Pulse Waveform Analyzer
Анализируйте показатели производительности импульсных, модулируемых частотой, и закодированных фазой форм волны
Описание
Приложение Pulse Waveform Analyzer позволяет вам исследовать свойства сигналов, обычно используемых в радаре. Можно отобразить 2D и 3-D графики, которые позволяют вам визуализировать временные ряды формы волны и спектры.
Приложение позволяет вам изменить параметры формы волны и видеть, как различные значения параметров влияют на внешний вид и свойства формы волны. Параметры формы волны включают импульсную частоту повторения (PRF), импульсную длительность и пропускную способность. Отображения приложения основные характеристики формы волны, такие как разрешение области значений, Доплеровское разрешение и максимальная область значений. Когда вы запускаете приложение, Real and Imaginary и вкладки Spectrum показывают по умолчанию. Можно одновременно наложить графики нескольких форм волны.
Можно выбрать различные типы отображений с помощью этого выпадающего меню. Можно также перестроить вкладки при помощи перетаскивания, чтобы изменить раскладку по умолчанию.
Приложение позволяет вам анализировать эти типы форм волны:
Прямоугольный
Линейная частотная модуляция (LFM)
Ступенчатый FM
Закодированные фазой формы волны
Частотная модуляция постоянная форма волны (FMCW)
Можно экспортировать формы волны как переменные рабочей области или файлы, содержащие:
Объекты формы волны Phased Array System Toolbox™, такие как
phased.LinearFMWaveform.Radar Toolbox
pulseWaveformLibraryобъекты.Radar Toolbox
pulseCompressionLibraryобъекты.
Можно использовать блоки формы волны, блоки Matched Filter и блоки Stretch Processor в Simulink®. Можно также использовать Pulse Waveform Library и блоки Pulse Compression Library, доступные в Radar Toolbox.
Можно также использовать это приложение в приложениях гидролокатора путем выбора соответствующей скорости распространения.
Откройте приложение Pulse Waveform Analyzer
Панель инструментов MATLAB®: На вкладке Apps, под Signal Processing and Communications, выбирают значок приложения, или
Командная строка MATLAB: Войти
pulseWaveformAnalyzer. Для способов использовать приложение программно, смотрите Программируемое Использование.
Примеры
Прямоугольная форма волны
В этом примере показано, как анализировать прямоугольную форму волны. Идеальная прямоугольная форма волны переходит мгновенно к постоянному значению и остается там на некоторое время. Перестройте Parameters, и Characteristics переходит, чтобы сделать графики больше.
Когда вы открываете приложение, вкладка Library показывает прямоугольную форму волны по умолчанию, и центральная панель отображает форму формы волны или спектр. Во-первых, установите Sample Rate (Hz) на 3 МГц. Та же частота дискретизации применяется ко всем формам волны, которые вы анализируете.
Можно переименовать форму волны путем щелчка правой кнопкой по ее имени. Поменяйте имя на RectangularPulse.
Спроектируйте импульс для максимальной области значений 50 км. Для этой области значений время для сигнала распространить и возвратиться является 333 μs. Поэтому позвольте 333 μs между импульсами, эквивалентными импульсной частоте повторения (PRF) 3 000 Гц.
Установите Pulse Width на 50 μs.
Измените значение скорости света в поле Propagation Speed к более точному значению путем ввода physconst('Lightspeed'). Можно использовать переменные рабочей области и функции MATLAB в любом доступном для редактирования поле.
После того, как вы выбираете зеленую галочку, отображения приложения разрешение области значений приблизительно 7,5 км во вкладке Characteristics. В этой панели можно прокрутить право видеть другие свойства. Разрешение области значений меандра является примерно 1/2 длительностью импульса, умноженной на скорость света. Доплеровское разрешение является приблизительно шириной преобразования Фурье импульса.
В центральной панели окна выберите вкладку Real and Imaginary, чтобы построить форму волны.
Выберите вкладку Spectrum в центральной панели окна, чтобы показать степени спектральную плотность.
Можно отобразить соединение разрешение Доплера области значений путем выбора Surface из меню Ambiguity Plots.
Линейная форма волны FM
В этом примере показано, как улучшить разрешение области значений с помощью линейной формы волны FM. В предыдущем примере разрешение области значений меандра было плохо, приблизительно 7,5 км. Можно улучшить разрешение области значений путем выбора сигнала с большей пропускной способностью. Хорошим выбором является линейный импульс FM.
Во вкладке Parameters измените Waveform в Linear FM. Затем поменяйте имя формы волны на LinearFMWaveform. Этот тип импульса имеет различную частоту, которая может или увеличиться или уменьшиться как линейная функция времени. Сохраните частоту дискретизации на уровне 3 МГц.
Выберите Sweep Direction в качестве Up, и Sweep Bandwidth как 1 МГц.
Вы видите, что, сохраняя ту же ширину импульса как в предыдущем примере, улучшает разрешение области значений 150 м, как показано во вкладке Characteristics.
В то время как разрешение области значений поправляется, Доплеровское разрешение хуже, чем разрешение прямоугольной формы волны. Вы видите это путем выбора графика неоднозначности Surface. Вкладка Ambiguity Function-Surface показывает этот компромисс между Доплеровским разрешением и разрешением области значений.
Линейная спектрограмма формы волны FM
В этом примере показано, как отобразить спектрограмму линейной формы волны FM с и без переназначения частоты.
Используйте те же параметры сигнала в качестве в предыдущем примере.
Выберите Spectrogram из Signal Plots выпадающее меню. Затем установите флажок Reassigned, чтобы показать, что частота повторно присвоила спектрограмму (переназначение включено по умолчанию). Установите Threshold на-100 дБ. Переназначение частоты является методом для увеличения резкости спектрограммы величины сигнала с помощью информации от ее спектра фазы. Для получения дополнительной информации о переназначении частоты смотрите Фулопа и Келли (2006) [1].
Можно варьироваться установка Threshold, чтобы показать или скрыть более слабые компоненты спектра.
Чтобы просмотреть обычную спектрограмму, снимите флажок Reassigned.
Снова, можно варьироваться установка Threshold Value, чтобы показать или скрыть более слабые компоненты спектра.
Отобразите и анализируйте два сигнала
В этом примере показано, как отобразить два сигнала одновременно.
Во-первых, создайте прямоугольную форму волны теми же параметрами, как используется в первом примере. Затем переименуйте форму волны в RectangularPulse.
Затем создайте форму волны LFM. Нажмите кнопку Add Waveform. Переименуйте вторую форму волны в LinearFMPulse. Установите параметры формы волны на те же значения как во втором примере.
Выберите обе формы волны в панели Library с помощью Ctrl +click. Отображение теперь показывает формы волны, спектры и характеристики для обеих форм волны.
Программируемое использование
Можно запустить pulseWaveformAnalyzer из командной строки.
pulseWaveformAnalyzer(wav)
wav)pulseWaveformAnalyzer( открывает приложение Pulse Waveform Analyzer и импортирует и строит форму волны wav)wav. wav может быть переменная в рабочей области, представляющей объект формы волны, такой как:
wav = phased.LinearFMWaveform('SampleRate',fs, ... 'SweepBandwidth',200e3,... 'PulseWidth',1e-3,'PRF',1e3); pulseWaveformAnalyzer(wav)
pulseWaveformAnalyzer(phased.LinearFMWaveform( ... 'SampleRate',fs, ... 'SweepBandwidth',200e3,... 'PulseWidth',1e-3,'PRF',1e3))
pulseWaveformAnalyzer(wavlib)
wavlib)pulseWaveformAnalyzer( открывает приложение Pulse Waveform Analyzer и импортирует wavlib)pulseWaveformLibrary объект, wavlib. Например, создайте объект библиотеки формы волны из трех форм волны с общей частотой дискретизации 1 МГц. Затем запуститесь из командной строки:
waveform1 = {'Rectangular','PRF',1e4,'PulseWidth', 50e-6};
waveform2 = {'LinearFM','PRF',1e4,'PulseWidth',50e-6, ...
'SweepBandwidth',1e5,'SweepDirection','Up',...
'SweepInterval', 'Positive'};
waveform3 = {'PhaseCoded','PRF',1e4,'Code','Zadoff-Chu', ...
'SequenceIndex',3,'ChipWidth',5e-6,'NumChips',8};
fs = 1e6;
wavlib = pulseWaveformLibrary('SampleRate',fs, ...
'WaveformSpecification',{waveform1,waveform2,waveform3});
pulseWaveformAnalyzer(wavlib)
pulseWaveformAnalyzer(comprlib)
comprlib)pulseWaveformAnalyzer( открывает приложение Pulse Waveform Analyzer и импортирует comprlib)pulseCompressionLibrary объект, comprlib. Например, с помощью форм волны от Прямоугольной Формы волны и Линейных примеров Формы волны FM, создайте согласованный фильтр для прямоугольной формы волны и процессор фрагмента для линейной формы волны FM. Установите частоту дискретизации на 3 МГц, ширину импульса прямоугольной волны к 25 μs, ширину импульса линейной волны к 50 μs и импульсной частоты повторения к 3 000 Гц. Экспортируйте сжатые формы волны в приложение формы волны с этими командами:
fs = 3e6;
rectpw = 25e-6;
linpw = 50e-6;
prf = 3e3;
waveform1 = {'Rectangular','PRF',prf,...
'PulseWidth',rectpw};
waveform2 = {'LinearFM','PRF',prf,'PulseWidth',linpw,...
'SweepBandwidth',1e6,'SweepDirection','Up',...
'SweepInterval','Positive'};
procspec1 = {'MatchedFilter','SpectrumWindow','Hann'};
procspec2 = {'StretchProcessor','ReferenceRange',5000,...
'RangeSpan',200,'RangeWindow','Hamming'};
comprlib = pulseCompressionLibrary(...
'WaveformSpecification',{waveform1, waveform2},...
'ProcessingSpecification',{procspec1, procspec2},...
'SampleRate',fs,'PropagationSpeed',physconst('Lightspeed'));
pulseWaveformAnalyzer(comprlib)
Ссылки
[1] Fulop, Шон А. и Келли Фитц. "Алгоритмы для Вычисления Откорректированной Временем Мгновенной Частоты (Переприсвоенная) Спектрограмма, с Приложениями". Журнал Акустического Общества Америки 119, № 1 (январь 2006): 360–71.