Pulse Waveform Analyzer

Анализируйте эксплуатационные характеристики импульсных, частотно-модулированных и закодированных по фазе осциллограмм

Описание

Приложение Pulse Waveform Analyzer позволяет исследовать свойства сигналов, обычно используемых в радаре. Можно отобразить 2-D и 3-D графики, которые позволяют вам визуализировать временные ряды и спектры формы волны.

Приложение позволяет вам изменить параметры формы волны и увидеть, как различные значения параметров влияют на внешний вид и свойства формы волны. Параметры формы волны включают частоту повторения импульса (PRF), длительность импульса и полосу пропускания. Приложение отображает основные характеристики формы волны, такие как разрешение области значений, разрешение Доплера и максимальный диапазон. Когда вы запускаете приложение, вкладки Real and Imaginary и Spectrum показываются по умолчанию. Можно одновременно наложить графики с несколькими формами сигналов.

Вы можете выбрать различные типы отображений с помощью этого раскрывающегося меню. Можно также переставить вкладки с помощью перетаскивания, чтобы изменить раскладку по умолчанию.

Display menu

Приложение позволяет вам анализировать следующие типы осциллограмм:

  • Прямоугольный

  • Линейная частотная модуляция (LFM)

  • Ступенчатый FM

  • Закодированные в фазе формы волны

  • Частотная модуляция постоянной формы волны (FMCW)

Можно экспортировать формы сигналов как переменные рабочей области или файлы, содержащие:

  • Phased Array System Toolbox™ объекты формы волны, такие как phased.LinearFMWaveform.

  • Radar Toolbox pulseWaveformLibrary объекты.

  • Radar Toolbox pulseCompressionLibrary объекты.

Можно использовать блоки формы волны, блоки Matched Filter и блоки Stretch Processor в Simulink®. Можно также использовать блоки Pulse Waveform Library и Pulse Compression Library, доступные в Radar Toolbox.

Вы также можете использовать это приложение в гидроакустических приложениях, выбрав соответствующую скорость распространения.

Pulse Waveform Analyzer app

Откройте приложение Pulse Waveform Analyzer

  • MATLAB® панель инструментов: На вкладке Apps, в разделе Signal Processing and Communications, выберите значок приложения, или

  • Командная строка MATLAB: Ввод pulseWaveformAnalyzer. Для способов программного использования приложения смотрите Programmatic Use.

Примеры

расширить все

Этот пример показывает, как анализировать прямоугольную форму волны. Идеальная прямоугольная форма волны скачет мгновенно до постоянного значения и остается там в течение некоторого времени. Переставьте Parameters и Characteristics вкладки, чтобы сделать графики больше.

Когда вы открываете приложение, на вкладке Library отображается прямоугольная форма волны по умолчанию, а на центральной панели отображается форма или спектр волны. Сначала установите Sample Rate (Hz) на 3 МГц. Та же частота дискретизации применяется ко всем формам сигналов, которые вы анализируете.

Можно переименовать форму волны, щелкнув правой кнопкой мыши ее имя. Измените имя на RectangularPulse.

Rename waveform

Проектируйте импульс для максимальной области значений 50 км. Для этой области значений время распространения и возврата сигнала составляет 333 мкс. Поэтому разрешайте 333 мкс между импульсами, эквивалентными частоте повторения импульса (PRF) 3000 Гц.

Установите Pulse Width равным 50 мкс.

Измените значение скорости света в поле Propagation Speed на более точное значение путем ввода physconst('Lightspeed'). Вы можете использовать переменные рабочей области и функции MATLAB в любом редактируемом поле.

После выбора зеленой галочки приложение отображает разрешение области значений приблизительно 7,5 км на вкладке Characteristics. На этой панели можно прокрутить вправо, чтобы увидеть другие свойства. Разрешение области значений прямоугольного импульса составляет примерно 1/2 ширины импульса, умноженной на скорость света. Допплеровское разрешение является приблизительно шириной преобразования Фурье импульса.

В центральной панели окна выберите вкладку Real and Imaginary, чтобы построить график формы волны.

The Real and Imaginary tab displays waveform plots.

Выберите вкладку Spectrum в центральной панели окна, чтобы показать спектральную плотность степени.

The Spectrum tab shows power spectral density.

Вы можете отобразить разрешение диапазона-Допплера соединений, выбрав Surface в меню Ambiguity Plots.

The Ambiguity function-surface tab shows the ambiguity plot.

Этот пример показывает, как улучшить разрешение области значений с помощью линейной формы волны FM. В предыдущем примере разрешение области значений прямоугольного импульса было плохим, приблизительно 7,5 км. Вы можете улучшить разрешение области значений, выбрав сигнал с большей пропускной способностью. Хорошим выбором является линейный FM-импульс.

На вкладке Parameters измените Waveform на Linear FM. Затем смените имя формы волны на LinearFMWaveform. Этот тип импульса имеет изменяющуюся частоту, которая может увеличиваться или уменьшаться как линейная функция времени. Сохраните частоту дискретизации на 3 МГц.

Выберите Sweep Direction следующим Upи Sweep Bandwidth 1 МГц.

Можно видеть, что сохранение той же ширины импульса, что и в предыдущем примере, улучшает разрешение области значений до 150 м, как показано на вкладке Characteristics.

View the new waveform plot in the Real and Imaginary tab.

Хотя разрешение в области значений становится лучше, разрешение Доплера хуже, чем разрешение прямоугольной формы волны. Вы можете увидеть это, выбрав Surface график неоднозначности. Вкладка Ambiguity Function-Surface показывает этот компромисс между разрешением доплера и разрешением области значений.

The Ambiguity Function-Surface tab shows decreased Doppler resolution.

Этот пример показывает, как отобразить спектрограмму линейной FM волны с и без переназначения частоты.

Используйте те же параметры сигнала, что и в предыдущем примере.

Выберите Spectrogram из выпадающего меню Signal Plots. Затем установите флажок Reassigned, чтобы показать переназначенную частоту спектрограммы (переназначение включено по умолчанию). Установите значение Threshold равным -100 дБ. Переопределение частоты является методом для обострения спектрограммы величины сигнала, используя информацию от его фазового спектра. Для получения дополнительной информации о частотном изменении смотрите Фулоп и Келли (2006) [1].

The Spectrogram tab shows the magnitude spectrogram of a waveform.

Можно изменить настройку Threshold, чтобы показать или скрыть более слабые компоненты спектра.

Чтобы просмотреть обычную спектрограмму, снимите флажок Reassigned.

Deselect the Reassigned check box.

Снова можно изменить настройку Threshold Value, чтобы показать или скрыть более слабые компоненты спектра.

В этом примере показано, как отобразить два сигнала одновременно.

Сначала создайте прямоугольную форму волны с теми же параметрами, что и в первом примере. Затем переименуйте форму волны в RectangularPulse.

Затем создайте сигнал LFM. Нажмите кнопку Add Waveform. Переименуйте вторую форму волны в LinearFMPulse. Установите параметры формы волны на те же значения, что и во втором примере.

Выберите обе формы волны на панели Library с помощью Ctrl + нажатие кнопки. Теперь на отображении показаны формы волны, спектры и характеристики для обеих форм волны.

Display two plots simultaneously.

The spectrum tab shows the power spectral density for both waveforms.

Программное использование

расширить все

Можно запустить pulseWaveformAnalyzer из командной строки.

pulseWaveformAnalyzer(wav) открывает приложение Pulse Waveform Analyzer и импортирует и строит графики формы волны wav. wav может быть переменной в рабочей области, представляющей объект формы волны, такой как:

wav = phased.LinearFMWaveform('SampleRate',fs, ...
    'SweepBandwidth',200e3,...
    'PulseWidth',1e-3,'PRF',1e3);
pulseWaveformAnalyzer(wav)
или можно ввести объект непосредственно:
pulseWaveformAnalyzer(phased.LinearFMWaveform( ...
    'SampleRate',fs, ...
    'SweepBandwidth',200e3,...
    'PulseWidth',1e-3,'PRF',1e3))

pulseWaveformAnalyzer(wavlib) открывает приложение Pulse Waveform Analyzer и импортирует pulseWaveformLibrary объект, wavlib. Для примера создайте объект библиотеки формы волны из трех форм волны с общей частотой дискретизации 1 МГц. Затем запустите из командной строки:

waveform1 = {'Rectangular','PRF',1e4,'PulseWidth', 50e-6};
waveform2 = {'LinearFM','PRF',1e4,'PulseWidth',50e-6, ...
    'SweepBandwidth',1e5,'SweepDirection','Up',...
    'SweepInterval', 'Positive'};
waveform3 = {'PhaseCoded','PRF',1e4,'Code','Zadoff-Chu', ...
    'SequenceIndex',3,'ChipWidth',5e-6,'NumChips',8};
fs = 1e6;
wavlib = pulseWaveformLibrary('SampleRate',fs, ...
    'WaveformSpecification',{waveform1,waveform2,waveform3});
pulseWaveformAnalyzer(wavlib)

The spectrum tab shows the power spectral density for all three waveforms.

pulseWaveformAnalyzer(comprlib) открывает приложение Pulse Waveform Analyzer и импортирует pulseCompressionLibrary объект, comprlib. Например, используя формы волны из примеров Прямоугольной формы волны и Линейной формы волны FM, создайте согласованный фильтр для прямоугольной формы волны и процессор растяжения для линейной формы волны FM. Установите частоту дискретизации в 3 МГц, ширину импульса прямоугольной волны в 25 мкс, ширину импульса линейной волны в 50 мкс и частоту повторения импульса в 3000 Гц. Экспортировать сжатые формы волны в приложение формы волны с помощью следующих команд:

fs = 3e6;
rectpw = 25e-6;
linpw = 50e-6;
prf = 3e3;

waveform1 = {'Rectangular','PRF',prf,...
    'PulseWidth',rectpw};
waveform2 = {'LinearFM','PRF',prf,'PulseWidth',linpw,...
    'SweepBandwidth',1e6,'SweepDirection','Up',...
    'SweepInterval','Positive'};

procspec1 = {'MatchedFilter','SpectrumWindow','Hann'};
procspec2 = {'StretchProcessor','ReferenceRange',5000,...
    'RangeSpan',200,'RangeWindow','Hamming'};

comprlib = pulseCompressionLibrary(...
    'WaveformSpecification',{waveform1, waveform2},...
    'ProcessingSpecification',{procspec1, procspec2},...
    'SampleRate',fs,'PropagationSpeed',physconst('Lightspeed'));
pulseWaveformAnalyzer(comprlib)

The spectrum tab shows the power spectral density for both waveforms.

Ссылки

[1] Фулоп, Шон А. и Келли Фитц. Алгоритмы вычисления корректируемой по времени спектрограммы мгновенной частоты (переназначенной) с приложениями. Журнал Акустического общества Америки 119, № 1 (январь 2006): 360-71.

См. также

Приложения

Введенный в R2014b
Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте