Визуализация широкополосной эффективности формирователя луча

В этом примере показано, как построить ответ акустического элемента микрофона и массив элементов микрофона, чтобы подтвердить эффективность формирователя луча. Массив должен обеспечить приемлемую диаграмму направленности антенной решетки в полосе пропускания.

Создайте универсальную линейную матрицу (ULA) с 11 элементами микрофонов с помощью антенных элементов косинуса в качестве микрофонов. phased.CosineAntennaElement Система object™ является достаточно общей, чтобы использоваться в качестве элемента микрофона также, потому что она создает или получает скалярное поле. Необходимо изменить частоты ответа в слышимую область значений. Кроме того, убедитесь PropagationSpeed параметр в массиве pattern методы установлены в скорость звука в воздухе.

c = 340;
freq = [1000 2750];
fc = 2000;
numels = 11;
microphone = phased.CosineAntennaElement('FrequencyRange',freq);
array = phased.ULA('NumElements',numels,...
   'ElementSpacing',0.5*c/fc,'Element',microphone);

Постройте диаграмму направленности элемента микрофона по набору частот.

plotFreq = linspace(min(freq),max(freq),15);
pattern(microphone,plotFreq,[-180:180],0,'CoordinateSystem','rectangular',...
    'PlotStyle','waterfall','Type','powerdb')

Этот график показывает, что шаблон элемента является постоянным по целой полосе пропускания.

Постройте диаграмму направленности массива с 11 элементами по тому же набору частот.

pattern(array,plotFreq,[-180:180],0,'CoordinateSystem','rectangular',...
    'PlotStyle','waterfall','Type','powerdb','PropagationSpeed',c)

Этот график показывает, что основной лепесток шаблона элемента уменьшается с частотой.

Применяйтесь фаза поддиапазона переключают формирователь луча к массиву. Направление интереса является азимутом на 30 ° и вертикальным изменением на 0 °. Существует 8 поддиапазонов.

direction = [30;0];
numbands = 8;
beamformer = phased.SubbandPhaseShiftBeamformer('SensorArray',array,...
   'Direction',direction,...
   'OperatingFrequency',fc,'PropagationSpeed',c,...
   'SampleRate',1e3,...
   'WeightsOutputPort',true,'SubbandsOutputPort',true,...
   'NumSubbands',numbands);
rx = ones(numbands,numels);
[y,w,centerfreqs] = beamformer(rx);

Постройте диаграмму направленности массива с помощью весов и центральных частот от формирователя луча.

pattern(array,centerfreqs.',[-180:180],0,'Weights',w,'CoordinateSystem','rectangular',...
    'PlotStyle','waterfall','Type','powerdb','PropagationSpeed',c)

Вышеупомянутый график показывает beamformed шаблон на центральной частоте каждого поддиапазона.

Постройте диаграмму направленности на трех частотах в двух измерениях.

centerfreqs = fftshift(centerfreqs);
w = fftshift(w,2);
idx = [1,5,8];
pattern(array,centerfreqs(idx).',[-180:180],0,'Weights',w(:,idx),'CoordinateSystem','rectangular',...
    'PlotStyle','overlay','Type','powerdb','PropagationSpeed',c)
legend('Location','South')

Этот график показывает, что основное направление луча остается постоянным, в то время как ширина луча уменьшается с частотой.