Документация

Локальные системы координат массивов

Положения элементов любого Phased Array System Toolbox™ массива всегда заданы в локальной системе координат. При использовании любого из системных объектов, которые создают равномерные массивы, положения элементов массива определяются автоматически относительно предопределенной локальной системы координат. Массивы, для которых это свойство содержит, являются phased.ULA, phased.URA, phased.UCA, phased.HeterogeneousULA, и phased.HeterogeneousURA Системные объекты. Для этих системных объектов массивы описываются с помощью нескольких параметров, таких как интервалы между элементами и количество элементов. Положения элементов затем задаются относительно источника массива, расположенного в (0,0,0), которая является геометрическим центром массива. Геометрический центр является хорошим приближением к центру фазы массива. Центр фазы массива является точкой, от которой излучающие волны, по-видимому, исходят, когда наблюдаются в дальнем поле. Например, для ULA с нечетным числом элементов, элементы расположены на расстояниях (-2d, -d, 0, d, 2d) вдоль оси массива.

Существуют системные объекты массив, для которых необходимо явным образом задать координаты элемента. Можно использовать эти объекты для создания произвольных форм массивов. Эти объекты являются phased.ConformalArray и phased.HeterogeneousConformalArray Системные объекты. Для этих массивов центр фазы массива не должен совпадать с источником массива или геометрическим центром.

Направления Boresight элемента.  В дополнение к положениям элементов необходимо задать ориентации элементов, то есть направления, в которых они расположены. Некоторые элементы сильно направлены - большая часть их излучаемой энергии течёт в одном направлении, называемом основной осью отклика (MRA). Другие являются всенаправленными. Ориентация элемента является направлением, указывающим на MRA. Ориентация элемента задается с помощью азимута и повышения в локальной системе координат массива. Направление, с которым сталкивается MRA антенны или микрофона при передаче или приеме сигнала, также называется направлением boresight или look. Для равномерных массивов все направления boresight всех элементов определяются параметрами array. Для конформных массивов вы задаете направление boresight каждого элемента независимо.

Локальная система координат равномерного линейного массива

Источник массива и центр фазы.  Равномерный линейный массив (ULA) является массива элементов антенны или микрофона, которые равноудаленно расположены вдоль прямой линии. В системном Phased Array System Toolbox, phased.ULA Системный объект создает массив ULA. Геометрия ориентации ULA его элементов определяется тремя параметрами: количеством элементов, расстоянием между элементами и ArrayAxis свойство. Для ULA локальная система координат адаптирована к массиву - элементам автоматически присваиваются позиции в локальной системе координат.

Положения элементов массива определяются ArrayAxis свойство, которое может принимать значения 'x', 'y' или 'z'. Свойство оси массива определяет ось, на которой заданы все элементы. Для примера, когда ArrayAxis для свойства задано значение 'x'элементы массива расположены вдоль оси x. Элементы расположены симметрично относительно источника. Поэтому геометрический центр массива лежит в источник системы координат.

Этот рисунок показывает ULA с четырьмя элементами с направленными элементами в локальной правой системе координат. Элементы лежат на оси y с их осями boresight, указывающими на x -направление. В этом случае ArrayAxis для свойства задано значение 'y.

Направление борсайта элемента ULA.  В ULA направления boresight каждого элемента указывают в одном направлении. Направление ортогонально оси массива. Это направление зависит от выбора ArrayAxis свойство.

Локальные координаты, адаптированные к равномерному линейному массиву

Создайте два примера равномерного линейного массива и отобразите координаты элементов относительно локальных систем координат, заданных массивами.

Сначала создайте ULA с 4 элементами с интервалом в полуметра.

sULA = phased.ULA('NumElements',4,'ElementSpacing',0.5);
ElementLocs = getElementPosition(sULA)

ElementLocs = 3×4

         0         0         0         0
   -0.7500   -0.2500    0.2500    0.7500
         0         0         0         0

viewArray(sULA)

Источник локальной системы координат, ориентированной на массив, устанавливается на центр фазы массива. Центр фазы является средним значением положений элемента массива.

disp(mean(ElementLocs'))

     0     0     0

Поскольку массив имеет четное количество элементов, ни один элемент массива не находится в центре фазы (0,0,0).

Затем создайте ULA с 5 элементами с интервалом в тридцать сантиметров.

sULA1 = phased.ULA('NumElements',5,'ElementSpacing',0.3);
ElementLocs = getElementPosition(sULA1)

ElementLocs = 3×5

         0         0         0         0         0
   -0.6000   -0.3000         0    0.3000    0.6000
         0         0         0         0         0

viewArray(sULA1)

Поскольку массив имеет нечетное количество элементов в каждой строке и столбце, центральный элемент массива находится в центре фазы.

Локальная система координат равномерного прямоугольного массива

Источник массива и центр фазы.  Равномерный прямоугольный массив (URA) является массива элементов антенны или микрофона, помещённым на регулярную двумерную сетку. Геометрия URA и расположение и ориентация его элементов определяются несколькими параметрами: размерностями массива, расстоянием между элементами и ArrayNormal свойство. Для URA локальная система координат адаптирована к массиву - элементам автоматически присваиваются позиции в локальной системе координат. Источником локальной системы координат является геометрический центр массива. Центр фазы массива совпадает с центром геометрии. Элементы автоматически назначаются положения в этой локальной системе координат. Положения определяются ArrayNormal свойство, которое может принимать значения 'x', 'y' или 'z'. Все элементы находятся в плоскости, проходящей через источник и ортогональной оси, заданной в этом свойстве. Для примера, когда ArrayNormal для свойства задано значение 'x'элементы массива находятся в yz -плоскости, как показано на рисунке. Рисунок показывает элемент URA 2 на 4 с элементами, разнесенными на d метра в y и z направлениях.

Направление борсайта элемента.  В URA, как и ULA, направления boresight каждого элемента указывают в одном направлении. Вы управляете этим направлением, используя ArrayNormal свойство. Для URA, показанного на предыдущем рисунке, ArrayNormal для свойства задано значение 'x'. Затем элемент boresight указывает вдоль оси x .

Локальные координаты, адаптированные к равномерному прямоугольному массиву

Создайте два примера равномерных прямоугольных массивов и отобразите координаты элементов относительно локальных систем координат, заданных массивами.

Сначала создайте URA 2 на 4 с интервалом полуметровых элементов.

sURA = phased.URA('Size',[2 4],'ElementSpacing',[0.5 0.5]);
ElementLocs = getElementPosition(sURA)

ElementLocs = 3×8

         0         0         0         0         0         0         0         0
   -0.7500   -0.7500   -0.2500   -0.2500    0.2500    0.2500    0.7500    0.7500
    0.2500   -0.2500    0.2500   -0.2500    0.2500   -0.2500    0.2500   -0.2500

viewArray(sURA)

Центр фазы массива является средним значением положений элемента массива. Источник системы координат массива устанавливается в центр фазы массива.

disp(mean(ElementLocs'))

     0     0     0

Поскольку массив имеет четное количество элементов в каждой строке и столбце, ни один элемент массива фактически не находится в центре фазы (0,0,0).

Затем создайте URA 5 на 3 с тридцатисантиметровым элементом интервалом.

sURA1 = phased.URA([5 3],'ElementSpacing',[0.3 0.3]);
ElementLocs = getElementPosition(sURA1)

ElementLocs = 3×15

         0         0         0         0         0         0         0         0         0         0         0         0         0         0         0
   -0.3000   -0.3000   -0.3000   -0.3000   -0.3000         0         0         0         0         0    0.3000    0.3000    0.3000    0.3000    0.3000
    0.6000    0.3000         0   -0.3000   -0.6000    0.6000    0.3000         0   -0.3000   -0.6000    0.6000    0.3000         0   -0.3000   -0.6000

viewArray(sURA1)

Поскольку массив имеет нечетное количество элементов в каждой строке и столбце, центральный элемент массива находится в центре фазы.

Сигнал приходит в массив из точки в 1000 метрах вдоль оси + X глобальной системы координат. Локальный массив URA повернута на 30 степени по часовой стрелке вокруг оси Y. Вычислите угол прихода сигнала в осях локального массива.

laxes = roty(30);
[rng,ang] = rangeangle([1000,0,0]',[0,0,0]',laxes)

rng = 1.0000e+03

ang = 2×1

         0
   30.0000

Локальная система координат равномерного кругового массива

Источник массива и центр фазы.  Равномерный круговой массив (UCA) является массивом антенных или микрофонных элементов, разнесенных под равными углами вокруг круга. The phased.UCA Системный объект создает особый случай UCA. В этом случае направления boresight элемента указывают от источника массива так же, как спицы колеса. Источником локальной системы координат является геометрический центр массива. Геометрия UCA и расположение и ориентация его элементов определяются тремя параметрами: радиусом массива, количеством элементов и ArrayNormal свойство. Элементы автоматически назначаются положения в локальной системе координат. Положения определяются ArrayNormal свойство, которое может принимать значения 'x', 'y' или 'z'. Все элементы находятся в плоскости, проходящей через источник и ортогональной оси, заданной в этом свойстве. Центр фазы массива совпадает с центром геометрии. Для примера, когда ArrayNormal для свойства задано значение 'x'элементы массива находятся в yz -плоскости, как показано на рисунке. Вы можете создать более общий UCA с произвольными направлениями boresight с помощью phased.ConformalArray Системный объект.

Этот рисунок показывает UCA с 8 элементами, лежащими в плоскости yz.

Направления Boresight элемента.  В UCA, заданной как phased.UCA Системный объект, направления boresight элемента указывают радиально наружу от источника массива. В UCA, показанном на предыдущем рисунке, потому что ArrayNormal для свойства задано значение 'x'направления боресайта элемента указывают радиально наружу в yz -плане.

Локальная система координат конформных массивов

Источник массива и центр фазы.  Можно использовать phased.ConformalArray для создания массивов произвольной формы. В отличие от случая с равномерными массивами, вы должны задать положения элемента явно. Массив N-element требует спецификации N координат 3-D в локальной системе координат массива. Источник конформного массива может быть расположен в любой произвольной точке. Направления boresight элементов массива конформного массива не должны быть параллельными. Азимут и углы возвышения, определяющие направления боризейта, соответствуют локальной системе координат. Центр фазы массива не должен совпадать с геометрическим центром. Те же свойства применяются и к phased.HeterogeneousConformalArray массив.

Этот рисунок показывает положения и ориентации конформного массива с 4 элементами.

4-Element конформный массив

Создайте массив с 4 элементами с помощью объекта ConformalArray System. Предположим, что рабочая частота составляет 900 МГц. Отобразите геометрию массива и нормальные векторы.

fc = 900e6;
c = physconst('LightSpeed');
lam = c/fc;
x = [1.0,-.5,0,.8]*lam/2;
y = [-.4,-1,.5,1.5]*lam/2;
z = [-.3,.3,0.4,0]*lam/2;
sIso = phased.CosineAntennaElement(...
    'FrequencyRange',[0,1e9]);
nv = [-140,-140,90,90;80,80,80,80]; 
sConformArray = phased.ConformalArray('Element',sIso,...
    'ElementPosition',[x;y;z],...
    'ElementNormal',nv);
pos = getElementPosition(sConformArray)

pos = 3×4

    0.1666   -0.0833         0    0.1332
   -0.0666   -0.1666    0.0833    0.2498
   -0.0500    0.0500    0.0666         0

normvec = getElementNormal(sConformArray)

normvec = 2×4

  -140  -140    90    90
    80    80    80    80

viewArray(sConformArray,'ShowIndex','All','ShowNormal',true)