主要内容

传感器阵列分析仪

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

描述

传感器阵列分析仪应用程序使您能够构造和分析常见的传感器阵列配置。这些配置包括天线、声纳传感器和麦克风的1-D到3-D阵列,并且可以包含子阵列。指定阵列和传感器参数后,应用程序将显示基本性能特征,如阵列方向性和阵列尺寸。然后可以创建各种方向性绘图和图像。

数组类型

您可以使用此应用程序来显示这些数组的方向性:

  • 均匀线阵(ULA)

  • 统一矩形阵(市建局)

  • 均匀圆阵(UCA)

  • 均匀六边形阵列(UHA)

  • 圆形平面阵列

  • 同心阵列

  • 球形阵列

  • 圆柱阵列

  • 任意数组

子阵列

你可以使用这个应用程序来创建和分析包含子数组的数组:

  • 沿着空间网格复制阵列。

  • 将较大的阵列划分为子阵列。

元素类型

这些元素可用于填充数组:

  • 各向同性天线

  • 余弦天线

  • 定制天线

  • 心形话筒

  • 定制的麦克风

  • 全向麦克风

  • 各向同性水听器

  • 各向同性投影仪

绘图选项

传感器阵列分析仪应用程序可以创建这些类型的绘图:

  • 阵列几何

  • 二维数组模式

  • 3-D阵列模式

  • 格栅叶子

打开传感器阵列分析器应用程序

  • 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

例子

均匀线阵(ULA)

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10设置the元素间距0.5波长。

设计的阵列为一个10khz的信号设置信号频率(Hz)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)。

在声纳应用中显示10元均匀线性阵列(ULA)

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,并设置坐标矩形的

方位图显示主瓣方向性为10 dBi

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)30.高度角(度)0.. 这将主瓣的方位角控制在30°,仰角控制在0°。方位图显示了两个主瓣,一个在30度,另一个在150度。由于阵列的圆柱对称,出现了两个主要的瓣。

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。

方位角图案显示泰勒窗口如何将所有侧面叶片减少至-30 dB,而是以展大主叶为代价。

分区天线的方位响应

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)。

显示4元均匀线性阵列(ULA)

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)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。

显示分为两个2元素均匀线性阵列(ULA)的4元素均匀线性阵列(ULA)

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。

4 × 4 ULA的二维方位角方向图。

Re-Partition URA所言

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)]
默认子阵列选择矩阵将每个元素指定给一个子阵列。在此矩阵中,列数等于数组元素数。每行对应一个子阵列。该2×16矩阵将元素1–8分配给子阵列1,将元素9–16分配给子阵列2。

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。

2×4的几何图形。

选择Define Subarray选项卡将弹出子数组编辑器。

打开子阵列选择编辑器

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

编辑元素索引

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。

在子阵列之间移动元素。

新的子阵列及其添加的元素以黄色显示。

统一矩形阵(市建局)

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100e6.和行和列元素间距[0.5 0.5]波长。

选择“参数”选项卡并设置尺寸[6,6]

变尖下拉选择行和列设置行锥度圆柱锥形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。

显示6×6均匀矩形阵列的阵列几何图形

接下来,通过选择显示3-D阵列模式三维模式阴谋部分分析仪标签。

显示方向性为16.03 dBi的三维方向性图案

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。

矩形阵列的光栅波瓣

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[4,4].在里面操舵标签,设置方位角(度)20.高度角(度)0.

通过设置来设计一个300mhz的信号阵列信号频率3 e8和行和列元素间距[0.7,0.7]波长。通过设置行和列元素间距[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,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。

在U-V空间中的4×4均匀矩形阵列的光栅凸耳图,用于300 MHz信号,以20度方位角和0度高度转向

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)35高度角(度)0.. 在这种情况下,一个光栅波瓣移动到物理区域。

U-V空间中的光栅凸耳图,用于300 MHz信号,以35度方位角和0度高度转向

指定任意阵列几何

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。选择随意的数组下拉。选择各向同性元素菜单。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。选择阵列几何阴谋部分。

具有三个各向同性元的三角形阵列几何

显示3-D阵列方向性,选择三维模式阴谋标签。

3-D阵列方向图显示,在300 MHz信号中,三个各向同性单元的三角形阵列的方向性方向图为4.72 dBi

使用变量指定任意数组几何

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阴谋标签。

3-D阵列指向性模式,任意阵列几何图案,用于300 MHz信号,没有转向,显示4.77 dbi的方向性

与定制天线元素的URA

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,选择三维模式阴谋标签。

6×6均匀矩形阵列的3-D方向性方向图,带有定制天线元件,用于300 MHz信号,无转向,显示方向性为16.74 dBi

相关例子

也可以看看

对象

应用程序

介绍了R2014b