phased.LOSChannel

Узкополосный канал распространения LOS

Описание

The phased.LOSChannel моделирует распространение узкополосных электромагнитных сигналов через канал линии видимости (LOS) от источника к месту назначения. В канале LOS пути распространения являются прямыми линиями от точки к точке. Модель распространения в канале LOS включает ослабление свободного пространства в дополнение к ослаблению из-за атмосферных газов, дождя, тумана и облаков. Можно использовать phased.LOSChannel для моделирования распространения сигналов между несколькими точками одновременно.

В то время как object™ System работает для всех частот, модели ослабления для атмосферных газов и дождя действительны только для электромагнитных сигналов в частотной области значений 1-1000 ГГц. Модель ослабления для тумана и облака действительна для 10-1000 ГГц. Вне этих областей значений частот системный объект использует самое близкое допустимое значение.

The phased.LOSChannel Системный объект применяет зависящие от области значений задержки к сигналам, а также усиления или потери. Когда источник или пункт назначения перемещается, системный объект применяет доплеровские сдвиги.

Как и phased.FreeSpace Системный объект, phased.LOSChannel Системный объект поддерживает двухстороннее распространение.

Чтобы вычислить задержку распространения для заданных точек источника и приемника:

Определите и настройте канал LOS с помощью процедуры Конструкции. Можно задать свойства объекта System во время конструкции или оставить их по значениям по умолчанию. Некоторые свойства настраиваются и могут быть изменены в любое время.
Вызовите step метод вычисления распространенного сигнала с использованием свойств phased.LOSChannel Системный объект.

Примечание

Начиная с R2016b, 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

sLOS = phased.LOSChannel создает LOS ослабляющий канал распространения Системного объекта, sLOS.

sLOS = phased.LOSChannel(Name,Value) создает Системный объект, sLOS, 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

расширить все

`PropagationSpeed` - Скорость распространения сигнала
`physconst('LightSpeed')` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Скорость распространения сигнала, заданная как положительная скалярная величина. Модули указаны в метрах в секунду. Скорость распространения по умолчанию является значением, возвращаемым physconst('LightSpeed'). Посмотрите physconst для получения дополнительной информации.

Пример: 3e8

Типы данных: double

`OperatingFrequency` - Рабочая частота
`300e6` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Рабочая частота, заданная как положительная скалярная величина. Модули указаны в Гц.

Пример: 1e9

Типы данных: double

`SpecifyAtmosphere` - Включите модель атмосферного ослабления
`false` (по умолчанию) | `true`

Опция для включения атмосферной модели ослабления, заданная как false или true. Установите это свойство на true добавить ослабление сигнала, вызванное атмосферными газами, дождем, туманом или облаками. Установите это свойство на false игнорировать атмосферные эффекты при распространении.

`SampleRate` - Частота дискретизации сигнала
`1e6` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Частота дискретизации сигнала, заданная как положительная скалярная величина. Модули указаны в Гц. Системный объект использует это количество, чтобы вычислить задержку распространения в единицах измерения выборки.

Пример: 1e6

Типы данных: double

`MaximumDistanceSource` - Источник максимального одностороннего расстояния распространения
`'Auto'` (по умолчанию) | `'Property'`

Источник максимального одностороннего расстояния распространения, заданный как 'Auto' или 'Property'. Максимальное одностороннее расстояние распространения используется, чтобы выделить достаточное количество памяти для расчета задержки сигнала. Когда вы устанавливаете это свойство на 'Auto'Системный объект автоматически выделяет память. Когда вы устанавливаете это свойство на 'Property', вы задаете максимальное одностороннее расстояние распространения, используя значение MaximumDistance свойство.

Типы данных: char

`MaximumDistance` - Максимальное одностороннее расстояние распространения
`10000` (по умолчанию) | положительный скаляр с реальным значением

Максимальное одностороннее расстояние распространения, заданное как положительный действительный скаляр. Модули измерения указаны в метрах. Любой сигнал, который распространяется больше, чем максимальное одностороннее расстояние, игнорируется. Максимальное расстояние должно быть больше или равно наибольшему расстоянию между положениями.

Пример: 5000

Зависимости

Чтобы включить это свойство, установите MaximumDistanceSource свойство к 'Property'.

Типы данных: double

Методы

сброс	Сброс состояний системного объекта
шаг	Распространите сигнал в канале LOS

Общий для всех системных объектов
`release`	Разрешить изменение значения свойства системного объекта

Примеры

свернуть все

Распространение поляризованной волны в канале LOS

Открыть Live Script

Распространите поляризованную электромагнитную волну, излучающую от короткодипольного антенного элемента. Диполь вращается на 30 ° вокруг оси Y. Установите ориентацию локальной оси так, чтобы она совпадала с диполем. Предположим, что диполь излучает на 30,0 ГГц. Распространите сигнал к цели примерно в 10 км.

Создайте short-dipole антенного элемента и излучателя Системных объектов. Установите Polarization свойство к 'Combined' для генерации поляризованных волн.

freq = 30.0e9;
c = physconst('LightSpeed');
antenna = phased.ShortDipoleAntennaElement('FrequencyRange',[100e6 40e9], ...
    'AxisDirection','Z');
radiator = phased.Radiator('Sensor',antenna, ...
    'PropagationSpeed',c, ...
    'OperatingFrequency',freq, ...
    'Polarization','Combined', ...
    'WeightsInputPort',false);

Создайте сигнал для излучения. Огибающая сигнала состоит из нескольких циклов синусоиды 4 кГц с амплитудой, установленной на единицу. Установите частоту дискретизации равной 1 МГц.

fsig = 4.0e3;
fs = 1.0e6;
t = [1:1000]/fs;
signal = sin(2*pi*fsig*t');
laxes = roty(30)*eye(3,3);

Использование phased.FreeSpace Системный объект для распространения поля от источника координат до места назначения в свободном пространстве.

fschannel = phased.FreeSpace('PropagationSpeed',c,...
    'OperatingFrequency',freq,...
    'TwoWayPropagation',false,...
    'SampleRate',fs);

Использование phased.LOSChannel Системный объект для распространения поля от источника координат до места назначения в канале LOS. Ослабление происходит из-за атмосферных газов и тумана.

loschannel = phased.LOSChannel('PropagationSpeed',c,...
    'OperatingFrequency',freq,...
    'TwoWayPropagation',false,...
    'SampleRate',fs,'SpecifyAtmosphere',true,'LiquidWaterDensity',0.5);

Установите источник сигнала, скорость источника сигнала, пункт назначения сигнала и скорость назначения сигнала.

source_pos = [0;0;0];
target_pos = [10000;200;0];
source_vel = [0;0;0];
target_vel = [0;0;0];
[~,radiatingAngles] = rangeangle(target_pos,source_pos,laxes);

Излучайте сигнал в сторону цели. Излучаемый сигнал является struct содержащий поляризованное поле.

rad_sig = radiator(signal,radiatingAngles,laxes);

Распространите сигналы на цель в свободном пространстве.

prop_sig = fschannel(rad_sig,source_pos,target_pos,...
    source_vel,target_vel);

Распространите сигналы на цель в канале LOS.

prop_att_sig = loschannel(rad_sig,source_pos,target_pos,...
    source_vel,target_vel);

Постройте график z-составляющих сигналов как свободного пространства, так и LOS-канала.

plot(1e6*t,real(prop_sig.Z),1e6*t,real(prop_att_sig.Z))
grid
xlabel('Time (\mu sec)')
legend('z_{fsp}','z_{los}')

$Figure contains an axes. The axes contains 2 objects of type line. These objects represent z_{fsp}, z_{los}.$

Сигнал канала LOS ослабляется по сравнению с сигналом свободного пространства.

Подробнее о

расширить все

Ослабление или потеря пути

Ослабление или потери пути в канале LOS состоят из четырех компонентов. _{L = LfspLgLcLr}, где

_Lfsp - ослабление пути свободного пространства
_Lg - ослабление атмосферного пути
_Lc - ослабление тумана и пути облака
_Lr - ослабление дождевого пути

Каждое ослабление пути в единицах величины, а не в дБ.

Задержка свободного пространства и потеря пути

Когда источник и пункт назначения стационарны относительно друг друга, можно записать выходной сигнал канала свободного пространства как _{Y(t) = x(t-τ)/Lfsp}. Величина τ является задержкой сигнала, и _Lfsp является потерями при распространении в свободном пространстве. τ задержки задается R/c, где R - расстояние распространения, а c - скорость распространения. Это потери при распространении в свободном пространстве задаются как

$L_{f s p} = \frac{{(4 π R)}^{2}}{λ^{2}},$

her- длина волны сигнала.

Эта формула принимает, что цель находится в дальнем поле передающего элемента или массива. В ближнем поле формула потерь при распространении в свободном пространстве не действительна и может привести к потере меньше единицы, эквивалентной усилению сигнала. Поэтому потеря устанавливается равной единице для значений области значений, R ≤ λ/4π.

Когда источник и назначение имеют относительное движение, обработка также вводит доплеровский сдвиг частоты. Сдвиг частоты v/λ для одностороннего распространения и 2v/λ для двухстороннего распространения. Количественная v является относительной скоростью места назначения относительно источника.

Для получения дополнительной информации о распространении канала свободного пространства см. [5].

Модель ослабления атмосферного газа

Эта модель вычисляет ослабление сигналов, которые распространяются через атмосферные газы.

Электромагнитные сигналы ослабевают, когда они распространяются через атмосферу. Этот эффект вызван в основном линиями поглощения резонанса кислорода и водяного пара с меньшими вкладами, поступающими от газообразного азота. Модель также включает непрерывный спектр поглощения ниже 10 ГГц. Используется модель МСЭ Рекомендация ITU-R P.676-10: Ослабление атмосферными газами. Модель вычисляет удельное ослабление (ослабление на километр) как функцию от температуры, давления, плотности водяного пара и частоты сигнала. Модель атмосферного газа действительна для частот от 1 до 1000 ГГц и применяется к поляризованным и неполяризованным полям.

Формула для определенного ослабления на каждой частоте является

$γ = γ_{o} (f) + γ_{w} (f) = 0.1820 f N^{″} (f) .$

Количественная N"() является мнимой частью комплексной атмосферной рефрактивности и состоит из спектральной линии компонента и непрерывного компонента:

$N^{″} (f) = \sum_{i} S_{i} F_{i} + {N^{″}}_{D}^{} (f)$

Спектральный компонент состоит из суммы дискретных членов спектра, состоящих из локализованной функции полосы частот, F(f) i, умноженной на интенсивность спектральной линии, _S i. Для атмосферного кислорода каждая спектральная прочность линии

$S_{i} = a_{1} \times 10^{- 7} {(\frac{300}{T})}^{3} \exp [a_{2} (1 - (\frac{300}{T})] P .$

Для атмосферного водяного пара каждая спектральная прочность линии

$S_{i} = b_{1} \times 10^{- 1} {(\frac{300}{T})}^{3.5} \exp [b_{2} (1 - (\frac{300}{T})] W .$

P - давление сухого воздуха, W - парциальное давление водяного пара, и T - температура окружающей среды. Модули давления находятся в hectoPascals (hPa), а температура в степенях Кельвина. Парциальное давление водяного пара, W, связано с плотностью водяного пара,

$W = \frac{ρ T}{216.7} .$

Общее атмосферное давление составляет P + W.

Для каждой кислородной линии _Si зависит от двух параметров, _a1 и _a2. Точно так же каждая линия водяного пара зависит от двух параметров, _b1 и _b2. Документация ITU, приведенная в конце этого раздела, содержит таблицы этих параметров как функций частоты.

Локализованные функции полосы частот _Fi(f) являются сложными функциями частоты, описанными в ссылках ITU, цитируемых ниже. Функции зависят от эмпирических параметров модели, которые также сведены в таблицу в ссылке.

Чтобы вычислить общее ослабление для узкополосных сигналов вдоль пути, функция умножает конкретное ослабление на длину пути, R. Затем общее ослабление _{Lg= R(γo + γw)}.

Можно применить модель ослабления к широкополосным сигналам. Сначала разделите широкополосный сигнал на частотные поддиапазоны и примените ослабление к каждому поддиапазону. Затем суммируйте все ослабленные поддиапазонные сигналы в полный ослабленный сигнал.

Модель ослабления тумана и облака

Эта модель вычисляет ослабление сигналов, которые распространяются через туман или облака.

Туман и затухание облака - одно и то же атмосферное явление. Используется модель ITU, Рекомендация ITU-R P.840-6: Ослабление из-за облаков и тумана. Модель вычисляет удельное ослабление (ослабление на километр) сигнала как функцию от плотности жидкости, частоты сигнала и температуры. Модель применяется к поляризованным и неполяризованным полям. Формула для определенного ослабления на каждой частоте является

$γ_{c} = K_{l} (f) M,$

где M - плотность жидкой воды в г/м³. Величина _Kl(f) является определенным коэффициентом ослабления и зависит от частоты. Модель ослабления облака и тумана действует для частот 10-1000 ГГц. Модулями для конкретного коэффициента ослабления являются (дБ/км )/( г/м³).

Чтобы вычислить общее ослабление для узкополосных сигналов вдоль пути, функция умножает конкретное ослабление на R длины пути. Общее ослабление _{Lc = Rγc}.

Можно применить модель ослабления к широкополосным сигналам. Сначала разделите широкополосный сигнал на частотные поддиапазоны и примените узкополосное ослабление к каждому поддиапазону. Затем суммируйте все ослабленные поддиапазонные сигналы в полный ослабленный сигнал.

Модель ослабления осадков

Эта модель вычисляет ослабление сигналов, которые распространяются через области осадков. Затухание дождя является доминирующим механизмом затухания и может варьироваться от места к месту и от года к году.

Электромагнитные сигналы ослабляются при распространении через область осадков. Ослабление осадков вычисляется согласно модели осадков МСЭ Рекомендация ITU-R P.838-3: Специфическая модель ослабления для дождя для использования в методах предсказания. Модель вычисляет удельное ослабление (ослабление на километр) сигнала как функцию скорости осадков, частоты сигнала, поляризации и угла возвышения пути. Конкретное ослабление, ɣ R, моделируется как закон степени относительно скорости дождя

$γ_{R} = k R^{α},$

где R - темп дождя. Модули указаны в мм/ч. k параметра и экспонента α зависят от частоты, состояния поляризации и угла возвышения пути сигнала. Специфическая модель ослабления действительна для частот от 1 до 1000 ГГц.

Чтобы вычислить общее ослабление для узкополосных сигналов вдоль пути, функция умножает конкретное ослабление на эффективное расстояние распространения, d _eff. Затем общее ослабление составляет L = d _eff γ R.

Эффективное расстояние является геометрическим расстоянием, d, умноженным на масштабный коэффициент

$r = \frac{1}{0.477 d^{0.633} R_{0.01}^{0.073 α} f^{0.123} - 10.579 (1 - \exp (- 0.024 d))}$

где f - частота. Статья Рекомендация ITU-R P.530-17 (12/2017): Данные о распространении и методы предсказания, необходимые для проекта наземных систем видимости, представляют собой полное обсуждение для вычисления ослабления.

Скорость дождя, R, используемая в этих расчетах, является долгосрочной статистической скоростью дождя, R _0,01. Это уровень дождей, который превышает 0,01% времени. Расчет статистической скорости дождя обсуждается в Рекомендации ITU-R P.837-7 (06/2017): Характеристики осадков для моделирования распространения. В этой статье также объясняется, как вычислить ослабление для других процентов от значения 0,01%.

Ссылки

[1] Сектор радиосвязи Международного объединения электросвязи. Рекомендация ITU-R P.676-10: Ослабление атмосферными газами. 2013.

[2] Сектор радиосвязи Международного объединения электросвязи. Рекомендация ITU-R P.840-6: Ослабление из-за облаков и тумана. 2013.

[3] Сектор радиосвязи Международного объединения электросвязи. Рекомендация ITU-R P.838-3: Специфическая модель ослабления для дождя для использования в методах предсказания. 2005.

[4] Сейболд, Дж. Введение в распространение РФ. Нью-Йорк: Wiley & Sons, 2005.

[5] Skolnik, M. Introduction to Радиолокационные Системы, 3rd Ed. New York: McGraw-Hill, 2001.

Расширенные возможности

Генерация кода C/C + +
Сгенерируйте код C и C++ с помощью Coder™ MATLAB ®

Указания и ограничения по применению:

Смотрите Системные объекты в Генерации кода MATLAB (MATLAB Coder).

См. также

Функции

fogpl | fspl | gaspl | rainpl | rangeangle

Объекты

phased.BackscatterRadarTarget | phased.FreeSpace | phased.RadarTarget | phased.WidebandFreeSpace | phased.WidebandLOSChannel | twoRayChannel (Radar Toolbox)

Введенный в R2016a

Документация

phased.LOSChannel

Описание

Конструкция

Свойства

`PropagationSpeed` - Скорость распространения сигнала
`physconst('LightSpeed')` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`OperatingFrequency` - Рабочая частота
`300e6` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`SpecifyAtmosphere` - Включите модель атмосферного ослабления
`false` (по умолчанию) | `true`

`Temperature` - Температура окружающей среды
`15` (по умолчанию) | скаляр с реальным значением

Зависимости

`DryAirPressure` - Атмосферное давление сухого воздуха
`101.325e3` (по умолчанию) | положительный скаляр с реальным значением

Зависимости

`WaterVapourDensity` - Плотность паров воды в атмосфере
`7.5` (по умолчанию) | положительный скаляр с реальным значением

Зависимости

`LiquidWaterDensity` - Плотность жидкой воды
`0.0` (по умолчанию) | неотрицательный скаляр с реальным значением

Зависимости

`RainRate` - Норма осадков
`0.0` (по умолчанию) | неотрицательной скаляром

Зависимости

`TwoWayPropagation` - Включите двухстороннее распространение
`false` (по умолчанию) | `true`

`SampleRate` - Частота дискретизации сигнала
`1e6` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`MaximumDistanceSource` - Источник максимального одностороннего расстояния распространения
`'Auto'` (по умолчанию) | `'Property'`

`MaximumDistance` - Максимальное одностороннее расстояние распространения
`10000` (по умолчанию) | положительный скаляр с реальным значением

Зависимости

Методы

Примеры

Распространение поляризованной волны в канале LOS

Подробнее о

Ослабление или потеря пути

Задержка свободного пространства и потеря пути

Модель ослабления атмосферного газа

Модель ослабления тумана и облака

Модель ослабления осадков

Ссылки

Расширенные возможности

Генерация кода C/C + +
Сгенерируйте код C и C++ с помощью Coder™ MATLAB ®

См. также

Функции

Объекты

Документация по Phased Array System Toolbox

Поддержка

Документация

phased.LOSChannel

Описание

Конструкция

Свойства

PropagationSpeed - Скорость распространения сигнала physconst('LightSpeed') (по умолчанию) | положительная скалярная величина

OperatingFrequency - Рабочая частота 300e6 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

SpecifyAtmosphere - Включите модель атмосферного ослабления false (по умолчанию) | true

Temperature - Температура окружающей среды 15 (по умолчанию) | скаляр с реальным значением

Зависимости

DryAirPressure - Атмосферное давление сухого воздуха 101.325e3 (по умолчанию) | положительный скаляр с реальным значением

Зависимости

WaterVapourDensity - Плотность паров воды в атмосфере 7.5 (по умолчанию) | положительный скаляр с реальным значением

Зависимости

LiquidWaterDensity - Плотность жидкой воды 0.0 (по умолчанию) | неотрицательный скаляр с реальным значением

Зависимости

RainRate - Норма осадков 0.0 (по умолчанию) | неотрицательной скаляром

Зависимости

TwoWayPropagation - Включите двухстороннее распространение false (по умолчанию) | true

SampleRate - Частота дискретизации сигнала 1e6 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

MaximumDistanceSource - Источник максимального одностороннего расстояния распространения 'Auto' (по умолчанию) | 'Property'

MaximumDistance - Максимальное одностороннее расстояние распространения 10000 (по умолчанию) | положительный скаляр с реальным значением

Зависимости

Методы

Примеры

Распространение поляризованной волны в канале LOS

Подробнее о

Ослабление или потеря пути

Задержка свободного пространства и потеря пути

Модель ослабления атмосферного газа

Модель ослабления тумана и облака

Модель ослабления осадков

Ссылки

Расширенные возможности

Генерация кода C/C + + Сгенерируйте код C и C++ с помощью Coder™ MATLAB ®

См. также

Функции

Объекты

Документация по Phased Array System Toolbox

Поддержка

`PropagationSpeed` - Скорость распространения сигнала
`physconst('LightSpeed')` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`OperatingFrequency` - Рабочая частота
`300e6` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`SpecifyAtmosphere` - Включите модель атмосферного ослабления
`false` (по умолчанию) | `true`

`Temperature` - Температура окружающей среды
`15` (по умолчанию) | скаляр с реальным значением

`DryAirPressure` - Атмосферное давление сухого воздуха
`101.325e3` (по умолчанию) | положительный скаляр с реальным значением

`WaterVapourDensity` - Плотность паров воды в атмосфере
`7.5` (по умолчанию) | положительный скаляр с реальным значением

`LiquidWaterDensity` - Плотность жидкой воды
`0.0` (по умолчанию) | неотрицательный скаляр с реальным значением

`RainRate` - Норма осадков
`0.0` (по умолчанию) | неотрицательной скаляром

`TwoWayPropagation` - Включите двухстороннее распространение
`false` (по умолчанию) | `true`

`SampleRate` - Частота дискретизации сигнала
`1e6` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`MaximumDistanceSource` - Источник максимального одностороннего расстояния распространения
`'Auto'` (по умолчанию) | `'Property'`

`MaximumDistance` - Максимальное одностороннее расстояние распространения
`10000` (по умолчанию) | положительный скаляр с реальным значением

Генерация кода C/C + +
Сгенерируйте код C и C++ с помощью Coder™ MATLAB ®