Документация

Поддержка распространения моделирования в свободном пространстве

Окружения распространения оказывают значительные эффекты на амплитуду, фазу и форму распространяющихся пространственно-временных волновых полей. В некоторых случаях можно хотеть симулировать систему, которая распространяет узкополосные сигналы через свободное пространство. Если это так, можно использовать phased.FreeSpace Система object™ для моделирования зависящих от области значений временных задержек, сдвига фазы, доплеровского сдвига и эффектов усиления.

Рассмотрим этот объект как канал распространения «точка-точка». Путем установки свойств объекта можно настроить определенные характеристики окружения и распространяющихся через нее сигналов, включая:

Каждый раз, когда вы звоните step на phased.FreeSpace объект, вы задаете не только сигнал для распространения, но также местоположение и скорость начала и назначения сигнала.

Вы можете использовать fspl для определения потерь при распространении в свободном пространстве в децибелах для заданных расстояния и длины волны.

Потери при распространении в свободном пространстве в дБ

Предположим, что передатчик расположен на (1000,250,10) в глобальной системе координат. Предположим, что цель расположена на (3000 750 20). Передатчик работает на 1 ГГц. Определите потери при распространении в свободном пространстве в децибелах для узкополосного сигнала, распространяющегося к цели и от нее.

[tgtrng,~] = rangeangle([3000; 750; 20],[1000; 250; 10]);

Умножьте область значений на два для двухстороннего распространения.

tgtrng = 2*tgtrng;

Определите длину волны для 1 ГГц.

lambda = physconst('LightSpeed')/1e9;

Решить потерю используя fspl.

L = fspl(tgtrng,lambda)

L = 104.7524

Потери при распространении в свободном пространстве в децибелах составляют приблизительно 105 дБ.

Также можно вычислить потерю непосредственно из

Loss = pow2db((4*pi*tgtrng/lambda)^2)

Loss = 104.7524

Распространение линейных FM- Импульсного сигнала на цель и назад

Создайте линейную FM импульсный сигнал длительностью 50 мс с шириной полосы 100 кГц. Моделируйте зависящие от области значений задержку и потери амплитуды, происходящие во время двухстороннего распространения. Импульс распространяется между передатчиком, расположенным на (1000 250 10), и мишенью, расположенной на (3000 750 20). Сигналы распространяются со скоростью света.

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).

waveform = phased.LinearFMWaveform('SweepBandwidth',1e5,...
    'PulseWidth',5e-5,'OutputFormat','Pulses',...
    'NumPulses',1,'SampleRate',1e6,'PRF',1e4);
signal = waveform();
channel = phased.FreeSpace('SampleRate',1e6,...
    'TwoWayPropagation',true,'OperatingFrequency',1e9);
y = channel(signal,[1000; 250; 10],[3000; 750; 20],[0;0;0],[0;0;0]);

Постройте график величины передаваемого и принимаемого импульса, чтобы показать амплитудные потери и временную задержку.

t = unigrid(0,1/waveform.SampleRate,1/waveform.PRF,'[)');
subplot(2,1,1)
plot(t.*1e6,abs(signal))
title('Magnitude of Transmitted Pulse')
xlabel('Time (microseconds)')
ylabel('Magnitude')
subplot(2,1,2)
plot(t.*1e6,abs(y))
title('Magnitude of Received Pulse')
xlabel('Time (microseconds)')
ylabel('Magnitude')

Задержка в полученном импульсе составляет приблизительно 14 мкс, ожидаемое значение для расстояния 4,123 км.

Одностороннее и двухстороннее распространение

The TwoWayPropagation свойство phased.FreeSpace Системная object™ позволяет моделировать одностороннее или двухстороннее распространение. Следующий пример демонстрирует, как использовать это свойство для одного линейного FM-импульса, распространяющегося на цель и назад. Датчик представляет собой одну изотропную излучающую антенну, работающую на 1 ГГц, расположенную на (1000,250,10). Цель расположена на (3000 750 20) и имеет неколеблющуюся RCS 1 квадратного метра.

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).

Следующий код создает необходимые системные объекты и вычисляет область значений и угол от антенны до цели.

waveform = phased.LinearFMWaveform('SweepBandwidth',1e5,...
    'PulseWidth',5e-5,'OutputFormat','Pulses',...
    'NumPulses',1,'SampleRate',1e6);
antenna = phased.IsotropicAntennaElement('FrequencyRange',[500e6 1.5e9]);
transmitter = phased.Transmitter('PeakPower',1e3,'Gain',20);
radiator = phased.Radiator('Sensor',antenna,'OperatingFrequency',1e9);
channel = phased.FreeSpace('SampleRate',1e6,...
    'TwoWayPropagation',true,'OperatingFrequency',1e9);
target = phased.RadarTarget('MeanRCS',1,'Model','Nonfluctuating');
collector = phased.Collector('Sensor',antenna,'OperatingFrequency',1e9);
sensorpos = [3000;750;20];
tgtpos = [1000;250;10];
[tgtrng,tgtang] = rangeangle(sensorpos,tgtpos);

Потому что TwoWayPropagation для свойства задано значение trueОбщее распространение вычисляется только один раз.

Вычислите излучаемый сигнал.

pulse = waveform();
pulse = transmitter(pulse);
pulse = radiator(pulse,tgtang);

Распространите импульс на цель и назад.

pulse = channel(pulse,sensorpos,tgtpos,[0;0;0],[0;0;0]);
pulse = target(pulse);
sig = collector(pulse,tgtang);

Кроме того, можно разбить двухстороннее распространение на два отдельных односторонних пути распространения. Вы делаете это, устанавливая TwoWayPropagation свойство к false.

channel1 = phased.FreeSpace('SampleRate',1e9,...
    'TwoWayPropagation',false,'OperatingFrequency',1e6);

Излучайте импульс.

pulse = waveform();
pulse = transmitter(pulse);
pulse = radiator(pulse,tgtang);

Передайте импульс от антенны к цели.

pulse = channel1(pulse,sensorpos,tgtpos,[0;0;0],[0;0;0]);
pulse = target(pulse);

Передайте отраженный импульс от цели к антенне.

pulse = channel(pulse,tgtpos,sensorpos,[0;0;0],[0;0;0]);
sig = collector(pulse,tgtang);

Распространение сигнала от стационарного радара к движущейся цели

Этот пример показывает, как распространить сигнал в свободном пространстве от стационарного радара к движущейся цели.

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).

Задайте скорость выборки сигнала, скорость распространения и частоту несущей. Задайте сигнал как синусоиду частоты 150 Гц. Установите частоту дискретизации равную 1 кГц, а частоту несущей равную 300 МГц. Скорость распространения - это скорость света.

fs = 1.0e3;
c = physconst('Lightspeed');
fc = 300e3;
f = 150.0;
N = 1024;
t = (0:N-1)'/fs;
x = exp(1i*2*pi*f*t);

Предположим, что цель приближается к радару со скоростью 300,0 м/с, а радар стационарный. Найдите доплеровский сдвиг, который соответствует этой относительной скорости.

v = 1000.0;
dop = speed2dop(v,c/fc)

dop = 1.0007

Из формулы односторонний допплеровский сдвиг составляет 1 Гц.

Создайте phased.FreeSpace Система object™ и использует его, чтобы распространить сигнал от радара к цели. Предположим, что радар находится на (0, 0, 0), а цель на (100, 0, 0).

channel = phased.FreeSpace('SampleRate',fs,...
   'PropagationSpeed',c,'OperatingFrequency',fc);
origin_pos = [0;0;0];
dest_pos = [100;0;0];
origin_vel = [0;0;0];
dest_vel = [-v;0;0];
y = channel(x,origin_pos,dest_pos,origin_vel,dest_vel);

Постройте график спектра переданного сигнала. Пик на 150 Гц отражает частоту сигнала.

window = 64;
ovlp = 32;
[Pxx,F] = pwelch(x,window,ovlp,N,fs);
plot(F,10*log10(Pxx))
xlabel('Frequency (Hz)')
ylabel('Power/Frequency (dB/Hz)')
title('Transmitted Signal')

Постройте график спектра распространенного сигнала. Пик на 250 Гц отражает частоту сигнала плюс доплеровский сдвиг 100 Гц.

window = 64;
ovlp = 32;
[Pyy,F] = pwelch(y,window,ovlp,N,fs);
plot(F,10*log10(Pyy))
grid
xlabel('Frequency (Hz)')
ylabel('Power/Frequency (dB/Hz)')
title('Propagated Signal')

Допплеровский сдвиг слишком мал, чтобы видеть. Наложите два спектра в области 150 Гц.

figure
idx = find(F>=130 & F<=170);
plot(F(idx),10*log10(Pxx(idx)),'b')
grid
hold on
plot(F(idx),10*log10(Pyy(idx)),'r')
hold off
xlabel('Frequency (Hz)')
ylabel('Power/Frequency (dB/Hz)')
title('Transmitted and Propagated Signals')
legend('Transmitted','Propagated')

Пиковый сдвиг, по-видимому, составляет приблизительно 1 Гц.