Exponenta Banner
exponenta event banner

Поэтапная галерея массивов

Открыть сценарий в реальном времени

В этом примере показано, как моделировать и визуализировать различные геометрии антенной решетки с помощью Toolbox™ системы фазированной решетки. Эти геометрии можно также использовать для моделирования других типов матриц, таких как гидрофонные матрицы и микрофонные матрицы. Для каждого графика можно просмотреть код и использовать его в собственном проекте.

Линейные массивы

Линейные антенные решетки могут иметь равномерное или неравномерное расстояние между элементами. Наиболее распространенной линейной антенной решеткой является однородная линейная решетка (ULA).

N = 20;  % Number of elements
D = 0.5; % Element spacing (m)
ula = phased.ULA(N,D);
viewArray(ula,'Title','Uniform Linear Array (ULA)')
set(gca,'CameraViewAngle',4.4);

Минимальный линейный массив избыточности (MRLA) является примером неравномерно разнесенного линейного массива. MRLA минимизирует количество пар элементов, которые имеют одинаковый пространственный интервал корреляции. Можно сконструировать 4-элементную матрицу, апертура которой эквивалентна 7-элементной ULA.

N = 4;                         % Number of elements
pos = zeros(3,N);
pos(2,:) = [-1.5 -1 0.5 1.5];  % Aperture equivalent to 7-element ULA
mrla = phased.ConformalArray('ElementPosition',pos,...
                           'ElementNormal',zeros(2,N));

viewArray(mrla,'Title','Minimum Redundancy Linear Array (MRLA)')
set(gca,'CameraViewAngle',4.85);

Кольцевые массивы

Кольцевые антенные решетки могут также иметь равномерное или неравномерное расстояние между элементами. Далее приведен пример однородного кольцевого массива (UCA).

N = 24;   % Number of elements
R = 1;    % Radius (m)
uca = phased.UCA(N,R);

viewArray(uca,'ShowNormals',true,'Title','Uniform Circular Array (UCA)')
view(0,90)

Множество кольцевых антенных решеток с одинаковым количеством элементов и различными радиусами образуют концентрическую кольцевую решетку.

N = 16;                    % Number of elements on each ring
R = [1 1.5 2];             % Radii (m)
azang = (0:N-1)*360/N-180;
pos = [zeros(1,N);cosd(azang);sind(azang)];
elNormal = zeros(2,N);
concentricCircularArray = phased.ConformalArray(...
    'ElementPosition',[R(1)*pos R(2)*pos R(3)*pos],...
    'ElementNormal',[elNormal elNormal elNormal]);

viewArray(concentricCircularArray,'Title','Concentric Circular Array');

Плоские массивы с прямоугольной сеткой

Планарные антенные решетки могут иметь однородную сетку (или решетку) и различные формы границ. Далее приведен пример однородного прямоугольного массива (URA) с прямоугольной сеткой и прямоугольной границей.

M = 18;   % Number of elements on each row
N = 16;   % Number of elements on each column
dy = 0.5; % Spacing between elements on each row (m)
dz = 0.5; % Spacing between elements on each column (m)
ura = phased.URA([N M],[dz dy]);

viewArray(ura,'Title','Uniform Rectangular Array (URA)');

Также можно моделировать плоскую антенную решетку с круговой границей. Следующий код начинается с URA и удаляет элементы за пределы круга.

N = 20;   % Number of elements on each row/column of rectangular array
dy = 0.5; % Spacing between elements on each row (m)
dz = 0.5; % Spacing between elements on each column (m)
R = 4.5;  % Radius (m)
refArray = phased.URA(N,[dy,dz]);
pos = getElementPosition(refArray);
elemToRemove = sum(pos.^2)>R^2; 
pos(:,elemToRemove) = []; % Exclude elements outside circle
circularPlanarArray = phased.ConformalArray('ElementPosition',pos,...
                           'ElementNormal',zeros(2,size(pos,2)));

viewArray(circularPlanarArray,'Title','Circular Planar Array');

Далее приведен пример планарной антенной решетки с эллиптической границей.

N = 20;   % Number of elements on each row/column of rectangular array
dy = 0.5; % Spacing between elements on each row (m)
dz = 0.5; % Spacing between elements on each column (m)
Ry = 4.5; % Major radius (m)
Rz = 2.8; % Minor radius (m)
refArray = phased.URA(N,[dy,dz]);
pos = getElementPosition(refArray);
elemToRemove = (pos(2,:)/Ry).^2+(pos(3,:)/Rz).^2>1; 
pos(:,elemToRemove) = [];  % Exclude elements outside ellipse
ellipticalPlanarArray = phased.ConformalArray('ElementPosition',pos,...
                           'ElementNormal',zeros(2,size(pos,2)));

viewArray(ellipticalPlanarArray,'Title','Elliptical Planar Array');

Следующий пример - шестиугольный массив с прямоугольной сеткой.

Nmin = 7;      % Number of elements on bottom row
Nmax = 19;     % Number of elements on widest row
dy = 0.5;      % Row spacing
dz = 0.5;      % Column spacing
rows = [Nmin:2:Nmax Nmax-2:-2:Nmin];
N = sum(rows); % Total number of elements
stop = cumsum(rows);
start = stop-rows+1;
pos = zeros(3,N);
count = 0;
for m = Nmin-Nmax:2:Nmax-Nmin
    count = count+1;
    idx = start(count):stop(count);
    pos(2,idx) = (-(rows(count)-1)/2:(rows(count)-1)/2)*dy;
    pos(3,idx) = m/2*dz;
end
hexagonalPlanarArray = phased.ConformalArray('ElementPosition',pos,...
                           'ElementNormal',zeros(2,N));

viewArray(hexagonalPlanarArray,...
    'Title','Hexagonal Planar Array with Rectangular Grid');

Плоские массивы с треугольной сеткой

Треугольные сетки обеспечивают эффективную пространственную выборку и широко используются на практике. Здесь снова могут быть применены различные граничные геометрии. Первый представляет собой прямоугольный массив с треугольной решёткой.

M = 18;   % Number of elements on each row
N = 16;   % Number of elements on each column
dy = 0.5; % Spacing between elements on each row (m)
dz = 0.5; % Spacing between elements on each column (m)
rectArrayTriGrid = phased.URA([N M],[dz dy],'Lattice','Triangular');

viewArray(rectArrayTriGrid,...
    'Title','Rectangular Array with Triangular Grid');

Далее - круговая планарная антенная решетка с треугольной решёткой. 

N = 18;   % Number of elements on each row/column of rectangular array
dy = 0.5; % Spacing between elements on each row (m)
dz = 0.5; % Spacing between elements on each column (m)
R = 4.5;  % Radius (m)
refArray = phased.URA(N,[dy,dz],'Lattice','Triangular');
pos = getElementPosition(refArray);
elemToRemove = sum(pos.^2)>R^2; 
pos(:,elemToRemove) = []; % Exclude elements outside circle
circularPlanarArrayTriGrid = phased.ConformalArray(...
    'ElementPosition',pos,'ElementNormal',zeros(2,size(pos,2)));

viewArray(circularPlanarArrayTriGrid,...
    'Title','Circular Planar Array with Triangular Grid');

Далее идет эллиптическая планарная антенная решетка с треугольной решёткой.

N = 18;   % Number of elements on each row/column of rectangular array
dy = 0.5; % Spacing between elements on each row (m)
dz = 0.5; % Spacing between elements on each column (m)
Ry = 4.5; % Major radius (m)
Rz = 2.8; % Minor radius (m)
refArray = phased.URA(N,[dy,dz],'Lattice','Triangular');
pos = getElementPosition(refArray);
elemToRemove = (pos(2,:)/Ry).^2+(pos(3,:)/Rz).^2>1; 
pos(:,elemToRemove) = [];  % Exclude elements outside ellipse
ellipticalPlanarArrayTriGrid = ...
    phased.ConformalArray('ElementPosition',pos,...
    'ElementNormal',zeros(2,size(pos,2)));

viewArray(ellipticalPlanarArrayTriGrid,...
    'Title','Elliptical Planar Array with Triangular Grid');

Далее приведен пример однородного гексагонального массива (UHA).

Nmin = 9;           % Number of elements on bottom row
Nmax = 17;          % Number of elements on mid row
dy = 0.5;           % Row spacing
dz = 0.5*sin(pi/3); % Column spacing
rows = [Nmin:Nmax Nmax-1:-1:Nmin];
N = sum(rows);      % Total number of elements
stop = cumsum(rows);
start = stop-rows+1;
pos = zeros(3,N);
count = 0;
for m = Nmin-Nmax:Nmax-Nmin
    count = count+1;
    idx = start(count):stop(count);
    pos(2,idx) = (-(rows(count)-1)/2:(rows(count)-1)/2)*dy;
    pos(3,idx) = m*dz;
end
uha = phased.ConformalArray('ElementPosition',pos,...
    'ElementNormal',zeros(2,N));

viewArray(uha,'Title','Uniform Hexagonal Array (UHA)');

Истонченные массивы

Также можно моделировать плоские антенные решетки с неоднородными сетками. Далее приведен пример утонченной антенной решетки.

M = 19;   % Number of elements on each row
N = 17;   % Number of elements on each column
dy = 0.5; % Spacing between elements on each row (m)
dz = 0.5; % Spacing between elements on each column (m)
refArray = phased.URA([N M],[dz dy]);
pos = getElementPosition(refArray);
elemToRemove = [3:11:M*(N-1)/2 M*N-3:-11:(N+1)/2]; 
pos(:,elemToRemove) = [];  
thinnedURA = phased.ConformalArray('ElementPosition',pos,...
                           'ElementNormal',zeros(2,size(pos,2)));

viewArray(thinnedURA,'Title','Thinned Array');

Полусферические конформные массивы

Также можно моделировать непланарные массивы. Во многих случаях применения датчики должны соответствовать форме изогнутой поверхности, на которой они установлены. Далее приведен пример антенной решетки, элементы которой равномерно распределены по полусфере.

R = 2;                          % Radius (m)
az = -90:10:90;                 % Azimuth angles
el = -80:10:80;                 % Elevation angles (excluding poles)
[az_grid, el_grid] = meshgrid(az,el);
poles = [0 0; -90 90];          % Add south and north poles
nDir = [poles [az_grid(:) el_grid(:)]']; % Element normal directions
N = size(nDir,2);               % Number of elements
[x, y, z] = sph2cart(degtorad(nDir(1,:)), degtorad(nDir(2,:)),R*ones(1,N));
hemisphericalConformalArray = phased.ConformalArray(...
    'ElementPosition',[x; y; z],'ElementNormal',nDir);

viewArray(hemisphericalConformalArray,...
    'Title','Hemispherical Conformal Array');
view(90,0)

Подмножества

Можно моделировать и визуализировать субчипы. Далее приведен пример смежных субчипов.

replicatedURA = phased.ReplicatedSubarray('Subarray',phased.URA(5),...
                               'Layout','Rectangular',...
                               'GridSize',[3 3],'GridSpacing','Auto');

viewArray(replicatedURA,'Title','3x3 Subarrays Each Having 5x5 Elements');

Субчипы можно расположить на неуниформной сетке. В следующем примере моделируется отказ модуля T/R для одного подрешетки.

Ns = 6;               % Number of subarrays
posc = zeros(3,Ns);
posc(2,:) = -5:2.5:7.5; % Subarray phase centers 
posc(:,3) = [];         % Take out 3rd subarray to model T/R failure
defectiveSubarray = phased.ReplicatedSubarray(...
    'Subarray',phased.URA([25 5]),...
    'Layout','Custom',...
    'SubarrayPosition',posc, ...
    'SubarrayNormal',zeros(2,Ns-1));

viewArray(defectiveSubarray,'Title','Defective Subarray'); 
view(90,0)

Субчипы могут быть чередованы и перекрыты для уменьшения лепестков решетки.

N = 40;  % Number of elements
Ns = 8;  % Number of subarrays
sel = zeros(Ns,N);
Nsec = N/Ns;
for m = 1:Ns
    if m==1
        sel(m,(m-1)*Nsec+1:m*Nsec+1) = 1;
    elseif m==Ns
        sel(m,(m-1)*Nsec:m*Nsec) = 1;
    else
        sel(m,(m-1)*Nsec:m*Nsec+1) = 1;
    end
end
overlappedSubarray = phased.PartitionedArray('Array',phased.ULA(N),...
    'SubarraySelection', sel);

viewArray(overlappedSubarray,'Title','Overlapped Subarrays'); 
set(gca,'CameraViewAngle',4.65);

В некоторых приложениях с ограниченным пространством, например на спутниках, несколько антенных решеток должны иметь одно и то же пространство. Группы элементов перемежаются, перемежаются или перемежаются. В следующем примере моделируются чередующиеся неперекрывающиеся субчипы.

N = 20;
idx = reshape(randperm(N*N),N,N); 
sel = zeros(N,N*N);
for i =1:N,
    sel(i,idx(i,:)) = 1;
end
interleavedArray = phased.PartitionedArray('Array',phased.URA(N),...
    'SubarraySelection',sel);

viewArray(interleavedArray,'Title','Interleaved Arrays');

Другой тип непланарной антенной решетки - решетка с множеством плоских граней. Следующий пример показывает однородные шестиугольные матрицы, расположенные в виде подрешеток на сфере.

R = 9;                          % Radius (m)
az = unigrid(-180,60,180,'[)'); % Azimuth angles
el = unigrid(-30,60,30);        % Elevation angles (excluding poles)
[az_grid, el_grid] = meshgrid(az,el);
poles = [0 0; -90 90];          % Add south and north poles
nDir = [poles [az_grid(:) el_grid(:)]']; % Subarray normal directions
N = size(nDir,2);               % Number of subarrays
[x, y, z] = sph2cart(degtorad(nDir(1,:)), degtorad(nDir(2,:)),R*ones(1,N));
sphericalHexagonalSubarray = phased.ReplicatedSubarray('Subarray',uha,...
        'Layout','Custom',...
        'SubarrayPosition',[x; y; z], ...
        'SubarrayNormal',nDir);

viewArray(sphericalHexagonalSubarray,...
    'Title','Hexagonal Subarrays on a Sphere'); 
view(30,0)

Можно также просматривать массив под другим углом и в интерактивном режиме поворачивать его в 3-D.

view(0,90)
rotate3d on

Документация по панели инструментов системы поэтапной обработки массивов

Поддержка