phased.WidebandFreeSpace

Широкополосное распространение свободного пространства

Описание

Система object™ моделирует широкополосное распространение сигнала от одной точки к другой в среде свободного пространства. Системный объект применяет зависимую от области значений временную задержку, настройку усиления и сдвиг фазы к входному сигналу. Объект учитывает допплеровский сдвиг, когда источник или пункт назначения перемещается. Окружение свободного пространства является безграничной средой со скоростью распространения сигнала, независимой от положения и направления. Сигнал распространяется по прямой линии от источника до пункта назначения. Для примера можно использовать этот объект, чтобы смоделировать двухстороннее распространение сигнала от радара к цели.

Для неполяризованных сигналов, Системный объект позволяет вам распространять сигналы от одной точки до нескольких точек или от нескольких точек до одной точки. Распространение нескольких точек на несколько точек не поддерживается.

Чтобы вычислить распространенный сигнал в свободном пространстве:

Определите и настройте широкополосное свободное пространство окружения как показано на Конструкции разделе.
Функции step для распространения сигнала через свободное пространство в соответствии со свойствами Системный объект. Поведение step характерен для каждого объекта в тулбоксе.

При распространении сигнала туда и обратно в свободном пространстве можно использовать один WidebandFreeSpace Системный объект для вычисления двухсторонней задержки распространения. Кроме того, можно использовать два отдельных WidebandFreeSpace Системные объекты для вычисления односторонних задержек распространения в каждом направлении. Из-за искажения фильтра общая задержка туда и обратно при использовании двухстороннего распространения может отличаться от задержки при использовании двух односторонних phased.WidebandFreeSpace Системные объекты. Точнее использовать одну двухстороннюю phased.WidebandFreeSpace Системный объект. Чтобы задать эту опцию, используйте TwoWayPropagation свойство.

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

sWBFS = phased.WidebandFreeSpace создает широкополосный Системный объект свободного пространства, sWBFS.

sWBFS = phased.WidebandFreeSpace(Name,Value) создает широкополосный Системный объект свободного пространства, sWBFS, с каждым заданным свойством Name установить на заданную Value. Можно задать дополнительные аргументы пары "имя-значение" 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

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

Включите двухстороннее распространение, заданное как false или true. Установите это свойство на true для выполнения распространения туда и обратно между источником сигнала и местом назначения, указанным в step. Установите это свойство на false для выполнения только одностороннего распространения из источника в место назначения.

Пример: true

Типы данных: logical

`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

`NumSubbands` - Количество обрабатывающих поддиапазонов
`64` (по умолчанию) | положительное целое число

Количество обрабатывающих поддиапазонов, заданное как положительное целое число.

Пример: 128

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

`MaximumNumInputSamplesSource` - Источник максимального количества выборок
`'Auto'` (по умолчанию) | `'Property'`

Источник максимального количества выборок входного сигнала, заданный как 'Auto' или 'Property'. Когда вы устанавливаете это свойство на 'Auto'модель распространения автоматически выделяет достаточно памяти, чтобы буферизировать входной сигнал. Когда вы устанавливаете это свойство на 'Property', вы задаете максимальное количество выборок во входном сигнале используя MaximumNumInputSamples свойство. Любой входной сигнал, длиннее этого значения, усечен.

Чтобы использовать этот объект с сигналами переменного размера в MATLAB^® Функциональный блок в Simulink^®, установите MaximumNumInputSamplesSource свойство к 'Property' и установите значение для MaximumNumInputSamples свойство.

Пример: 'Property'

Зависимости

Чтобы включить это свойство, задайте MaximumDistanceSource на 'Property'.

Типы данных: char

`MaximumNumInputSamples` - Максимальное количество выборок входного сигнала
`100` (по умолчанию) | положительное целое число

Максимальное количество выборок входного сигнала, заданное как положительное целое число. Входной сигнал является первым аргументом step метод, после самого системного объекта. Размер входного сигнала является количеством строк в вход матрице. Любой входной сигнал, длиннее этого числа, усечен. Чтобы полностью обработать сигналы, убедитесь, что это значение свойства больше, чем любая максимальная длина входного сигнала.

Системные объекты, генерирующие форму волны, определяют максимальный размер сигнала:

Для любой формы волны, если форма волны OutputFormat для свойства задано значение 'Samples', максимальная длина сигнала является значением, заданным в NumSamples свойство.
Для импульсных сигналов, если OutputFormat установлено в 'Pulses', длина сигнала является продуктом наименьшей частоты повторения импульса, количества импульсов и частоты дискретизации.
Для непрерывных форм волны, если OutputFormat установлено в 'Sweeps', длина сигнала является продуктом времени свипа, количества свипов и частоты дискретизации.

Пример: 2048

Зависимости

Чтобы включить это свойство, задайте MaximumNumInputSamplesSource на 'Property'.

Типы данных: double

Методы

сброс	Сброс состояний фазированных. Системный объект WidebandFreeSpace
шаг	Распространите широкополосный сигнал от точки к точке с помощью модели канала свободного пространства

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

Примеры

свернуть все

Распространение широкополосных сигналов в свободном пространстве

Открыть Live Script

Распространите широкополосный сигнал с тремя тонами в подводной акустике с постоянной скоростью распространения. Можно смоделировать это окружение как свободное пространство. Центральная частота составляет 100 кГц, а частоты трех тонов составляют 75 кГц, 100 кГц и 125 кГц соответственно. Постройте график спектра исходного сигнала и распространенного сигнала, чтобы наблюдать эффект Доплера. Частота дискретизации составляет 100 кГц.

Примечание.Этот пример выполняется только в R2016b или более поздней версии. Если вы используете более ранний релиз, замените каждый вызов функции на эквивалентный step синтаксис. Для примера замените myObject(x) с step(myObject,x).

c = 1500;
fc = 100e3;
fs = 100e3;
relfreqs = [-25000,0,25000];

Установите стационарный радар и движущуюся цель и вычислите ожидаемый Допплер.

rpos = [0;0;0];
rvel = [0;0;0];
tpos = [30/fs*c; 0;0];
tvel = [45;0;0];
dop = -tvel(1)./(c./(relfreqs + fc));

Создайте сигнал и распространите сигнал на движущуюся цель.

t = (0:199)/fs;
x = sum(exp(1i*2*pi*t.'*relfreqs),2);
channel = phased.WidebandFreeSpace(...
    'PropagationSpeed',c,...
    'OperatingFrequency',fc,...
    'SampleRate',fs);
y = channel(x,rpos,tpos,rvel,tvel);

Постройте график спектров исходного сигнала и доплеровского сигнала.

periodogram([x y],rectwin(size(x,1)),1024,fs,'centered')
ylim([-150 0])
legend('original','propagated');

Figure contains an axes. The axes with title Power Spectral Density contains 2 objects of type line. These objects represent original, propagated.

Для этого широкополосного сигнала можно увидеть, что величина доплеровского сдвига увеличивается с частотой. Напротив, для узкополосных сигналов доплеровский сдвиг принимается постоянным по полосе.

Подробнее о

расширить все

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. [2].

Обработка частоты поддиапазона

Обработка поддиапазона разлагает широкополосный сигнал на несколько поддиапазонов и применяет узкополосную обработку к сигналу в каждом поддиапазоне. Сигналы для всех поддиапазонов суммируются, чтобы сформировать выходной сигнал.

При использовании широкополосных объектов или блоков Системы частоты вы задаете количество поддиапазонов, N B, в которых можно разложить широкополосный сигнал. Центральные частоты и ширины поддиапазона автоматически вычисляются из общей полосы пропускания и количества поддиапазонов. Полная полоса частот центрируется на несущей или рабочей частоте, _fc. Общая полоса пропускания задается частотой дискретизации, _fs. Ширина поддиапазона частот составляет Δf = f с/ N В. Центральные частоты поддиапазонов

$f_{m} = {\begin{matrix} f_{c} - \frac{f_{s}}{2} + (m - 1) Δ f, N_{B} даже \\ f_{c} - \frac{(N_{B} - 1) f_{s}}{2 N_{B}} + (m - 1) Δ f, N_{B} странный \end{matrix}, m = 1, \dots, N_{B}$

Некоторые Системные объекты позволяют вам получить центральные частоты поддиапазона как выходные при запуске объекта. Возвращенные частоты поддиапазона упорядочены последовательно с упорядоченным расположением дискретного преобразования Фурье. Сначала появляются частоты выше несущей, далее указываются частоты ниже несущей.

The phased.WidebandFreeSpace Системный объект использует узкополосные алгоритмы задержки и потерь для каждого поддиапазона.

Ссылки

[1] Proakis, J. Digital Communications. Нью-Йорк: McGraw-Hill, 2001.

[2] 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

Введенный в R2015b

Документация

phased.WidebandFreeSpace

Описание

Конструкция

Свойства

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

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

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

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

`NumSubbands` - Количество обрабатывающих поддиапазонов
`64` (по умолчанию) | положительное целое число

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

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

Зависимости

`MaximumNumInputSamplesSource` - Источник максимального количества выборок
`'Auto'` (по умолчанию) | `'Property'`

Зависимости

`MaximumNumInputSamples` - Максимальное количество выборок входного сигнала
`100` (по умолчанию) | положительное целое число

Зависимости

Методы

Примеры

Распространение широкополосных сигналов в свободном пространстве

Подробнее о

Задержка свободного пространства и потеря пути

Обработка частоты поддиапазона

Ссылки

Расширенные возможности

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

См. также

Документация по Phased Array System Toolbox

Поддержка

Документация

phased.WidebandFreeSpace

Описание

Конструкция

Свойства

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

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

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

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

NumSubbands - Количество обрабатывающих поддиапазонов 64 (по умолчанию) | положительное целое число

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

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

Зависимости

MaximumNumInputSamplesSource - Источник максимального количества выборок 'Auto' (по умолчанию) | 'Property'

Зависимости

MaximumNumInputSamples - Максимальное количество выборок входного сигнала 100 (по умолчанию) | положительное целое число

Зависимости

Методы

Примеры

Распространение широкополосных сигналов в свободном пространстве

Подробнее о

Задержка свободного пространства и потеря пути

Обработка частоты поддиапазона

Ссылки

Расширенные возможности

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

См. также

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

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

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

`NumSubbands` - Количество обрабатывающих поддиапазонов
`64` (по умолчанию) | положительное целое число

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

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

`MaximumNumInputSamplesSource` - Источник максимального количества выборок
`'Auto'` (по умолчанию) | `'Property'`

`MaximumNumInputSamples` - Максимальное количество выборок входного сигнала
`100` (по умолчанию) | положительное целое число

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