Многолучевый гидроакустический канал Isospeed
phased.IsoSpeedUnderwaterPaths Система object™ создает подводный акустический канал для распространения узкополосного звука из точки в точку. Канал имеет конечную постоянную глубину с границами раздела воздух-вода и вода-дно. Оба интерфейса плоские и горизонтальные. Скорость звука постоянна по всему каналу. Объект генерирует несколько путей распространения в канале с помощью акустического метода изображений (см. [3]). Поскольку скорость звука постоянна, все пути распространения являются прямыми линиями между источником, границами и приемником. Всегда есть одна прямая линия визирования. Для каждого пути распространения объект выводит зависящую от диапазона временную задержку, коэффициент усиления, коэффициент Доплера, потери отражения и потери расширения. Данные канала можно использовать в качестве входных данных для многолучевого распространения звука, phased.MultipathChannel.
Для моделирования isospeed-канала:
Определите и настройте канал. Можно задать phased.IsoSpeedUnderwaterPaths Свойства объектов системы во время конструирования или оставить их в соответствии со значениями по умолчанию. См. раздел Строительство. Некоторые свойства, заданные во время конструирования, могут быть изменены позже. Эти свойства можно настроить.
Для создания канала многолучевого распространения вызовите step способ phased.IsoSpeedUnderwaterPaths. Выходные данные метода зависят от свойств phased.IsoSpeedUnderwaterPaths Системный объект. Настраиваемые свойства можно изменить в любое время.
Примечание
Вместо использования step для выполнения операции, определенной объектом System, можно вызвать объект с аргументами, как если бы это была функция. Например, y = step(obj,x) и y = obj(x) выполнять эквивалентные операции.
channel = phased.IsoSpeedUnderwaterPathschannel.
channel = phased.IsoSpeedUnderwaterPaths(Name,Value)channel, с каждым указанным свойством Name установить в указанное значение Value. Можно указать дополнительные аргументы пары имен и значений в любом порядке как (Name1,Value1,...,NameN,ValueN).
| сброс | Сброс состояния объекта System |
| шаг | Создание путей распространения в isospeed многолучевом звуковом канале |
| Общие для всех системных объектов | |
|---|---|
release | Разрешить изменение значения свойства объекта системы |
Создайте 5-траекторный подводный звуковой канал и отобразите матрицу пути распространения. Предположим, что источник неподвижен, а приемник движется вдоль оси Х в направлении источника со скоростью 20 кв/ч. Предположим 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 временную задержку в секундах. Вторая строка содержит коэффициенты потерь нижнего отражения, а третья строка содержит потери расширения в дБ. Коэффициент потерь отражения для первого пути равен 1,0, поскольку прямой путь не имеет граничных отражений. Коэффициент потерь отражения для второго пути равен -1,0, поскольку путь имеет только поверхностное отражение.
Создайте 7-траекторный подводный звуковой канал и отобразите матрицу пути распространения. Предположим, что источник неподвижен, а мишень движется вдоль оси X в направлении источника со скоростью 20 км/ч. Предположим двустороннее 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 временную задержку в секундах. Вторая строка содержит коэффициенты потерь нижнего отражения, а третья строка содержит потери расширения в дБ. Коэффициент потерь отражения для первого пути равен 1,0, поскольку прямой путь не имеет граничных отражений. Коэффициент потерь отражения для второго пути равен -1,0, поскольку путь имеет только поверхностное отражение.
Создайте подводный звуковой канал и постройте график комбинированного принятого сигнала. Автоматически найти количество путей. Предположим, что источник неподвижен и что приемник движется вдоль оси х к источнику со скоростью 20 км/ч. Предположим 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, коэффициент Доплера и потери. Выход распространителя 51 путь, но некоторые пути могут содержать Nan значения.
[pathmat,dop,absloss,rcvangs,srcangs] = channel(srcpos,rcvpos,srcvel,rcvvel,tstep);
Создание сигнала 100 Гц с 500 выборками. Предположим, что все тракты имеют одинаковый сигнал. Использовать phased.MultipathChannel Объект системы для распространения сигналов на приемник. phased.MultipathChannel принимает в качестве входных все пути, созданные 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 график действительной части когерентной суммы распространяемых сигналов.
plot(t*1000,real(sum(propsig,2)))
xlabel('Time (millisec)')
Сравнение длительности распространяемого сигнала от стационарного гидролокатора с длительностью движущегося гидролокатора. Движущийся гидролокатор имеет радиальную скорость 25 м/с от цели. В каждом случае, распространять сигнал по одному пути. Предположим одностороннее распространение.
Определите параметры гидроакустической системы: максимальный однозначный диапазон, требуемое разрешение диапазона, рабочую частоту и скорость распространения.
maxrange = 5000.0; rngres = 10.0; fc = 20.0e3; csound = 1520.0;
Используйте прямоугольную форму сигнала для передаваемого сигнала.
prf = csound/(2*maxrange); pulseWidth = 8*rngres/csound; pulseBW = 1/pulseWidth; fs = 80*pulseBW; waveform = phased.RectangularWaveform('PulseWidth',pulseWidth,'PRF',prf, ... 'SampleRate',fs);
Укажите положения гидролокатора.
sonarplatform1 = phased.Platform('InitialPosition',[0;0;-60],'Velocity',[0;0;0]); sonarplatform2 = phased.Platform('InitialPosition',[0;0;-60],'Velocity',[0;-25;0]);
Укажите целевое положение.
targetplatform = phased.Platform('InitialPosition',[0;500;-60],'Velocity',[0;0;0]);
Определите 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 передаваемый сигнал.
wav = waveform(); nsamp = size(wav,1); rxpulses = zeros(nsamp,2); t = (0:nsamp-1)/fs;
Передайте сигнал и затем примите 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);
Передавать и принимать 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 график принятых импульсов.
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, принимаемый на движущемся гидролокаторе, увеличился по длительности по сравнению со стационарным гидролокатором.
[1] Urick, R.J. Principles of Underwater Sound, 3-е издание. Нью-Йорк: Peninsula Publishing, 1996.
[2] Преобразователи и массивы Шермана, С.С. и Дж. Батлера для подводного звука. Нью-Йорк: Спрингер, 2007.
[3] Аллен, Дж. Б. и Д. Беркли, «Метод изображения для эффективного моделирования акустики в небольших помещениях», Дж. Акоуст. Соц. Ам, том 65, № 4. Апрель 1979 года.