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造和分析常见的传感器阵列配置。这些配置包括天线、声纳换能器和麦克风的1-D到3-D阵列,并且可以包含子阵列。在指定阵列和传感器参数后,应用程序将显示基本性能特征,如阵列指向性和阵列尺寸。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)
统一六边形阵列(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:
沿着空间网格复制一个数组。
将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情节:
阵列几何
二维数组模式
三维数组模式
光栅叶
打开传感器阵列分析仪App
MATLAB®将来发布:应用程序选项卡,在信号处理与通信,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。
均匀线性阵列的传感器元件沿直线等间距排列。
下分析仪选项卡,数组部分,选择齿龈。在元素部分,选择水听器。
选择Parameters选项卡并设置的元素数量来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(赫兹)来10000
。然后点击应用按钮。您可以随时更改许多菜单项并应用更改。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,应用程序会自动设置信号在水中的传播速度为1500
。可以将信号传播速度设置为任意值传播速度(米/秒)。
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)和元素锥度(显示小蜡烛).
在最右边的数组的特点面板上,可以查看阵列方向性、半功率波束宽度(HPBW)、第一零波束宽度(FNBW)和副瓣电平(SLL)。
要显示指向性图,请转到情节部分的分析仪选项卡。选择方位模式从2 d模式菜单。方位角指向性模式现在显示在应用程序的中心面板方位模式选项卡,并设置协调来矩形
。
你可以看到阵列方向性函数(也称为主波束)的主瓣在0°和另一个主瓣在±180°。由于ULA阵列的圆柱形对称,出现了两个主要的波瓣。
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。在操舵选项卡,设置方位角度(度)来30.
而且高度角(度)来0
。这将引导主瓣在方位角30°和仰角0°。
ULA的一个缺点是它的大侧瓣。对阵列指向性的检查显示,两个副瓣靠近每个主瓣,每个只下降约13分贝。强旁瓣抑制了阵列在附近存在较大信号时检测较弱信号的能力。通过使用阵列渐狭,可以减少旁瓣。
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分割成两个二元ULA的方位角响应。
下分析仪选项卡,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(赫兹)来1 e9
。然后点击应用按钮。您可以随时更改许多菜单项并应用更改。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,并选择方位模式
将二维方位角模式在极坐标中可视化。
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 × 4统一矩形数组(URA)。选择分区选项卡将URA转换为一个4乘4的分区数组,子数组用不同的颜色表示。控件控制分区子数组选择矩阵。
[1 (1,8) 0 (1,8);0 (1,8) 1 (8))
要对数组重新分区,可以编辑子数组选择矩阵。选择定义子数组选项卡重新排列属于子数组的元素。
选择Define Subarray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,编辑子数组2中的元素和权重。
选择顶部的绿色十字图标创建空子数组。
选择子数组2来显示属于的元素索引子数组2。
移除元素9及其权重。选择绿色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 × 6的均匀矩形阵列(URA),设计用于检测和定位100 MHz信号。
下分析仪选项卡,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100兆赫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
窗口使用默认的锥度参数。单击应用按钮应用更改。您可以随时更改许多菜单项并应用更改。此选项卡中出现的参数取决于您对数组和元素的选择。
阵列的形状如图所示。
接下来,通过选择显示一个3d阵列图案三维模式在情节部分的分析仪选项卡。
对于任何数组,一个重要的性能度量是指向性。你可以使用这个应用程序来检查渐缩对数组指向性的影响。如果没有变细,这个URA的阵列指向性为17.16 dB。随着逐渐变细,阵列指向性降低到16.03 dBi。
矩形阵列的光栅片
这个例子显示了一个4 × 4均匀矩形阵列(URA)的光栅瓣图,设计用于检测和定位300mhz信号。
下分析仪选项卡,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(度)来20.
而且高度角(度)来0
。
通过设置为300兆赫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,你创建一个空间采样不足的数组。然后点击应用按钮。
选择栅瓣图从情节截面来绘制光栅片。
这张图显示了当你向角度[20,0]方向发射光束时产生的光栅瓣图。主瓣由黑色填充的小圆表示。多光栅片由未填充的小黑圆表示。较大的黑圈称为物理区域u2+ v2≤1。主波瓣总是位于物理区域。光栅片有时位于物理区域之外。物理区域内的任何光栅瓣都会导致入射波方向的模糊。绿色区域表示主瓣可以指向的位置,物理区域中没有出现任何光栅瓣。如果主瓣被设置为指向绿色区域以外,光栅瓣可以移动到物理区域。
下图显示了当指向的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(度)来35
而且高度角(度)来0
。在这种情况下,一个光栅瓣移动到物理区域。
市区重建局含有极化元素
下分析仪选项卡,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100兆赫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
窗口使用默认的锥度参数。单击应用按钮应用更改。
指定任意阵列几何
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。
可以指定具有任意位置的传感器的数组。选择任意的在数组下拉。选择各向同性从元素菜单。中输入元素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)
。所有元素都有相同的法线方向,指向0°方位角和20°仰角并设置法线在元素正常(度)类型[0 0 0;20 20 20)
并单击应用按钮。选择阵列几何从情节部分。
若要显示3d阵列指向性,请选择三维模式从情节选项卡。
您可以使用取向对话框更改数组的方向。
的显示数组复选框切换阵列的显示。
的显示本地坐标复选框切换本地坐标系统的显示。
的显示Colorbar复选框切换关闭和打开显示场强的颜色条。
使用变量指定任意阵列几何
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形状的数组。输入相应的变量sensorArrayAnalyzer
字段。
在MATLAB命令行中,创建一个元素位置数组,pos
,一个元素法向数组,全国抵抗运动
,和锥度值数组,tpr
。
Pos = [0,0,0;0,0.5,0;0,0.5,0.866] NRM = [0 0 0;20个20 20);TPR = [1 1 1];
在适当的sensorArrayAnalyzer
字段后,点击应用按钮。若要显示3d阵列指向性,请单击三维模式从情节选项卡。
市建局自定义天线元件
使用与中相同的参数均匀矩形阵列(URA)示例,并单击应用按钮。在元素部分,选择自定义在天线部分。
对于自定义天线元件,请指定幅值和相位图。因为模式通常需要大型矩阵,所以最好使用命令行指定大小和相位模式。这里指定的幅度模式具有沿±方向的方向性x是方位角和仰角的函数。相位模式都是零。或者,您可以指定一个模式的角度和通过设置模式坐标系统参数phi-theta
。
azpat = cosd([0:360])。^ 2 + 1;Elpat = cosd([-90:90]') + 1;杂志= elpat * azpat;magdb = 10 * log10 (mag);
若要显示3d阵列指向性,请选择三维模式从情节选项卡。
相关的例子
版本历史
介绍了R2014b
MATLAB命令
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