phased.LOSChannel

Узкополосный канал распространения LOS

Описание

phased.LOSChannel моделирует распространение узкополосных электромагнитных сигналов через канал угла обзора (LOS) от источника до места назначения. В канале LOS пути к распространению являются прямыми линиями от точки до точки. Модель распространения в канале LOS включает затухание свободного пространства в дополнение к затуханию из-за атмосферных газов, дождя, вуали и облаков. Можно использовать phased.LOSChannel смоделировать распространение сигналов между несколькими точками одновременно.

В то время как Система object™ работает на все частоты, модели затухания для атмосферных газов и дождя допустимы для электромагнитных сигналов в частотном диапазоне 1-1000 ГГц только. Модель затухания для вуали и облаков допустима для 10-1000 ГГц. Вне этих частотных диапазонов Системный объект использует самое близкое допустимое значение.

phased.LOSChannel Системный объект применяет зависимые областью значений задержки к сигналам, а также прибыли или убытки. Когда или источник или место назначения перемещаются, Системный объект применяет эффекты Доплера.

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

Вычислить задержку распространения заданного источника и точек приемника:

Задайте и настройте свой канал LOS с помощью процедуры Конструкции. Можно установить свойства Системного объекта во время конструкции или оставить их в их значениях по умолчанию. Некоторые свойства являются настраиваемыми и могут быть изменены в любое время.
Вызовите step метод, чтобы вычислить распространенный сигнал с помощью свойств phased.LOSChannel Системный объект.

Примечание

Запуск в R2016b, вместо того, чтобы использовать step метод, чтобы выполнить операцию, заданную Системным объектом, можно вызвать объект с аргументами, как будто это была функция. Например, y = step(obj,x) и y = obj(x) выполните эквивалентные операции.

Конструкция

sLOS = phased.LOSChannel создает LOS, ослабляющий Системный объект канала распространения, sLOS.

sLOS = phased.LOSChannel(Name,Value) создает Системный объект, sLOS, с каждым заданным свойством Name установите на заданный Value. Можно задать дополнительное имя и аргументы пары значения в любом порядке как (Name1,Value1..., NameN,ValueN).

Свойства

развернуть все

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

Скорость распространения сигнала в виде положительной скалярной величины. Модули исчисляются в метрах в секунду. Скорость распространения по умолчанию является значением, возвращенным physconst('LightSpeed'). Смотрите physconst для получения дополнительной информации.

Пример: 3e8

Типы данных: double

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

Рабочая частота в виде положительной скалярной величины. Модули находятся в Гц.

Пример: 1e9

Типы данных: double

`SpecifyAtmosphere` — Включите атмосферную модель затухания
`false` (значение по умолчанию) | `true`

Опция, чтобы включить атмосферную модель затухания в виде false или true. Установите это свойство на true добавить затухание сигнала, вызванное атмосферными газами, дождем, вуалью или облаками. Установите это свойство на false проигнорировать атмосферные эффекты в распространении.

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

Частота дискретизации сигнала в виде положительной скалярной величины. Модули находятся в Гц. Системный объект использует это количество, чтобы вычислить задержку распространения модулей выборок.

Пример: 1e6

Типы данных: double

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

Источник максимального одностороннего расстояния распространения в виде 'Auto' или 'Property'. Максимальное одностороннее расстояние распространения используется, чтобы выделить достаточную память 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 с помощью значения MaximumDistance свойство.

Типы данных: char

`MaximumDistance` — Максимальное одностороннее расстояние распространения
10000 (значение по умолчанию) | положительный скаляр с действительным знаком

Максимальное одностороннее расстояние распространения в виде положительного скаляра с действительным знаком. Величины в метрах. Любой сигнал, который распространяет больше, чем максимальное одностороннее расстояние, проигнорирован. Максимальное расстояние должно быть больше или быть равно самому большому расстоянию положения-к-позиционному.

Пример: 5000

Зависимости

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

Типы данных: double

Методы

сброс	Сбросьте состояния Системного объекта
шаг	Распространите сигнал в канале LOS

Характерный для всех системных объектов
`release`	Позвольте изменения значения свойства Системного объекта

Примеры

свернуть все

Распространите поляризованную волну в канале LOS

Скрипт Open Live Script

Распространите поляризованную электромагнитную волну, исходящую от антенного элемента короткого диполя. Диполь вращается 30 ° вокруг оси Y. Установите ориентацию локальной оси совпадать с диполем. Примите, что диполь исходит на уровне 30,0 ГГц. Распространите сигнал к цели на расстоянии приблизительно в 10 км.

Создайте антенный элемент короткого диполя и Системные объекты излучателя. Установите Polarization свойство к 'Combined' сгенерировать поляризованные волны.

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 изойти. Огибающая сигнала состоит из нескольких циклов синусоиды на 4 кГц с амплитудным набором к единице. Установите частоту дискретизации на 1 МГц.

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

Используйте phased.FreeSpace Система object™, чтобы распространить поле от источника до места назначения в свободном пространстве.

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

Используйте phased.LOSChannel Системный объект, чтобы распространить поле от источника до места назначения в канале LOS. Затухание происходит из-за атмосферных газов и вуали.

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

Установите источник сигнала, скорость источника сигнала, предупредите о месте назначения и предупредите о целевой скорости.

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);

Излучите сигнал к цели. Излученным сигналом является struct содержа поляризованное поле.

rad_sig = radiator(signal,radiatingAngles,laxes);

Распространите сигналы к цели в свободном пространстве.

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

Распространите сигналы к цели в канале LOS.

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

Постройте z-компоненты и свободного пространства и РАСПРОСТРАНЕННЫХ LOS-КАНАЛОМ сигналов.

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

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

Сигнал канала LOS ослабляется по сравнению с сигналом свободного пространства.

Больше о

развернуть все

Затухание пути или потеря

Затухание или потеря на пути в канале LOS состоят из четырех компонентов. _{L = LfspLgLcLr}, где

_Lfsp является затуханием пути к свободному пространству
_Lg является атмосферным затуханием пути
_Lc является вуалью и затуханием пути к облаку
_Lr является затуханием пути к дождю

Каждое затухание пути находится в единицах величины, не в дБ.

Задержка свободного пространства и потеря на пути

Когда источник и место назначения являются стационарными друг относительно друга, можно записать выходной сигнал канала свободного пространства как _{Y(t) = x(t-τ)/Lfsp}. Количество τ является задержкой сигнала и _Lfsp, является потерей на пути свободного пространства. Задержка, которую τ дан R/c, где R является расстоянием распространения и c, является скоростью распространения. Потерей на пути свободного пространства дают

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

где λ является длиной волны сигнала.

Эта формула принимает, что цель находится в далеком поле элемента передачи или массива. В близком поле формула потери на пути свободного пространства не допустима и может привести к потере, меньшей, чем одна, эквивалентная усилению сигнала. Поэтому потеря установлена в единицу для значений области значений, R ≤ λ/4π.

Когда у источника и места назначения есть относительное движение, обработка также вводит Доплеровский сдвиг частоты. Сдвигом частоты является v/λ для одностороннего распространения и 2v/λ для двухстороннего распространения. Количество v является относительной скоростью места назначения относительно источника.

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

Атмосферная газовая модель затухания

Эта модель вычисляет затухание сигналов, которые распространяют через атмосферные газы.

Электромагнитные сигналы затухают, когда они распространяют через атмосферу. Этот эффект должен, в основном, к линиям резонанса поглощения кислорода и водяного пара с меньшими вкладами, поступающими из газа азота. Модель также включает непрерывный спектр поглощения ниже 10 ГГц. Рекомендация модели ITU ITU-R P.676-10: Затухание атмосферными газами используется. Модель вычисляет определенное затухание (затухание на километр) в зависимости от температуры, давления, плотности водяного пара и частоты сигнала. Атмосферная газовая модель допустима для частот от 1-1000 ГГц и применяется к поляризованным и неполяризованным полям.

Формула для определенного затухания на каждой частоте

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

Количество N"() является мнимой частью комплексного атмосферного явления преломления и состоит из спектрального компонента линии и непрерывного компонента:

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

Спектральный компонент состоит из суммы дискретных терминов спектра, состоявших из локализованной функции полосы пропускания частоты, F(f) _i, умноженный на спектральную силу линии, S _i. Для атмосферного кислорода каждая спектральная сила 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 сила линии

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

P является сухим давлением воздуха, W является парциальным давлением водяного пара, и T является температурой окружающей среды. Единицы давления находятся в гектопаскалях (гПа), и температурой является в градусах Келвин. Парциальное давление водяного пара, W, связано с плотностью водяного пара, ρ,

$W = \frac{ρ T}{216.7} .$

Общим атмосферным давлением является 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, процитированная в конце этого раздела, содержит табулирование этих параметров как функции частоты.

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

Чтобы вычислить общее затухание для узкополосных сигналов вдоль пути, функция умножает определенное затухание на длину пути, R. Затем общим затуханием является _{Lg= R(γo + γw)}.

Можно применить модель затухания к широкополосным сигналам. Во-первых, разделите широкополосный сигнал на поддиапазоны частоты и примените затухание к каждому поддиапазону. Затем суммируйте все ослабленные сигналы поддиапазона в общий ослабленный сигнал.

Вуаль и модель затухания облака

Эта модель вычисляет затухание сигналов, которые распространяют через вуаль или облака.

Вуаль и затухание облака являются тем же атмосферным явлением. Модель ITU, Рекомендация ITU-R P.840-6: Затухание из-за облаков и вуали используется. Модель вычисляет определенное затухание (затухание на километр), сигнала в зависимости от жидкой водной плотности, частоты сигнала и температуры. Модель применяется к поляризованным и неполяризованным полям. Формула для определенного затухания на каждой частоте

$γ_{c} = K_{l} (f) M,$

где M является жидкой водной плотностью в gm/m³. Количество _Kl(f) является определенным коэффициентом затухания и зависит от частоты. Модель затухания облака и вуали допустима для частот 10-1000 ГГц. Модули для определенного коэффициента затухания (дБ/км) / (гр/м³).

Чтобы вычислить общее затухание для узкополосных сигналов вдоль пути, функция умножает определенное затухание на длину пути R. Общим затуханием является _{Lc = Rγc}.

Можно применить модель затухания к широкополосным сигналам. Во-первых, разделите широкополосный сигнал на поддиапазоны частоты и примените узкополосное затухание к каждому поддиапазону. Затем суммируйте все ослабленные сигналы поддиапазона в общий ослабленный сигнал.

Модель затухания ливня

Эта модель вычисляет затухание сигналов, которые распространяют через области ливня. Лейтесь дождем затухание является доминирующим исчезающим механизмом и может варьироваться от от местоположения к местоположению и из года в год.

Электромагнитные сигналы ослабляются при распространении через область ливня. Затухание ливня вычисляется согласно модели Recommendation ITU-R P.838-3 ливня ITU: Определенная модель затухания для дождя для использования в методах предсказания. Модель вычисляет определенное затухание (затухание на километр) сигнала в зависимости от уровня ливня, частоты сигнала, поляризации и угла возвышения пути. Определенное затухание, ɣ _R, моделируется как закон о степени относительно уровня дождя

$γ_{R} = k R^{α},$

где R является уровнем дождя. Модули находятся в мм/час. Параметр k и экспонента α зависит от частоты, вида поляризации и угла возвышения пути прохождения сигнала. Определенная модель затухания допустима для частот от 1-1000 ГГц.

Чтобы вычислить общее затухание для узкополосных сигналов вдоль пути, функция умножает определенное затухание на эффективное расстояние распространения, _{эффективность} d. Затем общим затуханием является L = d _effγR.

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 является частотой. Статья Recommendation ITU-R P.530-17 (12/2017): данные о Распространении и методы предсказания, требуемые для проекта наземных систем угла обзора, представляют полное обсуждение для вычислительного затухания.

Уровень дождя, R, используемый в этих расчетах, являются долгосрочным статистическим уровнем дождя, R _0.01. Это - уровень дождя, который превышен на 0,01% времени. Вычисление статистического уровня дождя обсуждено в Рекомендации ITU-R P.837-7 (06/2017): Характеристики осадков для моделирования распространения. Эта статья также объясняет, как вычислить затухание для других процентов от значения на 0,01%.

Ссылки

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

[2] Сектор радиосвязи Международного союза электросвязи. Рекомендация ITU-R P.840-6: Затухание из-за облаков и вуали. 2013.

[3] Сектор радиосвязи Международного союза электросвязи. Рекомендация ITU-R P.838-3: Определенная модель затухания для дождя для использования в методах предсказания. 2005.

[4] Seybold, J. Введение в распространение RF. Нью-Йорк: Wiley & Sons, 2005.

[5] Skolnik, M. Введение в радиолокационные системы, 3-го Эда. Нью-Йорк: McGraw-Hill, 2001.

Расширенные возможности

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

Указания и ограничения по применению:

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

Смотрите также

Функции

rangeangle | fogpl | gaspl | rainpl | fspl

Объекты

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

Введенный в R2016a

Документация

phased.LOSChannel

Описание

Конструкция

Свойства

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

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

`SpecifyAtmosphere` — Включите атмосферную модель затухания
`false` (значение по умолчанию) | `true`

`Temperature` — Температура окружающей среды
15 (значение по умолчанию) | скаляр с действительным знаком

Зависимости

`DryAirPressure` — Атмосферное сухое давление воздуха
`101.325e3` (значение по умолчанию) | положительный скаляр с действительным знаком

Зависимости

`WaterVapourDensity` — Атмосферная плотность водяного пара
7.5 (значение по умолчанию) | положительный скаляр с действительным знаком

Зависимости

`LiquidWaterDensity` — Жидкая водная плотность
0.0 (значение по умолчанию) | неотрицательный скаляр с действительным знаком

Зависимости

`RainRate` — Уровень ливня
0.0 (значение по умолчанию) | неотрицательный скаляр

Зависимости

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

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

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

`MaximumDistance` — Максимальное одностороннее расстояние распространения
10000 (значение по умолчанию) | положительный скаляр с действительным знаком

Зависимости

Методы

Примеры

Распространите поляризованную волну в канале LOS

Больше о

Затухание пути или потеря

Задержка свободного пространства и потеря на пути

Атмосферная газовая модель затухания

Вуаль и модель затухания облака

Модель затухания ливня

Ссылки

Расширенные возможности

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

Смотрите также

Функции

Объекты

Документация Phased Array System Toolbox

Поддержка

Документация

phased.LOSChannel

Описание

Конструкция

Свойства

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

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

SpecifyAtmosphere — Включите атмосферную модель затухания false (значение по умолчанию) | true

Temperature — Температура окружающей среды15 (значение по умолчанию) | скаляр с действительным знаком

Зависимости

DryAirPressure — Атмосферное сухое давление воздуха 101.325e3 (значение по умолчанию) | положительный скаляр с действительным знаком

Зависимости

WaterVapourDensity — Атмосферная плотность водяного пара7.5 (значение по умолчанию) | положительный скаляр с действительным знаком

Зависимости

LiquidWaterDensity — Жидкая водная плотность0.0 (значение по умолчанию) | неотрицательный скаляр с действительным знаком

Зависимости

RainRate — Уровень ливня0.0 (значение по умолчанию) | неотрицательный скаляр

Зависимости

TwoWayPropagation — Включите двухстороннее распространение false (значение по умолчанию) | true

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

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

MaximumDistance — Максимальное одностороннее расстояние распространения10000 (значение по умолчанию) | положительный скаляр с действительным знаком

Зависимости

Методы

Примеры

Распространите поляризованную волну в канале LOS

Больше о

Затухание пути или потеря

Задержка свободного пространства и потеря на пути

Атмосферная газовая модель затухания

Вуаль и модель затухания облака

Модель затухания ливня

Ссылки

Расширенные возможности

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

Смотрите также

Функции

Объекты

Документация Phased Array System Toolbox

Поддержка

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

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

`SpecifyAtmosphere` — Включите атмосферную модель затухания
`false` (значение по умолчанию) | `true`

`Temperature` — Температура окружающей среды
15 (значение по умолчанию) | скаляр с действительным знаком

`DryAirPressure` — Атмосферное сухое давление воздуха
`101.325e3` (значение по умолчанию) | положительный скаляр с действительным знаком

`WaterVapourDensity` — Атмосферная плотность водяного пара
7.5 (значение по умолчанию) | положительный скаляр с действительным знаком

`LiquidWaterDensity` — Жидкая водная плотность
0.0 (значение по умолчанию) | неотрицательный скаляр с действительным знаком

`RainRate` — Уровень ливня
0.0 (значение по умолчанию) | неотрицательный скаляр

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

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

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

`MaximumDistance` — Максимальное одностороннее расстояние распространения
10000 (значение по умолчанию) | положительный скаляр с действительным знаком

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