Среды распространения оказывают значительное влияние на амплитуду, фазу и форму распространяющихся пространственно-временных волновых полей. В некоторых случаях может потребоваться смоделировать систему, которая распространяет узкополосные сигналы через свободное пространство. Если да, можно использовать phased.FreeSpace Система object™ для моделирования зависящей от диапазона временной задержки, фазового сдвига, доплеровского сдвига и эффектов усиления.
Рассматривайте этот объект как двухточечный канал распространения. Задав свойства объекта, можно настроить определенные характеристики среды и распространяющиеся через нее сигналы, в том числе:
Скорость распространения и частота дискретизации распространяемого сигнала
Несущая частота сигнала
моделирует ли объект одностороннее или двустороннее распространение;
Каждый раз, когда вы звоните step на phased.FreeSpace объект определяет не только передаваемый сигнал, но и местоположение и скорость источника и места назначения сигнала.
Вы можете использовать fspl для определения потерь пути свободного пространства в децибелах для заданного расстояния и длины волны.
Предположим, что передатчик расположен в (1000,250,10) в глобальной системе координат. Предположим, что цель расположена в (3000 750 20). Передатчик работает на частоте 1 ГГц. Определите потери пути свободного пространства в децибелах для узкополосного сигнала, распространяющегося к цели и от нее.
[tgtrng,~] = rangeangle([3000; 750; 20],[1000; 250; 10]);
Умножьте диапазон на два для двустороннего распространения.
tgtrng = 2*tgtrng;
Определите длину волны для 1 ГГц.
lambda = physconst('LightSpeed')/1e9;Решение для потери с помощью fspl.
L = fspl(tgtrng,lambda)
L = 104.7524
Потери на пути свободного пространства в децибелах составляют приблизительно 105 дБ.
Кроме того, можно вычислить потери непосредственно из
Loss = pow2db((4*pi*tgtrng/lambda)^2)
Loss = 104.7524
Создайте линейный ЧМ-импульс длительностью 50 мс с шириной полосы 100 кГц. Моделирование зависящей от диапазона временной задержки и потери амплитуды при двустороннем распространении. Импульс распространяется между передатчиком, расположенным в точке (1000 250 10), и мишенью, расположенной в точке (3000 750 20). Сигналы распространяются со скоростью света.
Примечание.Этот пример выполняется только в R2016b или более поздних версиях. При использовании более ранней версии замените каждый вызов функции эквивалентным step синтаксис. Например, заменить myObject(x) с step(myObject,x).
waveform = phased.LinearFMWaveform('SweepBandwidth',1e5,... 'PulseWidth',5e-5,'OutputFormat','Pulses',... 'NumPulses',1,'SampleRate',1e6,'PRF',1e4); signal = waveform(); channel = phased.FreeSpace('SampleRate',1e6,... 'TwoWayPropagation',true,'OperatingFrequency',1e9); y = channel(signal,[1000; 250; 10],[3000; 750; 20],[0;0;0],[0;0;0]);
Постройте график величины передаваемого и принимаемого импульса, чтобы показать потери амплитуды и временную задержку.
t = unigrid(0,1/waveform.SampleRate,1/waveform.PRF,'[)'); subplot(2,1,1) plot(t.*1e6,abs(signal)) title('Magnitude of Transmitted Pulse') xlabel('Time (microseconds)') ylabel('Magnitude') subplot(2,1,2) plot(t.*1e6,abs(y)) title('Magnitude of Received Pulse') xlabel('Time (microseconds)') ylabel('Magnitude')
Задержка принимаемого импульса составляет приблизительно 14 мкс, ожидаемое значение для расстояния 4,123 км.
TwoWayPropagation имущества phased.FreeSpace Системная object™ позволяет моделировать одностороннее или двустороннее распространение. В следующем примере показано, как использовать это свойство для одного линейного ЧМ-импульса, распространяющегося на цель и обратно. Датчик представляет собой единую изотропную излучающую антенну, работающую на частоте 1 ГГц, расположенную на частоте (1000,250,10). Мишень расположена в (3000 750 20) и имеет нефлюктуирующую РСК площадью 1 квадратных метров.
Примечание.Этот пример выполняется только в R2016b или более поздних версиях. При использовании более ранней версии замените каждый вызов функции эквивалентным step синтаксис. Например, заменить myObject(x) с step(myObject,x).
Следующий код создает требуемые системные объекты и вычисляет диапазон и угол от антенны до цели.
waveform = phased.LinearFMWaveform('SweepBandwidth',1e5,... 'PulseWidth',5e-5,'OutputFormat','Pulses',... 'NumPulses',1,'SampleRate',1e6); antenna = phased.IsotropicAntennaElement('FrequencyRange',[500e6 1.5e9]); transmitter = phased.Transmitter('PeakPower',1e3,'Gain',20); radiator = phased.Radiator('Sensor',antenna,'OperatingFrequency',1e9); channel = phased.FreeSpace('SampleRate',1e6,... 'TwoWayPropagation',true,'OperatingFrequency',1e9); target = phased.RadarTarget('MeanRCS',1,'Model','Nonfluctuating'); collector = phased.Collector('Sensor',antenna,'OperatingFrequency',1e9); sensorpos = [3000;750;20]; tgtpos = [1000;250;10]; [tgtrng,tgtang] = rangeangle(sensorpos,tgtpos);
Потому что TwoWayPropagation свойство имеет значение true, общее распространение вычисляется только один раз.
Вычислите излучаемый сигнал.
pulse = waveform(); pulse = transmitter(pulse); pulse = radiator(pulse,tgtang);
Распространите импульс на цель и обратно.
pulse = channel(pulse,sensorpos,tgtpos,[0;0;0],[0;0;0]); pulse = target(pulse); sig = collector(pulse,tgtang);
Можно также разбить двустороннее распространение на два отдельных пути одностороннего распространения. Для этого установите TwoWayPropagation свойство для false.
channel1 = phased.FreeSpace('SampleRate',1e9,... 'TwoWayPropagation',false,'OperatingFrequency',1e6);
Излучайте импульс.
pulse = waveform(); pulse = transmitter(pulse); pulse = radiator(pulse,tgtang);
Распространение импульса от антенны к цели.
pulse = channel1(pulse,sensorpos,tgtpos,[0;0;0],[0;0;0]); pulse = target(pulse);
Распространение отраженного импульса от цели к антенне.
pulse = channel(pulse,tgtpos,sensorpos,[0;0;0],[0;0;0]); sig = collector(pulse,tgtang);
В этом примере показано, как распространять сигнал в свободном пространстве от стационарного радара к движущейся цели.
Примечание.Этот пример выполняется только в R2016b или более поздних версиях. При использовании более ранней версии замените каждый вызов функции эквивалентным step синтаксис. Например, заменить myObject(x) с step(myObject,x).
Определите частоту дискретизации сигнала, скорость распространения и несущую частоту. Определите сигнал как синусоиду частотой 150 Гц. Установите частоту дискретизации 1 кГц и несущую частоту 300 МГц. Скорость распространения - это скорость света.
fs = 1.0e3;
c = physconst('Lightspeed');
fc = 300e3;
f = 150.0;
N = 1024;
t = (0:N-1)'/fs;
x = exp(1i*2*pi*f*t);Предположим, что цель приближается к РЛС со скоростью 300,0 м/с, а РЛС неподвижна. Найдите доплеровский сдвиг, который соответствует этой относительной скорости.
v = 1000.0; dop = speed2dop(v,c/fc)
dop = 1.0007
Из формулы односторонний доплеровский сдвиг равен 1 Гц.
Создать phased.FreeSpace Система object™ и использует ее для распространения сигнала с РЛС на цель. Предположим, что радар находится в точке (0, 0, 0), а цель - в точке (100, 0, 0).
channel = phased.FreeSpace('SampleRate',fs,... 'PropagationSpeed',c,'OperatingFrequency',fc); origin_pos = [0;0;0]; dest_pos = [100;0;0]; origin_vel = [0;0;0]; dest_vel = [-v;0;0]; y = channel(x,origin_pos,dest_pos,origin_vel,dest_vel);
Постройте график спектра передаваемого сигнала. Пик при 150 Гц отражает частоту сигнала.
window = 64; ovlp = 32; [Pxx,F] = pwelch(x,window,ovlp,N,fs); plot(F,10*log10(Pxx)) xlabel('Frequency (Hz)') ylabel('Power/Frequency (dB/Hz)') title('Transmitted Signal')
Постройте график спектра распространяемого сигнала. Пик при 250 Гц отражает частоту сигнала плюс доплеровский сдвиг 100 Гц.
window = 64; ovlp = 32; [Pyy,F] = pwelch(y,window,ovlp,N,fs); plot(F,10*log10(Pyy)) grid xlabel('Frequency (Hz)') ylabel('Power/Frequency (dB/Hz)') title('Propagated Signal')
Доплеровский сдвиг слишком мал, чтобы видеть. Наложите два спектра в области 150 Гц.
figure idx = find(F>=130 & F<=170); plot(F(idx),10*log10(Pxx(idx)),'b') grid hold on plot(F(idx),10*log10(Pyy(idx)),'r') hold off xlabel('Frequency (Hz)') ylabel('Power/Frequency (dB/Hz)') title('Transmitted and Propagated Signals') legend('Transmitted','Propagated')
По-видимому, пиковый сдвиг составляет приблизительно 1 Гц.