分析线性、平面、三维和任意传感器阵列的波束图和性能特征
MATLAB®Toolstrip:在应用程序标签,下面信号处理与通信,单击应用程序图标。
MATLAB命令提示符:输入sensorArrayAnalyzer
.
本例分析声纳应用中的10单元均匀线阵(ULA)。该阵列由各向同性水听器组成。为10 KHz信号设计阵列。
均匀的线性阵列具有沿线等间隔开的传感器元件。
在下面分析仪选项卡,数组ToolStrip的一部分,选择乌拉.在里面元素ToolStrip的一部分,选择水听器.
选择“参数”选项卡并设置元素数来10
设置the元素间距来0.5
波长。
设计的阵列为一个10khz的信号设置信号频率(Hz)来10000
.然后点击申请按钮您可以随时更改许多菜单项并应用更改。此选项卡中显示的参数取决于您对数组和元素的选择。
当您选择声纳元件时,应用程序会自动将水中的信号传播速度设置为1500
.您可以通过设置来将信号传播速度设置为任何值传播速度(m/s).
选择阵列几何选项卡并使用复选框显示元素正常(显示法线)、元素索引(显示指数)和元素锥形(显示小蜡烛)。
在最右边阵列特征面板上可以查看阵列的方向性、半功率束宽(HPBW)、第一空束宽(FNBW)和旁瓣电平(SLL)。
要显示一个方向性情节,请转到阴谋部分分析仪选项卡。选择方位角模式从二维图案菜单。方位角指向性模式现在显示在应用的中心面板中。选择方位角模式选项卡,并设置坐标来矩形的
.
可以看到阵列方向性函数(也称为远光)的主瓣位于0°,另一主瓣位于±180°。由于ULA阵列的圆柱对称性,出现了两个主瓣。
波束扫描仪的工作原理是将阵列主瓣依次指向不同的方向操舵标签,设置方位角(度)来30.
和高度角(度)来0.
. 这将主瓣的方位角控制在30°,仰角控制在0°。
ula的一个缺点是它的大侧面裂片。对阵列方向性的检查显示两个侧面叶,靠近每个主叶,每个叶片每次下降约13 dB。强侧叶抑制了阵列在存在更大的附近信号存在下检测较弱信号的能力。通过使用阵列逐渐变细,可以减少侧瓣。
使用变尖选项指定数组渐变为泰勒
窗口旁瓣衰减设置30.
DB和n设置4.
.点击申请按钮。
这个例子绘制了一个四元ULA划分为两个二元ULA的方位角响应。
在下面分析仪选项卡,数组ToolStrip的一部分,选择乌拉.创建一个带有默认参数的ULA(元素数量设置为4,元素间距设置为0.5米)。
选择隔断纽约州分析仪.通过设置为1 GHz信号设计阵列信号频率(Hz)来1E9.
.然后点击申请按钮您可以随时更改许多菜单项并应用更改。此选项卡中显示的参数取决于您对数组和元素的选择。
这子阵选择菜单项应为[(1,2)零(1,2);零(1,2)零(1,2)]
.
选择二维图案在分析仪选项卡,然后选择方位模式
在极坐标下可视化二维方位图。
分区数组由多个子数组组成,其中每个数组元素可以分配给一个或多个子数组。创建分区数组之后,可以将元素重新分配给不同的子数组。例如,创建一个包含16个元素的4乘4的统一矩形阵列(URA)。选择隔断选项卡将URA转换为一个4乘4的分区数组,其中的子数组由不同颜色表示。分区由子阵列选择矩阵。
[一(1,8)零(1,8);零(1,8)一(1,8)]
要重新划分数组,可以编辑子阵列选择矩阵。选择定义子数组选项卡重新排列属于子阵列的元素。
选择Define Subarray选项卡将弹出子数组编辑器。
你可以:
选择Subarray1旁边的铅笔图标来编辑subarray 1中的元素和权重。
选择子阵列旁边的铅笔图标,以编辑子阵列2中的元素和权重。
选择顶部的绿色十字图标来创建一个空的子数组。
选择子数组2显示属于的元素索引的步骤子数组2.
去掉元素9和它的重量。选择绿色的十字,添加一个新的子数组,子阵列3。然后将元素9添加到新子阵列。
新的子阵列及其添加的元素以黄色显示。
这个例子展示了如何构造一个6×6均匀矩形阵列(URA),用于检测和定位100 MHz信号。
在下面分析仪选项卡,数组ToolStrip的一部分,选择ura..在里面元素ToolStrip的一部分,选择各向同性.
通过设置设计100 MHz信号的阵列信号频率来100e6.
和行和列元素间距来[0.5 0.5]
波长。
选择“参数”选项卡并设置尺寸来[6,6]
.
从变尖下拉选择行和列
设置行锥度和圆柱锥形到泰勒
使用默认锥度参数的窗口。点击申请按钮以应用更改。您可以更改许多菜单项并随时应用更改。此选项卡中出现的参数取决于您的阵列和元素的选择。
阵列的形状如下图所示。
接下来,通过选择显示3-D阵列模式三维模式在阴谋部分分析仪标签。
任何阵列的一个重要性能指标是方向性。您可以使用该应用程序检查渐缩对阵列方向性的影响。在没有锥形的情况下,该URA的阵列方向性为17.16 dB。通过锥形化,阵列方向性降低到16.03 dBi。
这个例子展示了用于检测和定位300mhz信号的4 × 4均匀矩形阵列(URA)的光栅波瓣图。
在下面分析仪选项卡,数组ToolStrip的一部分,选择ura..在里面元素ToolStrip的一部分,选择各向同性设置the尺寸来[4,4]
.在里面操舵标签,设置方位角(度)来20.
和高度角(度)来0.
.
通过设置来设计一个300mhz的信号阵列信号频率来3 e8
和行和列元素间距来[0.7,0.7]
波长。通过设置行和列元素间距来[0.7,0.7]
波长,你创建一个空间采样不足的数组。然后点击申请按钮。
选择光栅波瓣图从阴谋用于绘制光栅波瓣的部分。
该图显示了将阵列朝向角度朝向角度的阵列[20,0]时产生的光栅叶片图。主叶由小黑色圆圈指定。多光栅裂片由小未填充的黑色圆圈指定。较大的黑色圆圈称为物理区域,你2+ v2≤1.主叶始终位于物理区域。光栅凸杆有时可以在物理区域之外。物理区域中的任何光栅凸耳导致进入波的方向的模糊性。绿色区域显示主叶可以指向,而没有物理区域中出现的任何光栅裂片。如果主叶设置为点在绿色区域以外,则光栅叶可以进入物理区域。
下一个图显示了当指向方向位于绿色区域外时发生了什么。在里面操舵标签,设置方位角(度)来35
和高度角(度)来0.
. 在这种情况下,一个光栅波瓣移动到物理区域。
此示例演示如何构造由三个各向同性天线单元组成的三角形阵列。
您可以指定具有任意传感器位置的阵列。选择随意的在数组下拉。选择各向同性从元素菜单。的元素位置元素的位置场地。三个元素的位置是0.5 (0, 0, 0, 0, 0, 0, 0.5, 0.866)
.所有元素有相同的法线方向,指向0°方位角和20°仰角,并设置法线在元素正常(DEG)类型[0 0 0; 20 20 20]
并单击申请按钮。选择阵列几何从阴谋部分。
显示3-D阵列方向性,选择三维模式从阴谋标签。
此示例演示了一个数组,该数组具有由命令行上设置的MATLAB变量指定的任意几何图形。在适当的字段中输入变量sensorArrayAnalyzer
领域。
在MATLAB命令行中,创建一个元素位置数组,pos
,一个元素普通阵列,nrm
,以及锥形值数组,tpr
.
Pos = [0 0 0;0 1.0 - 0.5000;0 0 0.866];NRM = [0 0 0;20个20 20);TPR = [1 1 1];
在适当的情况下输入这些变量sensorArrayAnalyzer
字段后,点击申请按钮。单击,显示三维阵列的方向性三维模式从阴谋标签。
中使用的相同参数统一矩形阵(市建局)示例并单击申请按钮。在里面元素ToolStrip的一部分,选择习俗在天线部分。
对于定制的天线元件,指定幅度和相位图。因为模式通常需要较大的矩阵,所以最好使用命令行来指定幅度和相位模式。这里指定的幅值模式沿±方向X是方位角和仰角的函数。相位图都是零。或者,你可以通过设置角度来指定一个模式模式坐标系参数PHI-THETA.
.
azpat = cosd([0:360])。^ 2 + 1;Elpat = cosd([-90:90]') + 1;杂志= elpat * azpat;magdb = 10 * log10 (mag);
显示3-D阵列方向性,选择三维模式从阴谋标签。