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模式和性能特征
描述
的传感器阵列分析仪应用程序使您能够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,并且可以包含子阵列。指定数组和传感器参数后,应用程序将显示基本性能特征,如数组指向性和数组尺寸。然后,您可以创建各种指向性图和图像。
更多的
数组类型
你可以使用这个应用程序来显示这些数组的指向性:
二维数组
均匀线性阵列(ULA)
均匀矩形阵列(URA)
均匀圆形阵列(UCA)
均匀六方阵列(UHA)
圆形平面阵列
同心数组
三维数组
球面阵列
圆柱阵列
任意数组
子串
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:
沿着空间网格复制数组。
将一个较大的数组划分为子数组。
元素类型
这些元素可用于填充数组:
无极天线
心脏线天线
余弦天线
定制天线
高斯天线
各向同性天线
Sinc天线
极化天线
交叉偶极子天线
定制天线
NR天线
短偶极子天线
麦克风
心形话筒
定制的麦克风
全向麦克风
声纳传感器
各向同性水听器
各向同性投影仪
绘图选项
的传感器阵列分析仪App可以创建这些类型的图:
阵列几何
二维阵列图
三维阵列图
光栅叶
打开传感器阵列分析仪App
MATLAB®工具条:在应用程序选项卡,在信号处理与通信,点击应用程序图标。
MATLAB命令提示符:输入
sensorArrayAnalyzer
.
例子
均匀线性阵列(ULA)
本例分析了声纳应用中的10元均匀线性阵列(ULA)。该阵列由各向同性水听器组成。为10khz信号设计阵列。
均匀线性阵列具有沿直线等间距的传感器元件。
下分析仪选项卡,在数组部分,选择齿龈.在元素部分,选择水听器.
选择Parameters选项卡并设置元素数量来10
.设置元素间距来0.5
波长。
通过设置为10khz信号设计阵列信号频率(Hz)来10000
.然后按应用按钮。您可以更改许多菜单项,并在任何时候应用更改。此选项卡中出现的参数取决于您对数组和元素的选择。
当你选择声纳元件时,应用程序会自动将信号在水中的传播速度设置为1500
.方法将信号传播速度设置为任意值传播速度(m/s).
选择阵列几何选项卡,并使用复选框显示元素法线(显示法线),元素索引(显示指数)和元素tapers (显示小蜡烛).
在最右边数组的特点面板上,可以查看阵列指向性、半功率波束宽度(HPBW)、第一空波束宽度(FNBW)和旁瓣电平(SLL)。
若要显示指向性图,请转到情节部份分析仪选项卡。选择方位模式从2 d模式菜单。方位角方向模式现在显示在应用程序的中心面板中方位模式选项卡,并设置协调来矩形
.
你可以看到阵列方向性函数的主瓣(也称为主波束)在0°和另一个主瓣在±180°。由于ULA阵列的圆柱对称,出现了两个主要的叶瓣。
波束扫描器的工作原理是连续地将阵列主瓣指向不同的方向。在操舵选项卡,设置方位角(度)来30.
而且仰角(度)来0
.这使得主瓣的方位角为30°,仰角为0°。
ULA的一个缺点是它的大侧瓣。对阵列指向性的检查显示两个侧瓣靠近每个主瓣,每个侧瓣仅下降约13分贝。强旁瓣抑制阵列在附近存在较大信号时检测较弱信号的能力。通过使用阵列变细,可以减少侧瓣。
使用锥形选项将数组锥度指定为泰勒
窗口,旁瓣衰减设置为30.
dB和nbar设置为4
.单击应用按钮。
分割ULA的方位响应
本例绘制了一个四元ULA划分为两个二元ULA的方位响应。
下分析仪选项卡,在数组部分,选择齿龈.创建一个具有默认参数的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1ghz信号设计阵列信号频率(Hz)来1 e9
.然后按应用按钮。您可以更改许多菜单项,并在任何时候应用更改。此选项卡中出现的参数取决于您对数组和元素的选择。
的子数组选择菜单项应为[1(1、2)0(1、2);0(1、2)1(1、2)
.
选择2 d模式在分析仪选项卡,选择方位模式
将极坐标下的二维方位图可视化。
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。在创建分区数组之后,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均匀矩形数组(URA)。选择分区选项卡将URA转换为一个4乘4的分区数组,其中子数组由不同的颜色表示。控件控制分区子数组选择矩阵。
[1 (1,8) 0 (1,8);0 (1,8) 1 (8))
要重新对数组进行分区,可以编辑子数组选择矩阵。选择定义子数组TAB重新排列属于子数组的元素。
选择定义子数组选项卡会弹出子数组编辑器。
您可以:
选择Subarray1旁边的铅笔图标,编辑子数组1中的元素和权重。
选择Subarray2旁边的铅笔图标来编辑子数组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子数组。
选择子数组2来显示所属的元素索引子数组2.
移除元素9及其权重。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添加到新的子数组中。
新的子数组及其添加的元素显示为黄色。
均匀矩形阵列(URA)
这个例子展示了如何构造一个6乘6的均匀矩形阵列(URA),用于检测和定位100 MHz信号。
下分析仪选项卡,在数组部分,选择URA所言.在元素部分,选择各向同性.
通过设置为100mhz信号设计阵列信号的频率来100年e6
行和列元素间距来(0.5 - 0.5)
波长。
选择Parameters选项卡并设置大小来(6,6)
.
从锥形下拉选择行和列
.集行锥而且列锥形到一个泰勒
窗口使用默认锥度参数。单击应用按钮以应用更改。您可以更改许多菜单项,并在任何时候应用更改。此选项卡中出现的参数取决于您对数组和元素的选择。
数组的形状如图所示。
接下来,通过选择显示3d数组图案三维模式在情节部份分析仪选项卡。
对于任何数组来说,一个重要的性能度量是指向性。您可以使用该应用程序来检查渐进式对数组指向性的影响。在没有变细的情况下,这个URA的阵列方向性为17.16 dB。随着变细,阵列的方向性降低到16.03 dBi。
矩形阵列的光栅瓣
这个例子显示了一个4 × 4均匀矩形阵列(URA)的光栅瓣图,该阵列被设计用来检测和定位一个300 MHz的信号。
下分析仪选项卡,在数组部分,选择URA所言.在元素部分,选择各向同性.设置大小来(4, 4)
.在操舵选项卡,设置方位角(度)来20.
而且仰角(度)来0
.
通过设置为300mhz信号设计阵列信号的频率来3 e8
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,你创建了一个空间采样不足的数组。然后按应用按钮。
选择光栅瓣图从情节截面来绘制光栅叶。
该图显示了当阵列向角度[20,0]方向波束形成时产生的光栅瓣图。主瓣由黑色填充的小圆圈指定。多个光栅瓣由未填充的小黑圆表示。较大的黑色圆圈被称为物理区域u2+ v2≤1.主瓣总是在物理区域。光栅叶有时可以位于物理区域之外。物理区域中的任何光栅瓣都会导致入射波方向的模糊。绿色区域显示了主瓣可以指向的地方,没有任何光栅瓣出现在物理区域。如果主瓣被设置指向绿色区域之外,光栅瓣可以移动到物理区域。
下一张图显示了当指向方向位于绿色区域之外时会发生什么。在操舵选项卡,设置方位角(度)来35
而且仰角(度)来0
.在这种情况下,一个光栅瓣移动到物理区域。
包含极化元素的市建局
下分析仪选项卡,在数组部分,选择URA所言.在元素部分,选择交叉偶极子.选择RHCP作为极化并设置旋转角度30°。
通过设置为100mhz信号设计阵列信号的频率来
100年e6
行和列元素间距来(0.5 - 0.5)
波长。选择Parameters选项卡并设置大小来
(6,6)
.从锥形下拉选择
行和列
.集行锥而且列锥形到一个泰勒
窗口使用默认锥度参数。单击应用按钮以应用更改。
指定任意数组几何
这个例子展示了如何构造三个各向同性天线单元的三角形阵列。
您可以指定具有任意传感器位置的数组。选择任意的在数组下拉。选择各向同性从元素菜单。中输入元素的位置元素的位置字段。这三个元素的位置是0.5 (0, 0, 0, 0, 0, 0, 0.5, 0.866)
.所有元件具有相同的法线方向,指向0°方位角和20°仰角,并设置法线在正常元素(度)类型[0 0 0;20[英语背诵文选
然后点击应用按钮。选择阵列几何从情节部分。
若要显示3-D数组指向性,请选择三维模式从情节选项卡。
您可以使用取向对话框来更改数组的方向。
的显示数组复选框用于关闭和打开数组的显示。
的显示局部坐标复选框用于关闭和打开本地坐标系统的显示。
的显示Colorbar复选框用于关闭和打开显示场强度的颜色条。
使用变量指定任意数组几何
这个示例演示了一个数组,该数组具有任意几何形状,由在命令行设置的MATLAB变量指定。在适当的位置输入变量sensorArrayAnalyzer
字段。
在MATLAB命令行中,创建一个元素位置数组,pos
,元素法向数组,全国抵抗运动
,锥度值数组,tpr
.
Pos = [0,0,0;0,0.5,0;0,0.5,0.866] NRM = [0 0 0 0;20 20 20];TPR = [1 1 1];
在适当的地方输入这些变量sensorArrayAnalyzer
字段后,点击应用按钮。若要显示三维数组的指向性,请单击三维模式从情节选项卡。
市建局自定义天线元件
中使用相同的参数均匀矩形阵列(URA)示例,然后单击应用按钮。在元素部分,选择自定义在天线部分。
对于自定义天线元件,请指定幅度和相位模式。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大小和相位模式。此处指定的幅度图沿±方向x-轴,是方位角和仰角的函数。相位模式全为零。或者,您可以通过设置图案坐标系参数phi-theta
.
Azpat = cosd([0:360])。^2 + 1;Elpat = cosd([-90:90]') + 1;Mag = elpat*azpat;Magdb = 10*log10(mag);
若要显示3-D数组指向性,请选择三维模式从情节选项卡。
相关的例子
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