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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
这个传感器阵列分析仪应用程序可以构建和分析常见的传感器阵列配置。这些配置范围从1-D到3-D天线阵列、声纳传感器和麦克风,并可以包含子阵列。指定阵列和传感器参数后,应用程序显示阵列方向性和阵列尺寸等基本性能特征。然后,您可以创建各种指向性图和图像。
您可以使用此应用程序显示这些阵列的方向性:
均匀线性阵列(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
球面阵列
圆柱阵列
任意数组
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。
将较大的数组划分为子数组。
这些元素可用于填充阵列:
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
这个传感器阵列分析仪应用程序可以创建以下类型的绘图:
阵列几何
二维数组模式
三维阵列方向图
光栅波瓣
MATLAB®工具条:在应用程序选项卡,在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.
sensorArrayAnalyzer
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本实例分析了10元均匀线性阵列(ULA)在声纳中的应用。该阵列由各向同性水听器组成。设计阵列为10khz信号。
均匀线阵具有沿直线等距分布的传感器元件。
在分析仪选项卡,数组部分的工具条,选择乌拉.在元素部分的工具条,选择水听器.
选择“参数”页签并设置的元素数量来10. 设定元素间距来0.5波长。
10
0.5
设计的阵列为一个10khz的信号设置信号频率(Hz)来10000。然后单击申请按钮。您可以更改许多菜单项,并在任何时候应用这些更改。这个选项卡中的参数取决于您对数组和元素的选择。
10000
当你选择声纳元件时,应用程序会自动设置信号在水中的传播速度为1500. 您可以通过设置传播速度(米/秒).
1500
选择阵列几何选项卡,并使用复选框显示图元法线(显示法线)、元素索引(显示指数)和元素锥形(显示小蜡烛).
在最右边的阵列特性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)。
要显示方向性绘图,请转到情节部分分析仪选项卡。选择方位图从2 d模式菜单方位方向图现在显示在应用程序的中心面板中。选择方位图选项卡,并设置协调来矩形的.
矩形的
你可以看到阵列方向性函数(也称为主波束)的主瓣在0°,另一个主瓣在±180°。由于ULA阵列的圆柱形对称性,出现了两个主要的瓣。
波束扫描器的工作原理是将阵列主瓣依次指向不同的方向。在驾驶选项卡,设置方位角度(度)来30.和高度角(度)来0.这将引导主瓣在方位角30°和俯仰角0°。
30.
0
ULA的一个缺点是其较大的旁瓣。对阵列方向性的检查显示,靠近每个主瓣的两个旁瓣,每个旁瓣仅下降约13 dB。强旁瓣会抑制阵列在附近存在较大信号时检测较弱信号的能力。通过使用阵列锥化,可以减小旁瓣。
使用锥形选项指定数组渐变为泰勒视窗旁瓣衰减着手30.数据库和nbar着手4.。单击申请按钮。
泰勒
4.
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。
在分析仪选项卡,数组部分的工具条,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)。
选择分区按钮分析仪.通过设置为1 GHz信号设计阵列信号频率(Hz)来1e9。然后单击申请按钮。您可以更改许多菜单项,并在任何时候应用这些更改。这个选项卡中的参数取决于您对数组和元素的选择。
1e9
这个子数组选择菜单项应该是[一(1,2)个零(1,2);零(1,2)个一(1,2)].
[一(1,2)个零(1,2);零(1,2)个一(1,2)]
选择2 d模式在分析仪选项卡并选择方位模式在极坐标下可视化二维方位图。
方位模式
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)。选择分区选项卡将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。分区由子阵选择矩阵。
[1 (1,8) 0 (1,8);0 (1,8) 1 (8))
要重新划分数组,可以编辑子阵选择矩阵。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。
您可以:
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2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添加到新的子数组。
新的子数组及其添加的元素以黄色显示。
这个例子展示了如何构建一个6乘6的统一矩形阵列(URA),用于检测和定位100兆赫信号。
在分析仪选项卡,数组部分的工具条,选择市建局.在元素部分的工具条,选择各向同性.
通过设置信号频率来100e6以及行和列元素间距来(0.5 - 0.5)波长。
100e6
(0.5 - 0.5)
选择“参数”页签并设置大小来(6,6).
(6,6)
从锥形下拉选择行和列.集行锥和柱锥到一个泰勒窗口使用默认的锥度参数。单击申请按钮应用更改。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。
行和列
阵列的形状如图所示。
接下来,通过选择显示三维阵列阵列阵列三维模式在情节部分分析仪选项卡。
对于任何数组,一个重要的性能度量指标是方向性。你可以使用这个应用程序来检查渐变对阵列方向性的影响。如果没有锥形,这个URA的阵列方向性是17.16 dB。通过渐细,阵列方向性减小到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。
在分析仪选项卡,数组部分的工具条,选择市建局.在元素部分的工具条,选择各向同性. 设定大小来[4,4].在驾驶选项卡,设置方位角度(度)来20.和高度角(度)来0.
[4,4]
20.
通过设置来设计一个300mhz的信号阵列信号频率来3 e8以及行和列元素间距来[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。
3 e8
[0.7, 0.7]
选择栅瓣图从情节切片来绘制光栅瓣。
此图显示了在向角度[20,0]方向波束形成阵列时产生的光栅波瓣图。主瓣由小的黑色填充圆指定。多个光栅波瓣由小的未填充黑色圆圈表示。较大的黑色圆圈称为物理区域,其U2.+ v2.≤1。主瓣始终位于物理区域。光栅瓣有时可能位于物理区域之外。物理区域中的任何光栅瓣都会导致入射波方向的模糊。绿色区域显示主瓣可以指向的位置,而物理区域中不会出现任何光栅瓣。如果obe设置为绿色区域外的点,光栅波瓣可以移动到物理区域。
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。在驾驶选项卡,设置方位角度(度)来35和高度角(度)来0.在这种情况下,一个光栅瓣移动到物理区域。
35
这个例子展示了如何构造一个由三个各向同性天线单元组成的三角形阵列。
您可以指定一个具有任意位置传感器的数组。选择任意的在数组下拉。选择各向同性从元素菜单。的元素位置元素的位置领域这三个要素的位置如下: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,并设置法线在元件正常值(度)类型[0 0 0;20 20 20)并单击申请按钮。选择阵列几何从情节部分。
0.5 (0, 0, 0, 0, 0, 0, 0.5, 0.866)
[0 0 0;20 20 20)
要显示三维阵列方向性,请选择三维模式从情节选项卡。
你可以使用方向对话框以更改阵列的方向。
这个显示数组复选框将切换阵列的显示和关闭。
这个显示本地坐标复选框将关闭和显示本地坐标系统。
这个显示Colorbar复选框在显示场强的颜色栏上切换。
这个例子演示了一个由在命令行设置的MATLAB变量指定的任意几何数组。在适当的地方输入变量sensorArrayAnalyzer领域。
在MATLAB命令行中,创建一个元素位置数组,pos,元素法线数组,全国抵抗运动,以及锥形值数组,tpr.
pos
全国抵抗运动
tpr
Pos = [0,0,0;0,0,0.5,0.866] NRM = [0 0 0;20个20 20);TPR = [1 1 1];
在适当的字段中输入这些变量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情节选项卡。
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元素部分的工具条,选择自定义在天线部分。
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φθ.
φθ
azpat = cosd([0:360])。^ 2 + 1;Elpat = cosd([-90:90]') + 1;杂志= elpat * azpat;magdb = 10 * log10 (mag);
相控复制子阵
分阶段。PartitionedArray
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