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{blockLibraryPP_blocksPP_FF_PhasedSS_ArraySS_SystemSS_ToolboxFF_EnvironmentSS_andSS_TargetFF_LOSSS_ChannelPP_label}

窄带视距传播信道。

类型: LOSChannel

图书馆中的路径:

/Phased Array System Toolbox/Environment and Target/LOS Channel

说明

LOS 信道*模块模拟信号通过视距(LOS)信道在空间的传播。该模块还可模拟信号从单点向多点或从多点向单点的传播。该模块可模拟传播时间、自由空间传播损耗、多普勒频移以及大气和天气损耗。该程序块假定传播速度远大于目标速度,在这种情况下,停跳模型是有效的。

当信号在视距(LOS)信道中向目标传播或从目标传播时,您可以选择使用一个程序块计算自由空间的双向传播延迟,或使用两个程序块计算每个方向的单向传播延迟。由于自由空间传播延迟不一定是计算步骤的整数倍,因此使用双向传播块计算的总往返延迟可能与使用两个单向传播块计算的延迟不同。因此,建议尽可能使用单个双向传播单元。

端口

输入

X - 窄带信号
乘以 1 的复数矢量列 M | 乘以 N 的复数矩阵 M | 乘以 1 的实数矢量列 M | 乘以 N 的实数矩阵 M

复数矢量列 M 乘 1 或复数矩阵 M 乘 N 形式的窄带信号。M 的值是信号值的采样个数,N 是要传播的信号个数。指定 N 个信号时,需要指定 N 个信号源或 N 个信号目的地。

数据类型: Float16, Float32, Float64, Int8, Int16, Int32, Int64, UInt8, UInt16, UInt32, UInt64

Pos1 - 信号源
3乘以1的有效矢量列 | 3乘以N的有效矩阵

信号源的位置以有效矢量列 3 乘 1 或有效矩阵 3 乘 N 的形式给出。N 的值是要传播的信号个数,等于信号到端口 X 中指定的第二个维度。如果 Pos1 是列向量,其形式为 。如果 Pos1 是矩阵,则每列指定不同的信号原点,其形式为 。*位置单位为米。

数据类型: Float16, Float32, Float64, Int8, Int16, Int32, Int64, UInt8, UInt16, UInt32, UInt64

Pos2 是目标的位置
3乘以1的有效列向量 | 3乘以N的有效矩阵

目标位置以有效矢量列 3 乘 1 或有效矩阵 3 乘 N 的形式给出。N 的值是要传播的信号数,等于端口信号 X 的二维数。如果 Pos2 是列向量,其形式为 。如果 Pos2 是矩阵,则每列指定信号的不同原点,其形式为 。*位置单位为米。

数据类型: Float16, Float32, Float64, Int8, Int16, Int32, Int64, UInt8, UInt16, UInt32, UInt64

Vel1 是信号源的速度
有效矢量列 3 乘 1 | 有效矩阵 3 乘 N

以有效矢量列 3 乘 1 或有效矩阵 3 乘 N 的形式表示的信号源速度。N 的值是传播信号的数量,等于 X 端口信号的二维数。如果 Vel1 是列向量,其形式为 。如果 Vel1 是矩阵,则每列指定信号的不同原点,其形式为 。*位置单位为米。

数据类型: Float16, Float32, Float64, Int8, Int16, Int32, Int64, UInt8, UInt16, UInt32, UInt64

Vel2 是目标的速度
有效列向量 3 乘 1 | 有效矩阵 3 乘 N

以有效矢量列 3 乘 1 或有效矩阵 3 乘 N 的形式表示的目标速度。N 的值是要传播的信号个数,等于 X 端口信号中指定的第二个维度。如果 Vel2 是列向量,其形式为 。如果 Vel2 是矩阵,则每列指定信号的不同原点,其形式为 。*位置单位为米。

数据类型: Float16, Float32, Float64, Int8, Int16, Int32, Int64, UInt8, UInt16, UInt32, UInt64

输出

端口_1 - 传播的窄带信号
M乘1的复数矢量列 | M乘N的复数矩阵

以复数矢量列 M 乘 1 或复数矩阵 M 乘 N 的形式返回的传播信号。

如果 X 是列向量或矩阵,Y 也是具有相同维度的列向量或矩阵。 Y 的输出包含当前时间间隔内传播到目标的信号样本。当前时间段定义为当前输入所跨越的时间。只要信号从源头传播到目标的时间超过当前时间间隔,输出数据就不包含当前时间间隔输入的数据。

参数

*传播速度(米/秒)` - 信号的传播速度
3e8(默认)` |`正标量

信号传播速度的实正标量。

默认值为光速:3e8

数据类型: Float16, Float32, Float64, Int8, Int16, Int32, Int64, UInt8, UInt16, UInt32, UInt64

信号载波频率 (Hz) - 信号的载波频率
3e8(默认)` | 正标量

正实数标量信号的载波频率。测量单位为 Hz。

数据类型: Float16, Float32, Float64, Int8, Int16, Int32, Int64, UInt8, UInt16, UInt32, UInt64

指定大气参数 - 大气衰减模型
off (默认) | on

选择此复选框可添加大气气体、雨、雾或云造成的信号衰减。

选中后,对话框中将显示*温度(摄氏度)、*干气压(帕)水蒸气密度(克/米3)、*液态水密度(克/米3)*和*雨量(毫米/小时)*参数。

温度(摄氏度) 为环境温度
15(默认值)

以实数标量指定的环境温度。

依赖关系

要使用该参数,请选择*指定大气参数*复选框。

干空气压力 (Pa) 是指干空气的大气压力
101.325e3(默认值)。

干燥空气的大气压力,指定为正实数标量。

该参数的默认值相当于一个标准大气压。

依赖关系

要使用该参数,请选择 指定大气参数 复选框。

水蒸气密度 (g/m^3) 是指大气中水蒸气的密度
7.5(默认值)

大气中水蒸气的密度,以正实数标量表示。

依赖关系

要使用该参数,请选择*指定大气参数*复选框。

液态水密度 (g/m^3) - 液态水密度
0.0(默认值)

雾或云中液态水的密度,以非负实值标量表示。液态水密度的典型值是:中雾为 0.05,浓雾为 0.5

依赖关系

要使用该参数,请选择*指定大气参数*复选框。

降水率(毫米/小时) - 降水率
0.0(默认值)

以非负实标量形式指定的降水率。

依赖关系

要使用该参数,请选择*指定大气参数*复选框。

执行双向传播 - 关闭双向传播
关闭(默认)` | `开启

选择此复选框可在信号源和目的地之间执行双向传播。否则,设备将执行从信号源到目的地的单向传播。

继承采样率 - 继承采样率
开(默认)` |`关

选择复选框可继承上游模块的采样率。否则,使用 Sample rate (Hz) 设置采样率。

采样率(赫兹) - 采样率
1e6(默认值) | 正标量

正标量信号的采样频率。测量单位为 Hz。

依赖关系

要使用该参数,请清除*继承采样率*复选框。

数据类型: Float16, Float32, Float64, Int8, Int16, Int32, Int64, UInt8, UInt16, UInt32, UInt64

最大单向传播距离 (m) - 最大单向传播距离
10e3(默认值) - 最大单向传播距离

起点和终点之间的最大距离(以米为单位),为正标量。传播距离超过此距离的任何信号的振幅都将设为零。

算法

衰减和损耗因子

宽带 LOS 信道中的衰减或路径损耗由四个部分组成。

,

其中

  • - 自由空间路径上的衰减。

  • - 大气中的路径衰减。

  • - 雾和云的路径衰减。

  • - 下雨时的路径衰减。

每个分量的测量单位都是量级,而不是分贝。

自由空间中的传播延迟、多普勒频移和路径损耗

当声源和目标相对静止时,单位输出可写成 τ τ 表示延迟, 表示传播损耗。延迟由 τ 计算得出,其中 是传播距离, 是传播速度。自由空间路径损耗的定义表达式为

πλ ,

其中 λ 是信号的波长。

该公式假定目标位于发射元件或阵列的远区。在近区,自由空间传播路径损耗公式无效,可能导致损耗小于等于信号增益的单位。因此,在范围值 λπ 时,损耗被设置为等于一。

当信号源和目标之间存在相对运动时,处理过程也会引入频率偏移。该频移与信号源和目标点之间的多普勒频移相对应。单向传播时的频移为 λ ,双向传播时的频移为 λ 。参数 是目标相对于声源的相对速度。

大气中的信号衰减模型

该模型计算信号在大气气体中传播时的衰减。

电磁信号在大气中传播时会衰减。这种效应主要是由于氧气和水蒸气的共振吸收线造成的,氮气的影响较小。该模型还包括 10 千兆赫以下的连续吸收谱。该模型可计算特定衰减(每公里衰减),作为温度、压力、水蒸气密度和信号频率的函数。大气气体模型适用于 1-1000 千兆赫的频率,并适用于极化和非极化场。

各频率下的具体衰减公式如下:

γγγ .

是大气复折射率的虚部,由光谱线性分量和连续分量组成:

.

光谱分量由构成局部带宽函数的离散光谱项总和 乘以光谱线强度 组成。对于大气中的氧气,每条光谱线的强度等于

.

对于大气中的水蒸气,每条光谱线的强度等于:P]:

.

其中

  • - 干燥空气压力。

  • - 水蒸气比压。

  • - 环境温度。

气压单位为百帕(hPa),温度单位为开尔文度。

水蒸气的比压 与水蒸气的密度 ρ 的关系如下:

ρ .

大气总压强等于

.

对于每条氧气线, 取决于两个参数,即 。同样,每条水蒸气管线取决于两个参数,即

局部带宽函数 是频率的复合函数。这些函数取决于模型的经验参数。

为了计算路径中窄带信号的总衰减,该函数将特定衰减乘以路径长度, 。那么总衰减等于

γγ .

衰减模型可应用于宽带信号。首先将宽带信号划分为若干子频带,并对每个子频带进行衰减。然后将所有衰减的子频带信号相加,得到一个总衰减信号。

雾和云信号衰减模型

该模型计算信号在雾或云中传播时的衰减。

雾或云是同一种大气现象。该模型计算信号的具体衰减(每公里衰减),作为液态水密度、信号频率和温度的函数。该模型适用于极化和非极化场。各频率下的比衰减公式如下:

γ ,

其中

  • - 是液态水的密度(克/立方米)。

  • - 是比衰减系数,取决于频率。

云雾中的衰减模型适用于 10-1000 千兆赫的频率。比衰减系数的单位为 (dB/km)/(g/m3) 。

为计算路径上窄带信号的总衰减,该函数将比衰减乘以路径长度 。总衰减等于 γ

衰减模型可应用于宽带信号。首先将宽带信号划分为若干子频带,并对每个子频带进行窄带衰减。然后将所有衰减的子带信号相加,得到总衰减信号。

降水情况下的信号衰减模型

该模型计算信号在降雨区域传播时的衰减。降雨衰减是最主要的衰减机制,不同地点和不同年份的降雨量会有所不同。

电磁信号在雨区传播时会被衰减。该模型计算信号的比衰减(每公里衰减),作为雨强、信号频率、极化和路径仰角的函数。比衰减( γ )与降雨强度呈幂律关系

γα ,

其中

  • - 降水速率。单位为毫米/小时。

  • 和指数 α 取决于频率、极化状态和信号路径仰角。

该衰减模型适用于 1-1000 千兆赫的频率。

为了计算窄带信号路径的总衰减,该函数将特定衰减乘以有效传播距离 。然后,总衰减等于 γ

有效距离是几何距离 乘以比例系数:

α ,

其中

  • - 频率。

计算中使用的降水率 是长期统计降水率 。这是指超过 0.01% 的降水率。

衰减模型可应用于宽带信号。首先将宽带信号划分为若干子频带,并对每个子频带进行衰减。然后将所有衰减后的子波段信号相加,得出总衰减信号。