phased.IsoSpeedUnderwaterPaths
Многолучевой гидроакустический канал Isospeed
Описание
The phased.IsoSpeedUnderwaterPaths Система object™ создает подводный акустический канал для распространения узкополосного звука от точки к точке. Канал имеет конечную постоянную глубину с воздушно-водными и водно-донными границами. Оба интерфейса являются плоскими и горизонтальными. 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, контурами и приемником. Всегда существует один прямой путь видимости. Для каждого пути распространения объект выводит зависимую от диапазона задержку времени, усиление, доплеровский коэффициент, потери отражения и потери расширения. Можно использовать данные канала как вход для многолучевого распространения звука, phased.MultipathChannel.
Чтобы смоделировать изопроницаемый канал:
Определите и настройте канал. Можно задать
phased.IsoSpeedUnderwaterPathsСвойства системного объекта во время конструкции или оставьте их равными значениям по умолчанию. См. «Конструкция». Некоторые свойства, заданные во время конструкции, могут быть изменены позже. Эти свойства настраиваются.Чтобы создать многолучевой канал, вызовите
stepметодphased.IsoSpeedUnderwaterPaths. Выход метода зависит от свойствphased.IsoSpeedUnderwaterPathsСистемный объект. Изменять настраиваемые свойства можно в любой момент.
Примечание
Вместо использования step метод для выполнения операции, заданной системным объектом, можно вызвать объект с аргументами, как если бы это была функция. Для примера, y = step(obj,x) и y = obj(x) выполнять эквивалентные операции.
Конструкция
channel = phased.IsoSpeedUnderwaterPathschannel.
channel = phased.IsoSpeedUnderwaterPaths(Name,Value)channel, с каждым заданным свойством Name установить на заданную Value. Можно задать дополнительные аргументы в виде пар имен и значений в любом порядке как (Name1,Value1..., NameN,ValueN).
Свойства
Методы
| сброс | Сброс состояния системного объекта |
| шаг | Создайте пути распространения в изоспеидном многолучевом звуковом канале |
| Общий для всех системных объектов | |
|---|---|
release | Разрешить изменение значения свойства системного объекта |
Примеры
Создайте односторонний многолучевой подводный звуковой канал
Создайте подводный звуковой канал с 5 путями и отобразите матрицу пути распространения. Предположим, что источник является стационарным, и приемник движется вдоль оси X к источнику со скоростью 20 км/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 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, потому что прямой путь не имеет граничных отражений. Коэффициент потерь отражения для второго пути равен -1,0, потому что путь имеет только поверхностное отражение.
Создайте двухсторонний многолучевой подводный звуковой канал
Создайте подводный звуковой канал с 7 траекториями и отобразите матрицу пути распространения. Предположим, что источник является стационарным, а цель движется вдоль оси X к источнику со скоростью 20 км/ч. Предположим двухстороннее 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 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, потому что прямой путь не имеет граничных отражений. Коэффициент потерь отражения для второго пути равен -1,0, потому что путь имеет только поверхностное отражение.
Распространение звука в канале, имеющем неизвестное количество путей
Создайте подводный звуковой канал и постройте график объединенного принимаемого сигнала. Автоматический поиск количества путей. Предположим, что источник является стационарным и что приемник движется вдоль оси X к источнику со скоростью 20 км/ч. Примите 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, Допплеровский коэффициент и потери. Распространитель выходов 51 путь выхода но некоторые пути могут содержать Nan значения.
[pathmat,dop,absloss,rcvangs,srcangs] = channel(srcpos,rcvpos,srcvel,rcvvel,tstep);
Создайте сигнал 100 Гц с 500 выборками. Предположим, что все пути имеют один и тот же сигнал. Использование phased.MultipathChannel Системный объект для распространения сигналов на приемник. phased.MultipathChannel принимает как вход 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 распространенных сигналов.
plot(t*1000,real(sum(propsig,2)))
xlabel('Time (millisec)')
Допплеровское растяжение гидроакустического сигнала
Сравните длительность распространенного сигнала от стационарного гидролокатора с длительностью движущегося гидролокатора. Движущийся гидролокатор имеет радиальную скорость 25 м/с от цели. В каждом случае распространите сигнал по одному пути. Предположим одностороннее распространение.
Задайте гидроакустические системные параметры: максимальную однозначную область значений, необходимое разрешение области значений, рабочую частоту и скорость распространения.
maxrange = 5000.0; rngres = 10.0; fc = 20.0e3; csound = 1520.0;
Используйте прямоугольную форму волны для переданного сигнала.
prf = csound/(2*maxrange); pulseWidth = 8*rngres/csound; pulseBW = 1/pulseWidth; fs = 80*pulseBW; waveform = phased.RectangularWaveform('PulseWidth',pulseWidth,'PRF',prf, ... 'SampleRate',fs);
Задайте гидроакустические положения.
sonarplatform1 = phased.Platform('InitialPosition',[0;0;-60],'Velocity',[0;0;0]); sonarplatform2 = phased.Platform('InitialPosition',[0;0;-60],'Velocity',[0;-25;0]);
Задайте целевое положение.
targetplatform = phased.Platform('InitialPosition',[0;500;-60],'Velocity',[0;0;0]);
Задайте 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 переданную форму волны.
wav = waveform(); nsamp = size(wav,1); rxpulses = zeros(nsamp,2); t = (0:nsamp-1)/fs;
Передайте сигнал и затем получите эхо-сигнал на стационарном гидроакустическом аппарате.
[pathmat,dop,aloss,~,~] = paths(sonarplatform1.InitialPosition, ... targetplatform.InitialPosition,sonarplatform1.InitialVelocity, ... targetplatform.InitialVelocity,1/prf); rxpulses(:,1) = propagator(wav,pathmat,dop,aloss);
Передайте и получите на движущемся гидроакустическом аппарате.
[pathmat,dop,aloss,~,~] = paths(sonarplatform2.InitialPosition, ... targetplatform.InitialPosition,sonarplatform2.Velocity, ... targetplatform.Velocity,1/prf); rxpulses(:,2) = propagator(wav,pathmat,dop,aloss);
Постройте график полученных 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, принятый на движущемся гидролокаторе, увеличился в длительности по сравнению со стационарным гидролокатором.
Ссылки
[1] Урик, Р. Дж. Принципы подводного звука, 3-е издание. New York: Peninsula Publishing, 1996.
[2] Sherman, C.S. and J.Butler Transducers and Arrays for Underwater Sound. Нью-Йорк: Спрингер, 2007.
[3] Allen, J.B. and D. Berkely, «Image method for effectually simulating small-room acoustics», J. Acoust. Soc. Am, Vol 65, № 4. Апрель 1979 года.