phased.WidebandTwoRayChannel

Широкополосный канал распространения 2D луча

Описание

phased.WidebandTwoRayChannel моделирует широкополосный канал распространения 2D луча. Канал распространения 2D луча является самым простым типом многопутевого канала. Можно использовать канал 2D луча, чтобы симулировать распространение сигналов в гомогенном, изотропном носителе с одним контуром отражения. Этот тип носителя имеет два пути к распространению: угол обзора (прямой) путь к распространению от одной точки до другого и путь к лучу, отраженный от контура.

Можно использовать эту Систему object™ для ближнего радара и приложений мобильной связи, где сигналы распространяют вдоль прямых путей, и земля принята, чтобы быть плоской. Можно также использовать этот объект для приложений микрофона и гидролокатора. Для акустических приложений можно выбрать неполяризованные поля и настроить скорость распространения, чтобы быть скоростью звука в воздухе или воде. Можно использовать phased.WidebandTwoRayChannel к распространению модели от нескольких точек одновременно.

Несмотря на то, что Системный объект работает на все частоты, модели затухания для атмосферных газов и дождя допустимы для электромагнитных сигналов в частотном диапазоне 1-1000 ГГц только. Модель затухания для вуали и облаков допустима для 10-1000 ГГц. Вне этих частотных диапазонов Системный объект использует самое близкое допустимое значение.

phased.WidebandTwoRayChannel Системный объект применяет зависимые областью значений задержки к сигналам, а также прибыли или убытки, сдвиги фазы и граничную отражательную потерю. Когда или источник или место назначения перемещаются, Системный объект применяет эффекты Доплера к сигналам.

Сигналы в канале выход могут быть разделены или объединены. Если вы разделяете сигналы, оба сигнала прибывают к месту назначения отдельно и не объединены. Если вы принимаете решение объединить сигналы, два сигнала из источника распространяют отдельно, но когерентно суммированы в месте назначения в одно количество. Выберите эту опцию, когда различие между датчиком или усилениями массивов в направлениях этих двух путей будет незначительно.

В отличие от phased.WidebandFreeSpace и phased.WidebandLOSChannel Системные объекты, этот Системный объект не поддерживает двухстороннее распространение.

Вычислить задержку распространения заданного источника и точек приемника:

Задайте и настройте свой канал 2D луча. Смотрите Конструкцию.
Вызовите step метод, чтобы вычислить распространенный сигнал с помощью свойств phased.WidebandTwoRayChannel Системный объект.

Примечание

В качестве альтернативы 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.

Конструкция

channel = phased.WidebandTwoRayChannel создает Системный объект канала распространения 2D луча, channel.

channel = phased.WidebandTwoRayChannel(Name,Value) создает Системный объект, 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).

Свойства

развернуть все

`PropagationSpeed` — Скорость распространения сигнала
`physconst('LightSpeed')` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Скорость распространения сигнала в виде положительной скалярной величины. Модули исчисляются в метрах в секунду. Скорость распространения по умолчанию является значением, возвращенным physconst('LightSpeed'). Смотрите physconst для получения дополнительной информации.

Пример: 3e8

Типы данных: double

`OperatingFrequency` — Рабочая частота
`300e6` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Рабочая частота в виде положительной скалярной величины. Модули находятся в Гц.

Пример: 1e9

Типы данных: double

`SpecifyAtmosphere` — Включите атмосферную модель затухания
`false` (значение по умолчанию) | `true`

Опция, чтобы включить атмосферную модель затухания в виде false или true. Установите это свойство на true добавить затухание сигнала, вызванное атмосферными газами, дождем, вуалью или облаками. Установите это свойство на false проигнорировать атмосферные эффекты в распространении.

`NumSubbands` — Количество обработки поддиапазонов
64 (значение по умолчанию) | положительное целое число

Количество обработки поддиапазонов в виде положительного целого числа.

Пример: 128

Типы данных: double

`EnablePolarization` — Включите поляризованные поля
`false` (значение по умолчанию) | `true`

Опция, чтобы включить поляризованные поля в виде false или true. Установите это свойство на true включить поляризацию. Установите это свойство на false проигнорировать поляризацию.

Типы данных: логический

`GroundReflectionCoefficient` — Оснуйте отражательный коэффициент
-1 (значение по умолчанию) | скаляр с комплексным знаком | 1 с комплексным знаком N вектором-строкой

Оснуйте отражательный коэффициент для поля в отражательной точке в виде скаляра с комплексным знаком или 1 с комплексным знаком N вектором-строкой. Каждый коэффициент имеет абсолютное значение, меньше чем или равное одному. Количество N является количеством каналов 2D луча. Модули являются безразмерными. Используйте это свойство для неполяризованных сигналов модели. К поляризованным сигналам модели используйте GroundRelativePermittivity свойство.

Пример: -0.5

Зависимости

Чтобы включить это свойство, установите EnablePolarization к false.

Типы данных: double
Поддержка комплексного числа: Да

`GroundRelativePermittivity` — Оснуйте относительную проницаемость
15 (значение по умолчанию) | положительный скаляр с действительным знаком | 1 с действительным знаком Nrow вектором из положительных значений

Относительная проницаемость земли в отражательной точке в виде положительного скаляра с действительным знаком или 1 N вектором-строкой с действительным знаком из положительных значений. Размерность N является количеством каналов 2D луча. Модули проницаемости являются безразмерными. Относительная проницаемость задана как отношение фактической наземной проницаемости к проницаемости свободного пространства. Это свойство применяется, когда вы устанавливаете EnablePolarization свойство к true. Используйте это свойство для поляризованных сигналов модели. К неполяризованным сигналам модели используйте GroundReflectionCoefficient свойство.

Пример 5

Зависимости

Чтобы включить это свойство, установите EnablePolarization к true.

Типы данных: double

`CombinedRaysOutput` — Опция, чтобы объединить два луча при выходе
`true` (значение по умолчанию) | `false`

Опция, чтобы объединить два луча в канале выход в виде true или false. Когда этим свойством является true, объект когерентно добавляет угол обзора распространенный сигнал и отраженный сигнал пути при формировании выходного сигнала. Используйте этот режим, когда вы не должны будете включать направленное усиление антенны или массива в вашей симуляции.

Типы данных: логический

`MaximumDistanceSource` — Источник максимального одностороннего расстояния распространения
`'Auto'` (значение по умолчанию) | `'Property'`

Источник максимального одностороннего расстояния распространения в виде 'Auto' или 'Property'. Максимальное одностороннее расстояние распространения используется, чтобы выделить достаточную память для расчета задержки сигнала. Когда вы устанавливаете это свойство на 'Auto', Системный объект автоматически выделяет память. Когда вы устанавливаете это свойство на 'Property', вы задаете максимальное одностороннее расстояние распространения с помощью значения MaximumDistance свойство.

Типы данных: char

`MaximumDistance` — Максимальное одностороннее расстояние распространения
10000 (значение по умолчанию) | положительный скаляр с действительным знаком

Максимальное одностороннее расстояние распространения в виде положительного скаляра с действительным знаком. Модули исчисляются в метрах. Любой сигнал, который распространяет больше, чем максимальное одностороннее расстояние, проигнорирован. Максимальное расстояние должно быть больше или быть равно самому большому расстоянию положения-к-позиционному.

Пример: 5000

Зависимости

Чтобы включить это свойство, установите MaximumDistanceSource свойство к 'Property'.

Типы данных: double

`MaximumNumInputSamplesSource` — Источник максимального количества выборок
`'Auto'` (значение по умолчанию) | `'Property'`

Источник максимального количества выборок входного сигнала в виде 'Auto' или 'Property'. Когда вы устанавливаете это свойство на 'Auto', модель распространения автоматически выделяет достаточно памяти, чтобы буферизовать входной сигнал. Когда вы устанавливаете это свойство на 'Property', вы задаете максимальное количество выборок во входном сигнале с помощью MaximumNumInputSamples свойство. Любой входной сигнал дольше, чем то значение является усеченным.

Чтобы использовать этот объект с сигналами переменного размера в MATLAB^® Function Block в Simulink^®, установите MaximumNumInputSamplesSource свойство к 'Property' и установленный значение для MaximumNumInputSamples свойство.

Пример: 'Property'

Зависимости

Чтобы включить это свойство, установите MaximumDistanceSource к 'Property'.

Типы данных: char

`MaximumNumInputSamples` — Максимальное количество выборок входного сигнала
100 (значение по умолчанию) | положительное целое число

Максимальное количество выборок входного сигнала в виде положительного целого числа. Входной сигнал является первым аргументом step метод, после самого Системного объекта. Размер входного сигнала является количеством строк во входной матрице. Любой входной сигнал дольше, чем этот номер является усеченным. К сигналам процесса полностью, гарантируйте, что это значение свойства больше любой максимальной длины входного сигнала.

Генерирующие форму волны Системные объекты определяют максимальный размер сигнала:

Для любой формы волны, если форма волны OutputFormat свойство установлено в 'Samples', максимальная длина сигнала является значением, заданным в NumSamples свойство.
Для импульсных сигналов, если OutputFormat установлен в 'Pulses', длина сигнала является продуктом наименьшей импульсной частоты повторения, количеством импульсов и частотой дискретизации.
Для непрерывных форм волны, если OutputFormat установлен в 'Sweeps', длина сигнала является продуктом времени развертки, количеством разверток и частотой дискретизации.

Пример: 2048

Зависимости

Чтобы включить это свойство, установите MaximumNumInputSamplesSource к 'Property'.

Типы данных: double

Методы

сброс	Сбросьте состояния Системного объекта
шаг	Распространите широкополосный сигнал от точки до точки с помощью модели канала 2D луча

Характерный для всех системных объектов
`release`	Позвольте изменения значения свойства Системного объекта

Примеры

свернуть все

Скалярное широкополосное распространение сигнала в канале 2D луча

Скрипт Open Live Script

Этот пример иллюстрирует распространение 2D луча широкополосного сигнала, показывая, как сигналы от пути угла обзора и отраженного пути прибывают в приемник в разное время.

Примечание: можно заменить каждый вызов функции с эквивалентным step синтаксис. Например, замените myObject(x) с step(myObject,x).

Создайте и постройте переданную форму волны

Создайте неполяризованное электромагнитное поле, состоящее из двух линейных импульсов формы волны FM в несущей частоте 100 МГц. Примите, что ширина импульса является 20 μs, и частота дискретизации составляет 10 МГц. Пропускная способность импульса составляет 1 МГц. Примите 50%-й рабочий цикл так, чтобы ширина импульса была половиной импульсного интервала повторения. Создайте 2D импульсную волну, обучаются. Установите GroundReflectionCoefficient к –0.9, чтобы смоделировать отражающую способность веского основания. Распространите поле со стационарного источника на стационарный приемник. Вертикальное разделение источника и приемника составляет приблизительно 10 км.

c = physconst('LightSpeed');
fs = 10e6;
pw = 20e-6;
pri = 2*pw;
PRF = 1/pri;
fc = 100e6;
lambda = c/fc;
bw = 1e6;
waveform = phased.LinearFMWaveform('SampleRate',fs,'PulseWidth',pw,...
    'PRF',PRF,'OutputFormat','Pulses','NumPulses',2,'SweepBandwidth',bw,...
    'SweepDirection','Down','Envelope','Rectangular','SweepInterval',...
    'Positive');
wav = waveform();
n = size(wav,1);
plot([0:(n-1)]/fs*1e6,real(wav),'b')
xlabel('Time (\mu s)')
ylabel('Waveform Magnitude')

Задайте местоположение источника и приемника

Поместите источник и приемник на расстоянии приблизительно в 1 км горизонтально и на расстоянии приблизительно в 5 км вертикально.

pos1 = [0;0;100];
pos2 = [1e3;0;5.0e3];
vel1 = [0;0;0];
vel2 = [0;0;0];

Создайте широкополосный системный объект канала 2D луча

Создайте Систему канала распространения 2D луча object™ и распространите сигнал вдоль обоих угол обзора и отраженные пути к лучу. Тот же сигнал распространен вдоль обоих путей.

channel = phased.WidebandTwoRayChannel('SampleRate',fs,...
    'GroundReflectionCoefficient',-0.9,'OperatingFrequency',fc,...
    'CombinedRaysOutput',false);
prop_signal = channel([wav,wav],pos1,pos2,vel1,vel2);

[rng2,angs] = rangeangle(pos2,pos1,'two-ray');

Вычислите задержки μs.

tm = rng2/c*1e6;
disp(tm)

   16.6815   17.3357

Отобразите расчетный азимут путей к распространению и углы возвышения в градусах.

disp(angs)

         0         0
   78.4654  -78.9063

Постройте распространенные сигналы

Постройте действительную часть сигнала, распространенного вдоль пути угла обзора.
Постройте действительную часть сигнала, распространенного вдоль отраженного пути.
Постройте действительную часть когерентной суммы двух сигналов.

n = size(prop_signal,1);
delay = [0:(n-1)]/fs*1e6;
subplot(3,1,1)
plot(delay,real([prop_signal(:,1)]),'b')
grid
xlabel('Time (\mu sec)')
ylabel('Real Part')
title('Direct Path')

subplot(3,1,2)
plot(delay,real([prop_signal(:,2)]),'b')
grid
xlabel('Time (\mu sec)')
ylabel('Real Part')
title('Reflected Path')

subplot(3,1,3)
plot(delay,real([prop_signal(:,1) + prop_signal(:,2)]),'b')
grid
xlabel('Time (\mu sec)')
ylabel('Real Part')
title('Combined Paths')

Задержка отраженного сигнала пути соглашается с предсказанной задержкой. Величина когерентно объединенного сигнала меньше любого из распространенных сигналов. Этот результат показывает, что два сигнала содержат некоторую интерференцию.

Сравните широкополосное распространение канала 2D луча со свободным пространством

Скрипт Open Live Script

Вычислите результат распространения широкополосного сигнала LFM в среде 2D луча от радара на 10 метров выше источника (0,0,10) к цели в (3000,2000,2000) метры. Примите, что радар и цель являются стационарными и что передающая антенна является изотропной. Объедините сигнал от этих двух путей и сравните сигнал с распространением сигнала в свободном пространстве. Система действует на уровне 300 МГц. Установите CombinedRaysOutput свойство к true объединить прямой путь и отраженный путь сигнализирует при формировании выходного сигнала.

Примечание: Этот пример запускается только в R2016b или позже. Если вы используете более ранний релиз, заменяете каждый вызов функции с эквивалентным step синтаксис. Например, замените myObject(x) с step(myObject,x).

Создайте линейную форму волны FM.

fop = 300.0e6;
fs = 1.0e6;
waveform = phased.LinearFMWaveform();
x = waveform();

Задайте целевое положение и скорость.

posTx = [0; 0; 10];
posTgt = [3000; 2000; 2000];
velTx = [0;0;0];
velTgt = [0;0;0];

Смоделируйте распространение свободного пространства.

fschannel = phased.WidebandFreeSpace('SampleRate',waveform.SampleRate);
y_fs = fschannel(x,posTx,posTgt,velTx,velTgt);

Распространение 2D луча модели от положения радара к цели.

tworaychannel = phased.WidebandTwoRayChannel('SampleRate',waveform.SampleRate,...
    'CombinedRaysOutput',true);
y_tworay = tworaychannel(x,posTx,posTgt,velTx,velTgt);
plot(abs([y_tworay y_fs]))
legend('Wideband two-ray (Position 1)','Wideband free space (Position 1)',...
    'Location','best')
xlabel('Samples')
ylabel('Signal Magnitude')
hold on

Переместите радар на 10 метров горизонтально к второй позиции.

posTx = posTx + [10;0;0];
y_fs = fschannel(x,posTx,posTgt,velTx,velTgt);
y_tworay = tworaychannel(x,posTx,posTgt,velTx,velTgt);
plot(abs([y_tworay y_fs]))
legend('Wideband two-ray (Position 1)','Wideband free space (Position 1)',...
    'Wideband two-ray (Position 2)','Wideband free space (Position 2)',...
    'Location','best')
hold off

Потери распространения свободного пространства являются тем же самым и для первых и для вторых положений радара. Потери 2D луча отличаются из-за эффекта взаимодействия путей 2D луча.

Широкополосное поляризованное полевое распространение в канале 2D луча

Скрипт Open Live Script

Создайте поляризованное электромагнитное поле, состоящее из линейных импульсов формы волны FM. Распространите поле из стационарного источника с антенным элементом пересеченного диполя к стационарному приемнику на расстоянии приблизительно в 10 км. Передающая антенна составляет 100 м над землей. Антенна получения составляет 150 м над землей. Антенна получения является также пересеченным диполем. Постройте полученный сигнал.

Установите радарные параметры формы волны

Примите, что ширина импульса $10 μ s$ и частота дискретизации составляет 10 МГц. Пропускная способность импульса составляет 1 МГц. Примите 50%-й рабочий цикл, в котором ширина импульса является половиной импульсного интервала повторения. Создайте 2D импульсную волну, обучаются. Примите несущую частоту 100 МГц.

c = physconst('LightSpeed');
fs = 20e6;
pw = 10e-6;
pri = 2*pw;
PRF = 1/pri;
fc = 100e6;
bw = 1e6;
lambda = c/fc;

Настройте необходимые системные объекты

Используйте GroundRelativePermittivity из 10.

waveform = phased.LinearFMWaveform('SampleRate',fs,'PulseWidth',pw,...
    'PRF',PRF,'OutputFormat','Pulses','NumPulses',2,'SweepBandwidth',bw,...
    'SweepDirection','Down','Envelope','Rectangular','SweepInterval',...
    'Positive');
antenna = phased.CrossedDipoleAntennaElement(...
    'FrequencyRange',[50,200]*1e6);
radiator = phased.Radiator('Sensor',antenna,'OperatingFrequency',fc,...
    'Polarization','Combined');
channel = phased.WidebandTwoRayChannel('SampleRate',fs,...
    'OperatingFrequency',fc,'CombinedRaysOutput',false,...
    'EnablePolarization',true,'GroundRelativePermittivity',10);
collector = phased.Collector('Sensor',antenna,'OperatingFrequency',fc,...
    'Polarization','Combined');

Настройте геометрию сцены

Задайте положения передатчика и приемника, скорости и ориентации. Поместите источник и приемник на расстоянии приблизительно в 1 000 м горизонтально и на расстоянии приблизительно в 50 м вертикально.

posTx = [0;100;100];
posRx = [1000;0;150];
velTx = [0;0;0];
velRx = [0;0;0];
laxRx = rotz(180);
laxTx = rotx(1)*eye(3);

Создайте и излучите сигналы от передатчика

Вычислите углы передачи для двух лучей, перемещающихся к приемнику. Эти углы заданы относительно системы локальной координаты передатчика. phased.Radiator System object(TM) использует эти углы, чтобы применить отдельные усиления антенны к двум сигналам.

[rng,angsTx] = rangeangle(posRx,posTx,laxTx,'two-ray');
wav = waveform();

Постройте переданную форму волны.

n = size(wav,1);
plot([0:(n-1)]/fs*1000000,real(wav))
xlabel('Time ({\mu}sec)')
ylabel('Waveform')

sig = radiator(wav,angsTx,laxTx);

Распространите сигналы к приемнику через канал 2D луча.

prop_sig = channel(sig,posTx,posRx,velTx,velRx);

Получите распространенный сигнал

Вычислите углы приема для двух лучей, прибывающих в приемник. Эти углы заданы относительно системы локальной координаты приемника. phased.Collector System object(TM) использует эти углы, чтобы применить отдельные усиления антенны к двум сигналам.

[rng1,angsRx] = rangeangle(posTx,posRx,laxRx,'two-ray');
delays = rng1/c*1e6

delays = 1×2

    3.3564    3.4544

Соберите и объедините полученные лучи.

y = collector(prop_sig,angsRx,laxRx);

Постройте полученную форму волны.

plot([0:(n-1)]/fs*1000000,real(y))
xlabel('Time ({\mu}sec)')
ylabel('Received Waveform')

2D излучите распространение широкополосной формы волны LFM с атмосферными потерями

Скрипт Open Live Script

Распространите широкополосный линейный сигнал FM в канале 2D луча. Пропускная способность сигнала составляет 15% несущей частоты. Примите, что существует потеря сигнала, вызванная атмосферными газами и дождем. Сигнал распространяет от передатчика, расположенного в (0,0,0) метры в глобальной системе координат к приемнику в (10000,200,30) метры. Примите, что передатчик и приемник являются стационарными и что у них обоих есть шаблоны антенны косинуса. Постройте полученный сигнал. Установите сухое давление воздуха на 102,0 Па и уровень дождя к 5 мм/час.

Установите радарные параметры формы волны

c = physconst('LightSpeed');
fs = 40e6;
pw = 10e-6;
pri = 2.5*pw;
PRF = 1/pri;
fc = 100e6;
bw = 15e6;
lambda = c/fc;

Настройте радарный сценарий

Создайте необходимые Системные объекты.

waveform = phased.LinearFMWaveform('SampleRate',fs,'PulseWidth',pw,...
    'PRF',PRF,'OutputFormat','Pulses','NumPulses',2,'SweepBandwidth',bw,...
    'SweepDirection','Down','Envelope','Rectangular','SweepInterval',...
    'Positive');
antenna = phased.CosineAntennaElement;
radiator = phased.Radiator('Sensor',antenna);
collector = phased.Collector('Sensor',antenna);
channel = phased.WidebandTwoRayChannel('SampleRate',waveform.SampleRate,...
    'CombinedRaysOutput',false,'GroundReflectionCoefficient',0.95,...
    'SpecifyAtmosphere',true,'Temperature',20,...
    'DryAirPressure',102.5,'RainRate',5.0);

Настройте геометрию сцены. Задайте положения передатчика и приемника и скорости. Передатчик и приемник являются стационарными.

posTx = [0;0;0];
posRx = [10000;200;30];
velTx = [0;0;0];
velRx = [0;0;0];

Задайте передачу и получение радарных ориентаций антенны относительно глобальных координат. Передающая антенна указывает вдоль положительного направления X и точек антенны получения близко к отрицательному направлению X.

laxTx = eye(3);
laxRx = rotx(5)*rotz(170);

Вычислите углы передачи, которые являются углами, под которыми два луча, перемещающиеся к приемнику, оставляют передатчик. phased.Radiator Система object™ использует эти углы, чтобы применить отдельные усиления антенны к двум сигналам. Поскольку усиления антенны зависят от направления контура, необходимо передать и получить два луча отдельно.

[~,angTx] = rangeangle(posRx,posTx,laxTx,'two-ray');

Создайте и излучите сигналы от передатчика

Излучите сигналы вдоль направлений передачи.

wavfrm = waveform();
wavtrans = radiator(wavfrm,angTx);

Распространите сигналы к приемнику через канал 2D луча.

wavrcv = channel(wavtrans,posTx,posRx,velTx,velRx);

Соберите сигнал в приемнике

Вычислите угол, под которым два луча, перемещающиеся из передатчика, прибывают в приемник. phased.Collector Система object™ использует эти углы, чтобы применить отдельные усиления антенны к двум сигналам.

[~,angRcv] = rangeangle(posTx,posRx,laxRx,'two-ray');

Соберите и объедините два полученных луча.

yR = collector(wavrcv,angRcv);

Постройте полученный сигнал

dt = 1/waveform.SampleRate;
n = size(yR,1);
plot([0:(n-1)]*dt*1e6,real(yR))
xlabel('Time ({\mu}sec)')
ylabel('Signal Magnitude')

Больше о

развернуть все

2D излучите пути к распространению

Канал распространения 2D луча является следующим, подходят в сложности от канала свободного пространства, и самый простой случай многопутевой среды распространения. Канал свободного пространства моделирует прямолинейный путь угла обзора от точки 1 до точки 2. В канале 2D луча носитель задан как гомогенный, изотропный носитель с отражающимся плоским контуром. Контур всегда устанавливается в z = 0. Существует самое большее два распространения лучей от точки 1 до точки 2. Первый путь к лучу распространяет вдоль того же пути угла обзора как в канале свободного пространства (см. phased.FreeSpace Системный объект). Путь угла обзора часто называется прямым путем. Второй луч отражается от контура прежде, чем распространить к точке 2. Согласно Закону Отражения, угол отражения равняется углу падения. В ближних симуляциях, таких как системы сотовой связи и автомобильные радары, можно принять, что отражающаяся поверхность, земля или океанская поверхность, является плоской.

phased.TwoRayChannel и phased.WidebandTwoRayChannel Задержка распространения модели системных объектов, сдвиг фазы, эффект Доплера и эффекты потерь для обоих путей. Для отраженного пути эффекты потерь включают отражательную потерю за пределами.

Фигура иллюстрирует два пути к распространению. От исходного положения, _ss, и положения приемника, _sr, можно вычислить углы падения обоих путей, _θ′los и _θ′rp. Углы падения являются вертикальным изменением и углами азимута прибывающего излучения относительно системы локальной координаты. В этом случае система локальной координаты совпадает с глобальной системой координат. Можно также вычислить углы передачи, _θlos и _θrp. В глобальных координатах угол отражения за пределами совпадает с углами _θrp и _θ′rp. Отражательный угол важен, чтобы знать, когда вы используете зависимые углом данные отражательной потери. Можно определить отражательный угол при помощи rangeangle функция и установка ссылочных осей к глобальной системе координат. Общая длина пути для пути угла обзора показана на рисунке _Rlos, который равен геометрическому расстоянию между источником и приемником. Общей длиной пути для отраженного пути является _{Rrp= R1 + R2}. Количество L является наземной областью значений между источником и приемником.

Можно легко вывести точные формулы для длин пути и углов в терминах наземной области значений и высот объекта в глобальной системе координат.

$\begin{array}{l} \vec{R} = {\vec{x}}_{s} - {\vec{x}}_{r} \\ R_{l o s} = | \vec{R} | = \sqrt{{(z_{r} - z_{s})}^{2} + L^{2}} \\ R_{1} = \frac{z_{r}}{z_{r} + z_{z}} \sqrt{{(z_{r} + z_{s})}^{2} + L^{2}} \\ R_{2} = \frac{z_{s}}{z_{s} + z_{r}} \sqrt{{(z_{r} + z_{s})}^{2} + L^{2}} \\ R_{r p} = R_{1} + R_{2} = \sqrt{{(z_{r} + z_{s})}^{2} + L^{2}} \\ \tan θ_{l o s} = \frac{(z_{s} - z_{r})}{L} \\ \tan θ_{r p} = - \frac{(z_{s} + z_{r})}{L} \\ {θ^{'}}_{l o s} = - θ_{l o s} \\ {θ^{'}}_{r p} = θ_{r p} \end{array}$

2D излучите затухание

Потеря затухания или пути в канале 2D луча является продуктом пяти компонентов, _{L = Ltworay LG Lg Lc Lr}, где

_Ltworay является 2D лучом геометрическое затухание пути
_LG является наземным затуханием отражения
_Lg является атмосферным затуханием пути
_Lc является вуалью и затуханием пути к облаку
_Lr является затуханием пути к дождю

Каждый компонент находится в единицах величины, не в дБ.

Оснуйте потерю отражения и распространения

Потери происходят, когда сигнал отражается от контура. Можно получить простую модель наземной потери отражения путем представления электромагнитного поля как скалярного поля. Этот подход также работает на системы гидролокатора и акустический. Позвольте E быть скалярным электромагнитным полем свободного пространства, имеющим амплитудный _E0 на ссылочном расстоянии _R0 от передатчика (например, один метр). Поле свободного пространства распространения на расстоянии _Rlos от передатчика

$E_{l o s} = E_{0} (\frac{R_{0}}{R_{l o s}}) e^{i ω (t - R_{l o s} / c)}$

для пути угла обзора. Можно описать отраженный о земле E - поле как

$E_{r p} = L_{G} E_{0} (\frac{R_{0}}{R_{r p}}) e^{i ω (t - R_{r p} / c)}$

где _Rrp является отраженным расстоянием пути. Количество _LG представляет потерю из-за отражения в наземной плоскости. Чтобы задать _LG, используйте GroundReflectionCoefficient свойство. В общем случае _LG зависит от угла установки поля. Если у вас есть эмпирическая информация об угловой зависимости _LG, можно использовать rangeangle вычислить угол установки отраженного пути. Общее поле в месте назначения является суммой полей line-of-sight и reflected-path.

Для электромагнитных волн более сложная, но более реалистическая модель использует векторное представление поляризованного поля. Можно разложить падающее электрическое поле на два компонента. Один компонент, _Ep, параллелен плоскости падения. Другой компонент, _Es, перпендикулярен плоскости падения. Наземные коэффициенты отражения для этих компонентов отличаются и могут быть записаны в терминах наземной проницаемости и угла установки.

$\begin{array}{l} G_{p} = \frac{Z_{1} \cos θ_{1} - Z_{2} \cos θ_{2}}{Z_{1} \cos θ_{1} + Z_{2} \cos θ_{2}} = \frac{\cos θ_{1} - \frac{Z_{2}}{Z_{1}} \cos θ_{2}}{\cos θ_{1} + \frac{Z_{2}}{Z_{1}} \cos θ_{2}} \\ G_{s} = \frac{Z_{2} \cos θ_{1} - Z_{1} \cos θ_{2}}{Z_{2} \cos θ_{1} + Z_{1} \cos θ_{2}} = \frac{\cos θ_{2} - \frac{Z_{2}}{Z_{1}} \cos θ_{1}}{\cos θ_{2} + \frac{Z_{2}}{Z_{1}} \cos θ_{1}} \\ Z_{1} = \sqrt{\frac{μ_{1}}{ε_{1}}} \\ Z_{2} = \sqrt{\frac{μ_{2}}{ε_{2}}} \end{array}$

где Z является импедансом носителя. Поскольку магнитная проницаемость земли почти идентична тому из воздушного или свободного пространства, отношение импедансов зависит, в основном, от отношения электрической проницаемости

$\begin{array}{l} G_{p} = \frac{\sqrt{ρ} \cos θ_{1} - \cos θ_{2}}{\sqrt{ρ} \cos θ_{1} + \cos θ_{2}} \\ G_{s} = \frac{\sqrt{ρ} \cos θ_{2} - \cos θ_{1}}{\sqrt{ρ} \cos θ_{2} + \cos θ_{1}} \end{array}$

где количество _{ρ = ε2/ε1} является наземной проницаемостью родственника, установленной GroundRelativePermittivity свойство. Угол _θ1 является углом установки и углом _θ2, является углом преломления за пределами. Можно определить _θ2 с помощью закона Поводка преломления.

После отражения все поле восстановлено от параллельных и перпендикулярных компонентов. Общее наземное затухание плоскости, _LG, является комбинацией _Gs и _Gp.

Когда источник и место назначения являются стационарными друг относительно друга, можно записать выход Y из step как Y(t) = F(t-τ)/L. Количество τ является задержкой сигнала и L, является потерей пути свободного пространства. Задержка τ дана R/c. R является или расстоянием пути к распространению угла обзора или отраженным расстоянием пути, и c является скоростью распространения. Потеря пути

$L_{t w o r a y} = \frac{{(4 π R)}^{2}}{λ^{2}},$

где λ является длиной волны сигнала.

Атмосферная газовая модель затухания

Эта модель вычисляет затухание сигналов, которые распространяют через атмосферные газы.

Электромагнитные сигналы затухают, когда они распространяют через атмосферу. Этот эффект должен, в основном, к линиям резонанса поглощения кислорода и водяного пара с меньшими вкладами, поступающими из газа азота. Модель также включает непрерывный спектр поглощения ниже 10 ГГц. Рекомендация модели ITU ITU-R P.676-10: Затухание атмосферными газами используется. Модель вычисляет определенное затухание (затухание на километр) как функция температуры, давления, плотности водяного пара и частоты сигнала. Атмосферная газовая модель допустима для частот от 1-1000 ГГц и применяется к поляризованным и неполяризованным полям.

Формула для определенного затухания на каждой частоте

$γ = γ_{o} (f) + γ_{w} (f) = 0.1820 f N^{″} (f) .$

Количество N"() является мнимой частью комплексного атмосферного явления преломления и состоит из спектрального компонента линии и непрерывного компонента:

$N^{″} (f) = \sum_{i} S_{i} F_{i} + {N^{″}}_{D}^{} (f)$

Спектральный компонент состоит из суммы дискретных условий спектра, состоявших из локализованной функции пропускной способности частоты, F(f) _i, умноженный на спектральную силу линии, S _i. Для атмосферного кислорода каждая спектральная сила линии

$S_{i} = a_{1} \times 10^{- 7} {(\frac{300}{T})}^{3} \exp [a_{2} (1 - (\frac{300}{T})] P .$

Для атмосферного водяного пара каждая спектральная сила линии

$S_{i} = b_{1} \times 10^{- 1} {(\frac{300}{T})}^{3.5} \exp [b_{2} (1 - (\frac{300}{T})] W .$

P является сухим давлением воздуха, W является парциальным давлением водяного пара, и T является температурой окружающей среды. Единицы давления находятся в гектопаскалях (гПа), и температурой является в градусах Келвин. Парциальное давление водяного пара, W, связано с плотностью водяного пара, ρ,

$W = \frac{ρ T}{216.7} .$

Общим атмосферным давлением является P + W.

Для каждой кислородной линии _Si зависит от двух параметров, _a1 и _a2. Точно так же каждая линия водяного пара зависит от двух параметров, _b1 и _b2. Документация ITU, процитированная в конце этого раздела, содержит табулирование этих параметров как функции частоты.

Локализованные функции пропускной способности частоты _Fi(f) являются сложными функциями частоты, описанной в ссылках ITU, процитированных ниже. Функции зависят от эмпирических параметров модели, которые также сведены в таблицу в ссылке.

Чтобы вычислить общее затухание для узкополосных сигналов вдоль пути, функция умножает определенное затухание на длину пути, R. Затем общим затуханием является _{Lg= R(γo + γw)}.

Можно применить модель затухания к широкополосным сигналам. Во-первых, разделите широкополосный сигнал на поддиапазоны частоты и примените затухание к каждому поддиапазону. Затем суммируйте все ослабленные сигналы поддиапазона в общий ослабленный сигнал.

Вуаль и модель затухания облака

Эта модель вычисляет затухание сигналов, которые распространяют через вуаль или облака.

Вуаль и затухание облака являются тем же атмосферным явлением. Модель ITU, Рекомендация ITU-R P.840-6: Затухание из-за облаков и вуали используется. Модель вычисляет определенное затухание (затухание на километр), сигнала как функция жидкой водной плотности, частоты сигнала и температуры. Модель применяется к поляризованным и неполяризованным полям. Формула для определенного затухания на каждой частоте

$γ_{c} = K_{l} (f) M,$

где M является жидкой водной плотностью в ^gm/m3. Количество _Kl(f) является определенным коэффициентом затухания и зависит от частоты. Модель затухания облака и вуали допустима для частот 10-1000 ГГц. Модули для определенного коэффициента затухания (дБ/км) / ^(g/m3).

Чтобы вычислить общее затухание для узкополосных сигналов вдоль пути, функция умножает определенное затухание на длину пути R. Общим затуханием является _{Lc = Rγc}.

Можно применить модель затухания к широкополосным сигналам. Во-первых, разделите широкополосный сигнал на поддиапазоны частоты и примените узкополосное затухание к каждому поддиапазону. Затем суммируйте все ослабленные сигналы поддиапазона в общий ослабленный сигнал.

Модель затухания ливня

Эта модель вычисляет затухание сигналов, которые распространяют через области ливня. Лейтесь дождем затухание является доминирующим исчезающим механизмом и может варьироваться от от местоположения к местоположению и из года в год.

Электромагнитные сигналы ослабляются при распространении через область ливня. Затухание ливня вычисляется согласно модели Recommendation ITU-R P.838-3 ливня ITU: Определенная модель затухания для дождя для использования в методах предсказания. Модель вычисляет определенное затухание (затухание на километр) сигнала как функция уровня ливня, частоты сигнала, поляризации и угла возвышения пути. Определенное затухание, ɣ _R, моделируется как закон о степени относительно уровня дождя

$γ_{R} = k R^{α},$

где R является уровнем дождя. Модули находятся в мм/час. Параметр k и экспонента α зависит от частоты, вида поляризации и угла возвышения пути прохождения сигнала. Определенная модель затухания допустима для частот от 1-1000 ГГц.

Чтобы вычислить общее затухание для узкополосных сигналов вдоль пути, функция умножает определенное затухание на эффективное расстояние распространения, _{эффективность} d. Затем общим затуханием является L = d _effγR.

Эффективное расстояние является геометрическим расстоянием, d, умноженным на масштабный коэффициент

$r = \frac{1}{0.477 d^{0.633} R_{0.01}^{0.073 α} f^{0.123} - 10.579 (1 - \exp (- 0.024 d))}$

где f является частотой. Статья Recommendation ITU-R P.530-17 (12/2017): данные о Распространении и методы предсказания, требуемые для проекта наземных систем угла обзора, представляют полное обсуждение для вычислительного затухания.

Уровень дождя, R, используемый в этих расчетах, являются долгосрочным статистическим уровнем дождя, R _0.01. Это - уровень дождя, который превышен на 0,01% времени. Вычисление статистического уровня дождя обсуждено в Рекомендации ITU-R P.837-7 (06/2017): Характеристики осадков для моделирования распространения. Эта статья также объясняет, как вычислить затухание для других процентов от значения на 0,01%.

Обработка частоты поддиапазона

Обработка поддиапазона разлагает широкополосный сигнал на несколько поддиапазонов и применяет узкополосную обработку к сигналу в каждом поддиапазоне. Сигналы для всех поддиапазонов суммированы, чтобы сформировать выходной сигнал.

При использовании широкополосных Системных объектов частоты или блоков, вы задаете количество поддиапазонов, N _B, в котором можно анализировать широкополосный сигнал. Частоты центра поддиапазона и ширины автоматически вычисляются из общей пропускной способности и количества поддиапазонов. Общий диапазон частот сосредоточен на поставщике услуг или рабочей частоте, _fc. Полная пропускная способность дана частотой дискретизации, _fs. Ширинами поддиапазона частоты является Δf = f _s/NB. Центральные частоты поддиапазонов

$f_{m} = {\begin{matrix} f_{c} - \frac{f_{s}}{2} + (m - 1) Δ f, N_{B} даже \\ f_{c} - \frac{(N_{B} - 1) f_{s}}{2 N_{B}} + (m - 1) Δ f, N_{B} нечетный \end{matrix}, m = 1, \dots, N_{B}$

Некоторые Системные объекты позволяют вам получить частоты центра поддиапазона, как выведено, когда вы запускаете объект. Возвращенные частоты поддиапазона последовательно упорядочиваются с упорядоченным расположением дискретного преобразования Фурье. Частоты выше поставщика услуг появляются первыми, сопровождаемые частотами ниже поставщика услуг.

Ссылки

[1] Proakis, J. Цифровая связь. Нью-Йорк: McGraw-Hill, 2001.

[2] Skolnik, M. Введение в радиолокационные системы, 3-го Эда. Нью-Йорк: McGraw-Hill.

[3] Саакян, A. Основные принципы распространения радиоволны. Норвуд, MA: дом Artech, 2011.

[4] Balanis, C. Усовершенствованный технический электромагнетизм. Нью-Йорк: Wiley & Sons, 1989.

[5] Rappaport, T. Радиосвязи: принципы и практика, 2-й Эд Нью-Йорк: Prentice Hall, 2002.

[6] Сектор радиосвязи Международного союза электросвязи. Рекомендация ITU-R P.676-10: Затухание атмосферными газами. 2013.

[7] Сектор радиосвязи Международного союза электросвязи. Рекомендация ITU-R P.840-6: Затухание из-за облаков и вуали. 2013.

[8] Сектор радиосвязи Международного союза электросвязи. Рекомендация ITU-R P.838-3: Определенная модель затухания для дождя для использования в методах предсказания. 2005.

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью MATLAB® Coder™.

Указания и ограничения по применению:

Смотрите системные объекты в Генерации кода MATLAB (MATLAB Coder).

Смотрите также

Функции

fogpl | fspl | gaspl | rainpl | rangeangle

Объекты

phased.FreeSpace | phased.LOSChannel | phased.TwoRayChannel | phased.WidebandBackscatterRadarTarget | phased.WidebandFreeSpace | phased.WidebandLOSChannel

Введенный в R2017b

Документация

phased.WidebandTwoRayChannel

Описание

Конструкция

Свойства

PropagationSpeed — Скорость распространения сигнала physconst('LightSpeed') (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

OperatingFrequency — Рабочая частота 300e6 (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

SpecifyAtmosphere — Включите атмосферную модель затухания false (значение по умолчанию) | true

Temperature — Температура окружающей среды15 (значение по умолчанию) | скаляр с действительным знаком

Зависимости

DryAirPressure — Атмосферное сухое давление воздуха 101.325e3 (значение по умолчанию) | положительный скаляр с действительным знаком

Зависимости

WaterVapourDensity — Атмосферная плотность водяного пара7.5 (значение по умолчанию) | положительный скаляр с действительным знаком

Зависимости

LiquidWaterDensity — Жидкая водная плотность0.0 (значение по умолчанию) | неотрицательный скаляр с действительным знаком

Зависимости

RainRate — Уровень ливня0.0 (значение по умолчанию) | неотрицательный скаляр

Зависимости

SampleRate — Частота дискретизации сигнала 1e6 (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

NumSubbands — Количество обработки поддиапазонов64 (значение по умолчанию) | положительное целое число

EnablePolarization — Включите поляризованные поля false (значение по умолчанию) | true

GroundReflectionCoefficient — Оснуйте отражательный коэффициент-1 (значение по умолчанию) | скаляр с комплексным знаком | 1 с комплексным знаком N вектором-строкой

Зависимости

Зависимости

CombinedRaysOutput — Опция, чтобы объединить два луча при выходе true (значение по умолчанию) | false

MaximumDistanceSource — Источник максимального одностороннего расстояния распространения 'Auto' (значение по умолчанию) | 'Property'

MaximumDistance — Максимальное одностороннее расстояние распространения10000 (значение по умолчанию) | положительный скаляр с действительным знаком

Зависимости

MaximumNumInputSamplesSource — Источник максимального количества выборок 'Auto' (значение по умолчанию) | 'Property'

Зависимости

MaximumNumInputSamples — Максимальное количество выборок входного сигнала100 (значение по умолчанию) | положительное целое число

Зависимости

Методы

Примеры

Скалярное широкополосное распространение сигнала в канале 2D луча

Сравните широкополосное распространение канала 2D луча со свободным пространством

Широкополосное поляризованное полевое распространение в канале 2D луча

2D излучите распространение широкополосной формы волны LFM с атмосферными потерями

Больше о

2D излучите пути к распространению

2D излучите затухание

Оснуйте потерю отражения и распространения

Атмосферная газовая модель затухания

Вуаль и модель затухания облака

Модель затухания ливня

Обработка частоты поддиапазона

Ссылки

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++ Генерация кода C и C++ с помощью MATLAB® Coder™.

Смотрите также

Функции

Объекты

Документация Phased Array System Toolbox

Поддержка

`PropagationSpeed` — Скорость распространения сигнала
`physconst('LightSpeed')` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

`OperatingFrequency` — Рабочая частота
`300e6` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

`SpecifyAtmosphere` — Включите атмосферную модель затухания
`false` (значение по умолчанию) | `true`

`Temperature` — Температура окружающей среды
15 (значение по умолчанию) | скаляр с действительным знаком

`DryAirPressure` — Атмосферное сухое давление воздуха
`101.325e3` (значение по умолчанию) | положительный скаляр с действительным знаком

`WaterVapourDensity` — Атмосферная плотность водяного пара
7.5 (значение по умолчанию) | положительный скаляр с действительным знаком

`LiquidWaterDensity` — Жидкая водная плотность
0.0 (значение по умолчанию) | неотрицательный скаляр с действительным знаком

`RainRate` — Уровень ливня
0.0 (значение по умолчанию) | неотрицательный скаляр

`SampleRate` — Частота дискретизации сигнала
`1e6` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

`NumSubbands` — Количество обработки поддиапазонов
64 (значение по умолчанию) | положительное целое число

`EnablePolarization` — Включите поляризованные поля
`false` (значение по умолчанию) | `true`

`GroundReflectionCoefficient` — Оснуйте отражательный коэффициент
-1 (значение по умолчанию) | скаляр с комплексным знаком | 1 с комплексным знаком N вектором-строкой

`CombinedRaysOutput` — Опция, чтобы объединить два луча при выходе
`true` (значение по умолчанию) | `false`

`MaximumDistanceSource` — Источник максимального одностороннего расстояния распространения
`'Auto'` (значение по умолчанию) | `'Property'`

`MaximumDistance` — Максимальное одностороннее расстояние распространения
10000 (значение по умолчанию) | положительный скаляр с действительным знаком

`MaximumNumInputSamplesSource` — Источник максимального количества выборок
`'Auto'` (значение по умолчанию) | `'Property'`

`MaximumNumInputSamples` — Максимальное количество выборок входного сигнала
100 (значение по умолчанию) | положительное целое число

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью MATLAB® Coder™.