Engee 文档

{blockLibraryPP_blocksPP_FF_PhasedSS_ArraySS_SystemSS_ToolboxFF_EnvironmentSS_andSS_TargetFF_WidebandSS_LOSSS_ChannelPP_label}

视距条件下的宽带传播信道。

类型: WidebandLOSChannel

图书馆中的路径:

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

说明

宽带 LOS 信道*模块模拟信号通过视距(LOS)信道从空间一点向多点或从多点向一点的传播。该模块模拟传播时间、自由空间传播损耗、多普勒频移、大气和气候损耗。建模假设信号的传播速度远大于物体的速度,在这种情况下,停跳模型是有效的。

当信号通过 LOS 信道传播到目标和从目标传播时,可以用一个区块来计算 LOS 信道的双向传播延迟(来回),或者用两个区块来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采样间隔的整数倍,因此使用双向传播块计算的双向总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 - 辐射信号
M乘1的复数矢量 | 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 的形式发射的信号。值 M 是信号的持续时间,N 是接收点阵列(或子阵列,如果支持子阵列)的元素数。

尺寸 信号

矢量列 M 乘 1

从阵列(子阵列)的所有元素发出相同的信号。

矩阵 M 乘 N

每列对应阵列(子阵列)中相应元素发出的信号。

输入矩阵第一维度的大小可以变化,以模拟信号持续时间的变化。例如,在脉冲重复率可变的脉冲信号情况下,就可能出现尺寸变化。

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

*支持复数:是

Pos1 是信号发射器的位置。
3乘以1的实数矢量列 | 3乘以N的实数矩阵

信号位置指定为 3 乘 1 的实数矢量列或 3 乘 N 的实数矩阵。数值 N 是信号源位置的个数。信号源位置的例子包括发射机、阵元或子阵列的坐标。位置坐标的测量单位为米。

如果 Pos1 是一个列向量,它的维数是 3 乘 1。 如果 Pos1 是一个矩阵,每列定义一个不同的信号源位置,它的维数是 3 乘 N。

如果 Pos1 有多列,那么 Pos2 只能有一列。Pos1Pos2 不能同时指定为矩阵。

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

Pos2-信号接收器的位置
3乘以1的实数矢量列 | 3乘以N的实数矩阵

信号接收器的位置指定为 3 乘 1 的实数矢量列或 3 乘 N 的实数矩阵。N 值是接收器的数量,例如阵列或子阵列元素的位置。位置坐标的测量单位是米。

如果 Pos2 是列向量,其维度为 3 乘 1。 如果 Pos2 是矩阵,每一列定义信号接收器的不同位置,其维度为 3 乘 N。

如果 Pos1 有多列,那么 Pos2 只能有一列。Pos1Pos2 不能同时指定为矩阵。

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

Vel1 是信号发射器的速度
3乘1的实数矢量列 | 3乘N的实数矩阵

以与 Pos1 相同维数的实数矢量或矩阵形式给出的发射机速度。

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

Vel2 是信号的接收速度
3乘以1的实数矢量列 | 3乘以N的实数矩阵 | N乘以3的实数矩阵

信号的接收速度,以与 Pos2 维数相同的实向量或矩阵形式给出。

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

输出

端口_1 - 传播信号
M乘以1的复数向量列 | M乘以N的复数矩阵

传播信号以复数矢量列 M 乘 1 或复数矩阵 M 乘 N 的形式返回。*端口_1*的维数与输入端口*X*的维数相同:M 是信号持续时间,N 是信号数量。

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

支持复数:是

参数

传播速度(米/秒) - 信号传播速度
3e8(默认值) | 正标量

信号传播速度的实正标量。

默认值为光速:3e8

测量单位为 m/c。

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

信号载波频率 (Hz) - 信号载波频率
3e8(默认值) | 正标量

以正实数标量表示的信号载波频率。测量单位为 Hz。

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

子频带数 - 子范围数
68(默认值) | `正整数

要处理的子带数,指定为正整数。

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

指定大气参数 - 考虑大气中的信号衰减
关闭(默认)` | 开启

选择此复选框可启用大气衰减计算。

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*降雨率(毫米/小时)*参数。

温度(摄氏度) 为环境温度
15(默认值) | 标量

以实数标量指定的环境温度。测量单位是摄氏度。

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。
101325(默认值)* |"正标量"。

以正实数标量指定的干燥空气的大气压力。该参数的默认值相当于一个标准大气压。测量单位为 Pa。

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) - 大气中水蒸气的密度
7.5(默认值)* |"正标量"。

大气中水蒸气的密度,以正实数标量表示。测量单位为 g/m3

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)"|"非负标量"。

雾或云中液态水的密度,以非负实标量表示。测量单位为 g/m3。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。

降雨率(毫米/小时) - 降雨强度
0.0(默认值)"|"非负标量"。

降雨强度指定为非负实标量。测量单位为毫米/小时。

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 - 启用双向传播
关闭(默认)` | 开启

选择此复选框可在信号发射器和接收器之间进行双向传播。否则,设备将执行从发射器到信号接收器的单向传播。

继承采样率 - 采样率继承
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) |`正标量

以正实数标量形式表示的信号发射器和接收器之间的最大距离(米)。超出此距离的信号振幅为零。

算法

衰减和损耗因子

宽带 LOS 信道中的衰减或信号损耗由四个部分组成:

,

其中

  • - 是信号在自由空间传播时的衰减。

  • - 大气传播中的信号衰减。

  • - 因雾和云造成的传播信号衰减。

  • - 降水造成的传播信号衰减。

每个分量的测量单位都是量级,而不是分贝。

传播延迟、多普勒频移和自由空间损耗

当信号源和接收器相对静止时,可以将自由空间信道的输出写成 τ ,其中 τ 是信号延迟, 是自由空间传播损耗。信号延迟的计算公式为 τ ,其中 为传播距离, 为传播速度。自由空间路径损耗的定义为

,

其中 是信号的波长。

该公式假定目标位于发射元件或阵列的远场。在近场,自由空间传播路径损耗公式无效,可能导致损耗值小于 1,相当于信号放大。因此,在 的值中,损耗被设为 unity。

如果信号源和接收器之间存在相对运动,则要考虑多普勒频移。单向传播时的频移为 ,双向传播时的频移为 的值是接收器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。计算中使用了 [1] 中给出的 ITU(国际电信联盟)模型。该模型根据温度、压力、水蒸气密度和信号频率的函数计算比衰减(每公里衰减)。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:

.

是大气复折射率的虚部,由光谱线分量和连续分量组成:

.

光谱分量由离散光谱项的总和组成,离散光谱项是局部频带函数 与光谱线强度 的乘积。对于大气中的氧气,光谱的线强度为

.

对于大气中的水蒸气,光谱线强度为:P]:

,

其中

  • - 干燥空气压力。

  • - 水蒸气分压。

  • - 环境温度。

气压单位为百帕(hPa),温度单位为开尔文度。

水蒸气分压 与水蒸气密度 的关系如下:

.

大气总压强为

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

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。

窄带信号总衰减的计算方法是将特定衰减乘以路径长度 。总衰减等于

.

这一信号衰减模型可应用于宽带信号。为此,首先将宽带信号划分为若干子频段,计算每个子频段的衰减量,然后将所有衰减的子频段信号相加得出总衰减信号。

雾和云衰减模型

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。计算中使用了 [2] 中给出的国际电联模型。该模型计算的是信号的具体衰减(每公里衰减)与液态水密度、信号频率和温度的函数关系。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:

,

其中

  • - 液态水的密度,单位为 gm/m3

  • - 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) 。

窄带信号的总衰减是由比衰减乘以路径长度 计算得出的。总衰减等于

.

这一信号衰减模型可应用于宽带信号。为此,首先将宽带信号划分为若干子频段,计算每个子频段的衰减量,然后将所有衰减的子频段信号相加得出总衰减信号。

降水情况下的信号衰减模型

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

电磁信号在传播经过降水区域时会被衰减。计算中使用了 [3] 中给出的国际电信联盟模型。该模型根据降水强度、信号频率、极化和仰角计算信号的比衰减(每公里衰减)。比衰减 γ 根据幂律取决于降水强度:

,

其中

  • - 降水强度。单位为毫米/小时。

  • 参数 和度指数 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 GHz 频率。

窄带信号总衰减的计算方法是将特定衰减乘以有效传播距离( )。总衰减等于

.

有效距离是几何距离 乘以比例系数:

,

其中 为频率。关于衰减计算的更详细说明,请参阅 [4]。

计算中使用的降水强度 是长期统计降水强度 [5]。这是指超过 0.01% 的降水强度。

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,然后将模型应用于每个子频带。然后将所有衰减的子波段信号相加,得到总衰减信号。

处理子频带

子频带处理将宽带信号划分为多个子频带,并对每个子频带的信号进行窄带处理。所有子波段的信号相加形成输出信号。

使用宽带系统对象或块时,需要指定将宽带信号分解成的子带数 。中心频率和子带宽将根据总带宽和子带数自动计算。总带宽以载波或工作频率 为中心。总带宽由采样频率决定 。子带频率带宽定义为 。子带的中心频率定义为

- 如果 为奇数、

- 如果 是奇数。

某些系统对象允许在对象启动时获取子带中心频率作为输出数据。返回的子带频率根据离散傅立叶变换的顺序排列。首先显示载波以上的频率,然后显示载波以下的频率。

参考文献

建议 ITU-R P.676-10:大气气体衰减 2. 建议 ITU-R P.840-6:云雾造成的衰减 3. 建议 ITU-R P.838-3:用于预测方法的特定雨衰减模型 4. 4.建议书 ITU-R P.530-17 (12/2017):地面视距系统设计所需的传播数据和预测方法 5. 5.建议书 ITU-R P.837-7 (06/2017):用于传播建模的降水特性。