconst('LightSpeed');
lam = c/fc;
x = [1.0,-.5,0,.8]*lam/2;
y = [-.4,-1,.5,1.5]*lam/2;
z = [-.3,.3,0.4,0]*lam/2;
sIso = phased.CosineAntennaElement(...
    'FrequencyRange',[0,1e9]);
nv = [-140,-140,90,90;80,80,80,80]; 
sConformArray = phased.ConformalArray('Element',sIso,...
    'ElementPosition',[x;y;z],...
    'ElementNormal',nv);
pos = getElementPosition(sConformArray)

pos = 3×4

    0.1666   -0.0833         0    0.1332
   -0.0666   -0.1666    0.0833    0.2498
   -0.0500    0.0500    0.0666         0

normvec = getElementNormal(sConformArray)

normvec = 2×4

  -140  -140    90    90
    80    80    80    80

viewArray(sConformArray,'ShowIndex','All','ShowNormal',true)