EngeePhased.NonlinearFMWaveform
非线性频率调制的信号发生器。
库::`[医]工程师` 座:: 非线性调频波形
资料描述
该*EngeePhased。NonlinearFMWaveform*系统对象创建非线性频率调制(NFM)信号。 由于时间和频率的非线性依赖性，LFM信号允许低频旁瓣。 根据属性支持四种不同的信号*FrequencyModulation*:
-
"多项式"-产生具有对应于多项式函数的瞬时频率的信号。 -
"双曲线"-产生双曲FM信号。 -
"混合线性切线"-产生结合线性调频和切向调频的混合LFM信号。 -
"阶梯价格"-产生具有逐步非线性FM价格的信号。
要生成信号，请按照以下步骤操作:
-
创建*EngeePhased。NonlinearFMWaveform*对象并设置其属性。
-
用参数调用对象，就好像它是一个函数一样。
若要了解有关如何使用系统对象的详细信息，请参阅 AnyMath系统对象.
语法
创造
-
波形=EngeePhased。NonlinearFMWaveform()-创建具有非线性FM的信号发生器的系统对象波形具有默认属性。 默认情况下，信号具有多项式FM。 -
波形=EngeePhased。NonlinearFMWaveform(Name=Value)-创建具有非线性FM的信号发生器的系统对象波形将指定的属性作为一对名称=值，在哪里姓名-物业的名称，以及价值-适当的值。 您可以指定多个对 «名称-值» 对的顺序并不重要。 未指定的属性保留其默认值。
使用
-
Y=波形()-以列向量*Y*的形式返回具有非线性FM的信号。 *Y*参数可以包含一定数量的脉冲或一定数量的样本。 -
Y=波形(prfidx)-使用*prfidx*索引从由*PRF*属性设置的预定义值向量中选择脉冲重复率(PRF)。 如果*PRFOutputPort*属性设置为真的. 在需要动态选择发送脉冲的情况下使用此语法。 在这种情况下，PRF*属性包括预定义的PRF选项列表。 在仿真期间，使用*prfidx，PRF选项中的一个被选择作为下一次传输的PRF。 请注意，传输总是在开始下一个脉冲之前完成当前脉冲。 因此，如果将属性设置为*OutputFormat*value"样本"，然后指定属性*[Property:numSamples]*比脉冲短，有可能在该建模步骤，如果需要整个输出信号来完成先前发送的脉冲，则指定的*prfidx*将被忽略。 -
Y=波形(freqoffset)-使用*freqoffset*生成频率偏移信号。 在需要动态更新发送脉冲的频率的情况下使用该语法。 此语法适用于属性*FrequencyOffsetSource*值集"输入端口". -
Y，PRF=波形（_）-还返回当前脉冲重复率*PRF*。 若要使用此语法，请将*PRFOutputPort*属性设置为真的，并为属性*OutputFormat*值"脉冲". -
Y，coeff=波形（_）-还返回当前脉冲的匹配*coeff*滤波器的系数。 若要使用此语法，请设置*[Property:CoordicientsOutputPort]*值真的.
如果指定了包含可选输入和输出参数的属性，则可以组合它们。 可选输入和输出的列出顺序应与包含它们的属性相同。 例如, Y，PRF，coeff=波形（prfidx，freqoffset）.
争论
输入参数
prfidx — 脉冲重复率指数
+
一个正整数
Details
脉冲重复率指数(PRF)，设定为正整数。 索引标识*PRF*属性中的条目。 在必须动态选择传输脉冲的情况下使用此参数。 在这种情况下，PRF*属性包含预定义的PRF选择选项列表。 在仿真期间，基于输入数据*prfidx，选择其中一个Prf作为下一传输的PRF。
依赖关系
若要使用此参数，请将*PRFOutputPort*属性设置为 真的.
freqoffset — 频率偏移，Hz
+
标量,标量
Details
的频率偏移，设置为标量。 偏移允许您生成具有频率偏移的信号。 在需要动态更新发送脉冲的频率的情况下使用该自变量。
依赖关系
若要使用此参数，请将属性设置为*FrequencyOffsetSource*value "输入端口".
| 数据类型 |
|
输出参数
Y — 脉冲信号
+
列向量
Details
作为列向量返回的输出信号。
| 数据类型 |
|
PRF —
脉冲重复
费率+
标量,标量
Details
以Hz为单位的脉冲重复率，作为标量返回。 *PRF*包含系统使用的当前脉冲重复率。
依赖关系
若要使用此参数，请将*PRFOutputPort*属性设置为 真的，并为属性*OutputFormat*值 "脉冲".
| 数据类型 |
|
科夫 — 匹配滤波器的系数
+
向量资料 | 矩阵
Details
匹配滤波器的系数，作为复向量返回 或复数矩阵 .
依赖关系
若要使用此参数，请将属性设置为*[Property:CoordicientsOutputPort]*value 真的.
| 数据类型 |
|
特征
#
NumSteps —
频率步数
Real number
Details
#
LinearTangentBalance —
线性频率调制与根据切向律的频率调制之间的平衡系数
Real number
Details
#
SweepInterval —
频率偏差间隔
String
Details
的频偏区间，设为 "积极" （默认情况下）或 "对称":
-
"积极"-信号的频率将从0以前B，在哪里B-*SweepBandwidth*中偏差带的宽度。 -
"对称"-信号的频率将从-B/2以前B/2.
#
BandwidthFactors —
带宽系数
Scalar / vector / matrix of real numbers
Details
价的逐步非线性频率调制的带宽系数，指定为形式的双元正向量 [BL BC]. 意义 BL 确定信号的线性分量的带宽，以及 公元前 -非线性分量的带宽。 总频偏频带为 ，在哪里 -属性的值*NumSteps*。 随着你的增加 线性分量的带宽约等于 BL 而非线性分量的带宽随增 .
默认值 — [1e4 2e4].
依赖关系
若要使用此属性，请设置*FrequencyModulation*值 "阶梯价格".
#
OutputFormat —
输出信号格式
String
Details
的输出信号格式，设置为 "脉冲" （默认情况下）或 "样本":
如果设置此属性的值 "脉冲"，则该块的输出由若干个脉冲组成。 脉冲数是属性NumPulses*的值。
如果设置此属性的值 "样本"，则该块的输出由若干个样本组成。 样本数是[Property:numSamples]*属性的值。
#
NumSamples —
输出信号的采样数
Real number
Details
#
PolynomialCoefficients —
多项式函数的系数
Scalar / vector / matrix of real numbers
Details
多项式频率函数的系数，作为长度的实向量给出 . 向量表示多项式的系数 -第三学位。 *多项式*中的第一个元素是最高度项的系数 . 最后一个元素是零度项的系数。
默认值 — [1 0 0].
依赖关系
若要使用此属性，请设置*FrequencyModulation*值 "多项式".
#
FrequencyOffsetSource —
频率偏移设置的来源
String
Details
频率偏移设置的来源，设置为 "财产" （默认情况下）或 "输入端口":
如果值设置为 "财产"，则偏移量由FrequencyOffset*的值决定。
*如果值设置为 "输入端口"，偏移量由*FreqOffset*参数的值确定。
#
DutyCycle —
填充系数
Real number
Details
在范围内指定为标量的无量纲填充因子 [0, 1]. 脉冲宽度是*DutyCycle*属性的值除以*PRF*属性的值。 此值是无量纲的。
默认值 — 0.5.
依赖关系
若要使用此属性，请将*DurationSpecification*属性设置为 "占空比".
#
SweepDirection —
频率调制范围的频偏方向
String
Details
具有非线性频率调制的信号的频率偏差的方向:
-
"向上"（默认）-增加频率。 -
"向下"-频率降低。
#
Envelope —
频率调制信号的包络
String
Details
频率调制信号的包络，由以下值之一指定: "矩形" （默认情况下）, "高斯", "汉明", "切比雪夫", "汉恩", "凯撒" 或 "泰勒".
#
NumPulses —
输出信号脉冲数
Real number
Details
#
PRF —
脉冲重复率
Real number
Details
脉冲重复率（PRF），设置为标量或字符串向量。 测量单位为Hz。 脉冲重复周期(PRI)是脉冲重复率(PRF)的倒数。 PRF值必须满足以下约束: PRF*和PulseWidth*的乘积必须小于或等于一。 该条件要求脉冲宽度小于一个PRI。 对于相位编码信号，脉冲持续时间等于一个码片的持续时间与码片数量的乘积。 RelationSampleRate*k*PRF*必须是整数。 此条件要求一个PRI中的样本数为整数。
可以仅使用*PRF*属性值或结合*prfidx*输入参数的属性值来设置PRF值。
IfPRFOutputPort*具有值 错误，仅使用*PRF*属性设置PRF。 你可以:
**通过将*PRF*属性指定为正实标量值来实现常量PRF。
**通过将*PRF*属性指定为具有正实数元素的向量字符串来实现离散PRF。 每个对象调用都使用此向量的连续元素作为PRF。 一旦对象到达向量的最后一个元素，它就循环地继续向量的第一个元素的过程。
当PRFOutputPort*具有值时 真的 您可以将*PRF*属性与输入参数*prfidx*结合使用来设置PRF的值。 您可以通过将*PRF*属性指定为具有正实数元素的向量字符串来实现可选PRF。 执行对象时，使用输入参数*prfidx*中指定的索引来选择PRF，以索引PRF向量。
在所有情况下，如果将属性设置为*OutputFormat*value，则输出样本的数量是固定的 "样本". 使用可变脉冲重复率(PRF)并设置属性*OutputFormat*值时 "脉冲" 计数的数量可能会有所不同。
默认值 — 10e3.
#
SweepBandwidth —
频率偏差
Real number
Details
非线性频率调制信号的带宽，指定为正标量。 测量单位为Hz。
默认值 — 10e4.
#
TangentCurvePortion —
tan(x)曲线的截面
Real number
Details
曲线的截面 之间 −π/2 和 +π/2，在混合线性-切向频率调制函数中用作切向项，定义为从 0 以前 +π/2.
默认值 — 1.4.
依赖关系
若要使用此属性，请设置*FrequencyModulation*值 "混合线性切线".
#
CoefficientsOutputPort —
使能匹配滤波器系数的输出
Logical
Details
通过指定值启用或禁用匹配滤波器的系数的输出 错误 （默认情况下）或 真的. 将此属性设置为 真的 为仿真期间使用的波形启用匹配滤波器系数的输出。
#
FrequencyModulation —
一种非线性频率调制
String
Details
一种非线性频率调制:
-
"多项式"（默认情况下）-块输出端的信号频率由多项式函数生成。 多项式的系数设置在属性*[Property:Polynomials]*中。 得到的频率函数被归一化，使得每个脉冲占据在*SweepBandwidth*中指定的频带。 如果*FrequencyModulation*设置为"多项式". -
"双曲线"-单元产生双曲频率调制信号。 使用*HyperbolicStartFrequency*属性设置双曲脉冲的初始频率。 在这种情况下不使用Property*SweepInterval*。 -
"混合线性切线"-单元根据切向律[1]生成线性频率调制和频率调制相结合的混合波形。 线性频率调制和根据切向律的频率调制之间的平衡设置在属性*LinearTangentBalance*中，并且部分曲线 ，用于调制的切向定律，在属性*TangentCurvePortion*中设置。 -
"阶梯价格"-该块生成价格[2]的非线性频率调制的逐步版本。 在这种情况下，不使用属性*SweepBandwidth*，并且频率偏差由*BandwidthFactors*中指定的带宽系数和属性*NumSteps*中的频率步数确定。
#
PulseWidth —
脉冲持续时间
Real number
Details
的脉冲持续时间，设置为正标量。 值必须满足条件*PulseWidth*<1/PRF。 测量单位为秒。
默认值 — 50e-6.
依赖关系
若要使用此属性，请将*DurationSpecification*属性设置为 "脉冲宽度".
#
SampleRate —
采样率
Real number
Details
信号的采样频率，设置为正标量。 采样率与脉冲重复率之比必须是正整数，因此每个脉冲中的采样数必须是整数。 测量单位为Hz。
默认值 — 100e3.
#
HyperbolicStartFrequency —
双曲脉冲的初始频率
Real number
Details
频率调制信号的双曲线脉冲的初始频率，设置为正标量。 测量单位为Hz。
默认值 — 200e3.
#
FrequencyOffset —
频率偏移
Real number
Details
例子：
具有双曲线定律的NLCHM信号的形成
Details
让我们形成一个具有双曲定律的NLCHM信号，脉冲持续时间 50 ms，初始频率 10 kHz和最终频率 500 赫兹。
初始化参数。
fs = 20e3 # Частота дискретизации (Гц)
dur_spec = "Pulse width" # Метод формирования длительности импульсов
τи = 50e-3 # длительность импульса (с)
Q = 1 # скважность
prf = round(1/(Q*τи)) # Частота повторения импульсов (Гц)
freq_off_type = "Property" # способ задания параметров "Property" — в параметрах СО
freq_off = 0 # значение начальной частоты спектра (Гц)
out_type = "Pulses" # тип выходного сигнала "Pulses" — по импульсам
num_pulses = 1 # количество импульсов
f1 = 10e3 # начальная частота девиации
f2 = 0.5e3 # конечная частота спектра
Δf = f1 - f2 # ширина спектра НЛЧМ-сигнала
sw_dir = "Down" # направление изменения частоты
type_modulate = "Hyperbolic";让我们使用*EngeePhased。Nlfmwaveform*创建探测信号系统对象*nlfm_poly_waveform*。
nlfm_poly_waveform = EngeePhased.NonlinearFMWaveform(
SampleRate = fs, # частота дискретизации
PulseWidth = τи, # длительность импульса
SweepBandwidth = Δf, # девиация частоты
FrequencyModulation = type_modulate, # тип модуляции
HyperbolicStartFrequency = f1, # начальное значение частоты
SweepDirection = sw_dir, # направление изменения частоты
PRF = prf, # частота следования импульсов
OutputFormat = out_type,
NumPulses = num_pulses
);调用*EngeePhased。Nlfmwaveform*系统对象使用*nlfm_poly_waveform变量*:
nlfm_signal = nlfm_poly_waveform();使用函数 情节 让我们以IQ组件、模块和信号相位的形式构建示波器。
# построение IQ-компонент
t_grid = range(start = 0,step = 1/fs,length = length(nlfm_signal)) * 1e6 # сетка времени, мкс
fig1 = plot(t_grid,real.(nlfm_signal),title = "синфазная составляющая",lab="",ylab="Амплитуда")
fig2 = plot(t_grid,imag.(nlfm_signal),title = "квадратурная составляющая",lab="",xlab = "Время, мкс",ylab="Амплитуда");
plot(fig1,fig2,layout = (2,1))
# построение модуля и фазы сигнала
fig3 = plot(t_grid,abs.(nlfm_signal),title = "Модуль комплексного сигнала",lab="",ylab="Амплитуда",ylim = (0,1.2));
fig4 = plot(t_grid,angle.(nlfm_signal)*180/pi,title = "Аргумент комплексного сигнала",lab="",xlab = "Время, мкс",ylab="Фаза, град.");
plot(fig3,fig4,layout = (2,1))
信号的主要特征是频谱和频谱图。 让我们使用内置函数 周期图.
# расчет спектра сигнала
spec_NLFM,f = EngeePhased.Functions.periodogram(
nlfm_signal, # исходный сигнал
ones(size(nlfm_signal)...),
8192; # длина частоты дискретизации
out = :data, # тип выхода
fs = fs, # частота дискретизации
spectrumtype = "power" # тип спектра
);使用函数可视化结果 情节.
plot(
f * 1e-3,
EngeePhased.Functions.mag2db.(spec_NLFM),
lab="", xlab = "Частота, кГц",
ylab = "Мощность, дБВт",
title = "Спектр сигнала"
)
频谱以一个中心频率为中心 ，带条纹 . 为了计算频谱图，我们使用内置函数 频谱图.
# расчет спектрограммы
spectgm_nlfm,f1,t1 = EngeeDSP.Functions.spectrogram(
nlfm_signal;
nfft = 1024, # длина БПФ
window = 100,
noverlap = 90, # перекрытие окна
spectrumtype = "power", # тип спектра — по мощности
freqrange = "twosided", # диапазон спектра — двусторонний
out = :data, # тип выхода — массив данных
fs = fs # частота дискретизации
);我们使用函数可视化频谱图计算的结果 热图.
# построение спектрограммы
heatmap(
t1[:]*1e3,
f1[:]*1e-3,
abs.(spectgm_nlfm),color = :jet,
xlab = "Время, мс",
ylab = "Частота Доплера, кГц",
)
算法
NLFM无线电脉冲可以写成
哪里
-
--脉冲持续时间;
-
--非线性相变律（例如，双曲线或对称切向律）。
要生成具有非线性频率调制的信号，必须设置以下参数:
*滤波器采样率 ; *脉冲持续时间 ; *脉冲重复率 ; *脉冲数 ; *信号的初始频率 ; *信号的最终频率 ; *频率偏差 .
该图显示了具有双曲线定律的NLFM信号。 .
文学作品
-
柯林斯，T.和P.阿特金斯。 _有源声纳的线性调频啁啾。_IEE Proceedings-Radar,Sonar and Navigation146.6(1999):312-316.
-
Levanon，Nadav和Eli Mozeson。 _Radar信号。_John Wiley&Sons,2004,pp.92-93.
-
多瑞，阿明*沃尔特。 _生成用于雷达的非线性FM线性调频波形。_没有。 SAND2006-5856. 桑迪亚国家实验室（SNL），Albuquerque，NM和Livermore，CA（美国），2006。
-
Cook,c.E. _A类非线性FM脉冲压缩信号。_IEEE52.11会议记录(1964):1369-1371.
-
Yang，J.和T.K.Sarkar。 _doppler-双曲频率调制波形的不变性质。_微波和光学技术快报48.6(2006):1174-1179.
-
梅尔文，威廉L.和詹姆斯谢尔。 现代雷达原理：先进技术。_科技酒吧., 2013.
-
Alphonse，Sebastian和Geoffrey A.Williamson。 _一类NLFM雷达信号的评估。_EURASIP信号处理进展杂志2019.1(2019):1-12.