Изоскорость многопутевой канал гидролокатора
phased.IsoSpeedUnderwaterPaths Система object™ создает подводный акустический канал, чтобы распространить узкополосный звук от точки до точки. Канал имеет конечную постоянную глубину с интерфейсами водной нижней части и воздушной водой. Оба интерфейса являются плоскими и горизонтальными. Звуковая скорость является постоянной в канале. Объект генерирует несколько путей к распространению в канале с помощью акустического метода изображений (см. [3]). Поскольку звуковая скорость является постоянной, все пути к распространению являются прямыми линиями между источником, контурами и получателем. Всегда существует один прямой путь угла обзора. Для каждого пути к распространению, объектной выходной задержки зависимого области значений, усиления, Доплеровского фактора, отражательной потери и распространяющейся потери. Можно использовать данные о канале, как введено для многопутевого звукового распространителя, phased.MultipathChannel.
Смоделировать канал изоскорости:
Задайте и настройте канал. Можно установить phased.IsoSpeedUnderwaterPaths Свойства системного объекта во время создания или оставляют их своим значениям по умолчанию. Смотрите Конструкцию. Некоторые свойства, которые вы устанавливаете во время создания, могут быть изменены позже. Эти свойства являются настраиваемыми.
Чтобы создать многопутевой канал, вызовите step метод phased.IsoSpeedUnderwaterPaths. Выход метода зависит от свойств phased.IsoSpeedUnderwaterPaths Системный объект. Можно изменить настраиваемые свойства в любое время.
Вместо того, чтобы использовать step метод, 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) выполните эквивалентные операции.
channel = phased.IsoSpeedUnderwaterPathschannel.
channel = phased.IsoSpeedUnderwaterPaths(Name,Value)channel, с каждым заданным свойством Name установите на заданный Value. Можно задать дополнительное имя и аргументы пары значения в любом порядке как (Name1,Value1..., NameN,ValueN).
| сброс | Сбросьте состояние Системного объекта |
| шаг | Создайте пути к распространению в изоскорости многопутевой звуковой канал |
| Характерный для всех системных объектов | |
|---|---|
release | Позвольте изменения значения свойства Системного объекта |
Создайте подводный звуковой канал с 5 путями и отобразите матрицу пути к распространению. Примите, что источник является стационарным, и получатель проходит ось X к источнику на уровне 20 км/ч. Примите одностороннее распространение.
speed = -20*1000/3600; numpaths = 5; channelpaths = phased.IsoSpeedUnderwaterPaths('ChannelDepth',200,'BottomLoss',10, ... 'NumPathsSource','Property','NumPaths',numpaths,'CoherenceTime',5); tstep = 1; srcpos = [0;0;-160]; rcvpos = [500;0;-50]; srcvel = [0;0;0]; rcvvel = [speed;0;0]; pathmat = channelpaths(srcpos,rcvpos,srcvel,rcvvel,tstep); disp(pathmat)
0.3356 0.3556 0.4687 0.3507 0.3791
1.0000 -1.0000 -0.3162 0.3162 -0.3162
54.1847 54.6850 57.0766 54.5652 55.2388
Первая строка содержит задержку в секундах. Вторая строка содержит нижние коэффициенты отражения потерь, и третья строка содержит распространяющуюся потерю в дБ. Отражательный коэффициент потерь для первого пути 1.0, потому что прямой путь не имеет никаких граничных отражений. Отражательный коэффициент потерь для второго пути-1.0, потому что путь имеет только поверхностное отражение.
Создайте подводный звуковой канал с 7 путями и отобразите матрицу пути к распространению. Примите, что источник является стационарным, и цель проходит ось X к источнику на уровне 20 км/ч. Примите двухстороннее распространение.
speed = -20*1000/3600; numpaths = 7; channelpaths = phased.IsoSpeedUnderwaterPaths('ChannelDepth',200,'BottomLoss',10, ... 'NumPathsSource','Property','NumPaths',numpaths,'CoherenceTime',5,... 'TwoWayPropagation',true); tstep = 1; srcpos = [0;0;-160]; tgtpos = [500;0;-50]; srcvel = [0;0;0]; tgtvel = [speed;0;0]; [pathmat,dop,aloss,tgtangs,srcangs] = channelpaths(srcpos,tgtpos,srcvel,tgtvel,tstep); disp(pathmat)
0.6712 0.7112 0.9374 1.0354 0.7014 0.7581 1.0152
1.0000 1.0000 0.1000 0.1000 0.1000 0.1000 0.0100
108.3693 109.3699 114.1531 115.8772 109.1304 110.4775 115.5355
Первая строка содержит задержку в секундах. Вторая строка содержит нижние коэффициенты отражения потерь, и третья строка содержит распространяющуюся потерю в дБ. Отражательный коэффициент потерь для первого пути 1.0, потому что прямой путь не имеет никаких граничных отражений. Отражательный коэффициент потерь для второго пути-1.0, потому что путь имеет только поверхностное отражение.
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 выход, но некоторые пути может содержать Nan значения.
[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 phased.MultipathChannel Системный объект, чтобы распространить сигналы к получателю. phased.MultipathChannel принимает как вход все пути, произведенные phased.IsoSpeedUnderwaterPaths но игнорирует пути, которые имеют NaN значения.
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 в переданном сигнале.
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 симулировать акустику небольшой комнаты”, Дж. Акуст. Soc. Vol 65, № 4. Апрель 1979.