Phase Shift Beamformer

Страница в процессе разработки.

Формирователь узкополосного луча на основе фазового сдвига.

phase shift beamformer

Описание

Блок Phase Shift Beamformer выполняет формирование луча суммированием фазовой задержки. Задержка аппроксимируется с помощью фазового сдвига во временной области.

Порты

Вход

X — входной сигнал
комплексная матрица M на N

Входной сигнал, заданный в виде матрицы M на N, где M — количество отсчетов сигнала, а N — количество сигналов.

Типы данных: Float16, Float32, Float64, Int8, Int16, Int32, Int64, UInt8, UInt16, UInt32, UInt64, Bool

Поддержка комплексных чисел: Да

Ang — направления формирования выходного сигнала
вещественная матрица 2 на L | вещественный вектор-столбец 2 на 1

Направления излучения сигналов, заданные в виде вещественной матрицы 2 на L, где L — количество направлений формирования луча. Каждый столбец задает направление излучения в виде [AzimuthAngle;ElevationAngle]. Угол азимута должен лежать в диапазоне от −180° до 180° включительно. Угол возвышения должен лежать в диапазоне от −90° до 90° включительно. Углы задаются относительно локальной системы координат массива. Единицы измерения — градусы.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите для параметра Source of beamforming direction значение Input port.

Типы данных: Float16, Float32, Float64, Int8, Int16, Int32, Int64, UInt8, UInt16, UInt32, UInt64, Bool

Выход

Y — выходной сигнал, сформированный по лучу
комплексная матрица M на L

Суперпозиция входных сигналов, возвращаемых в виде комплексной матрицы M на L. M — количество отсчетов сигнала, а L — количество желаемых направлений формирования луча, задаваемых параметром Beamforming direction или с порта Ang.

Типы данных: Float16, Float32, Float64, Int8, Int16, Int32, Int64, UInt8, UInt16, UInt32, UInt64, Bool

Поддержка комплексных чисел: Да

W — весовые коэффициенты формирования луча
комплексная матрица N на L

Комплексно сопряженные весовые коэффициенты формирования луча, возвращаемые в виде комплексной матрицы N на L, где N — количество элементов массива. Если для параметра Specify sensor array as установлено значение Partitioned array или Replicated subarray, то N представляет собой количество подмассивов. L — количество желаемых направлений формирования луча, заданных в порту Ang или параметром Beamforming direction (deg). Для каждого направления формирования луча существует один набор весов.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите флажок Enable weights output.

Типы данных: Float16, Float32, Float64, Int8, Int16, Int32, Int64, UInt8, UInt16, UInt32, UInt64, Bool

Поддержка комплексных чисел: Да

Параметры

Main

Signal propagation speed — скорость распространения сигнала, м/c
3e8 (по умолчанию) | положительный скаляр

Скорость распространения сигнала в виде вещественного положительного скаляра. По умолчанию используется значение скорости света: 3e8 м/c.

Единицы измерения — метры в секунду.

Типы данных: Float16, Float32, Float64, Int8, Int16, Int32, Int64, UInt8, UInt16, UInt32, UInt64

Operating frequency (Hz) — рабочая частота системы
3e8 (по умолчанию) | положительный скаляр

Рабочая частота системы, заданная в виде положительного скаляра. Единицы измерения — Гц.

Типы данных: Float16, Float32, Float64, Int8, Int16, Int32, Int64, UInt8, UInt16, UInt32, UInt64, Bool

Source of beamforming direction — источник направления формирования луча
Property (по умолчанию) | Input port

Источник направления формирования луча, задается как Property или Input port.

Property — направление задается с помощью параметра Beamforming direction (deg).
Input port — направление определяется входом в порт Ang.

Beamforming direction (deg) — направления формирования луча
вещественная матрица 2 на L

Направления формирования луча, заданные в виде вещественной матрицы 2 на L, где L — количество направлений формирования луча. Каждый столбец имеет вид [AzimuthAngle;ElevationAngle]. Единицы измерения угла — градусы. Азимутальный угол должен лежать в диапазоне от −180° до 180°. Угол возвышения должен лежать в диапазоне от −90° до 90°. Углы задаются относительно локальной системы координат массива.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Source of beamforming direction значение Property.

Number of bits in phase shifters — количество бит квантования фазового сдвига
0 (по умолчанию) | неотрицательное целое число

Количество битов, используемых для квантования компонента фазового сдвига формирователя луча или весов управляющего вектора. Укажите количество битов в виде целого неотрицательного числа. Значение, равное нулю, означает, что квантование не выполняется.

Weights normalizing method — метод нормализации весов
Distortionless (по умолчанию) | Preserve power

Задайте этот параметр для установки метода нормализации весов.

Distortionless — коэффициент усиления в направлении формирования луча равен нулю дБ.
Preserve power — весовые коэффициенты будут нормализованы к единице.

Enable weights output — вывод весов формирователя луча
выключено (по умолчанию) | включено

Установите этот флажок, чтобы получить весовые коэффициенты формирователя луча из выходного порта W.

Sensor Array

Specify sensor array as — метод задания массива
Array (no subarrays) (по умолчанию) | Single element | Replicated subarray

Указать элемент датчика или массив датчиков. Массив датчиков может также содержать подмассивы или быть разбитым на части.

Доступные значения:

Single element
Array (no subarrays)
Replicated subarray

Element type — типы элементов массива
Isotropic Antenna (по умолчанию) | Cosine Antenna |Omni Microphone

Тип антенны или микрофона.

Доступные значения:

Isotropic Antenna
Cosine Antenna
Custom Antenna
Omni Microphone

Element Parameters

Operating frequency range (Hz) — диапазон рабочих частот антенны или микрофона
[0,1e20] (по умолчанию) | вещественный вектор-строка 1 на 2

Диапазон рабочих частот антенны или микрофонного элемента в виде вектора-строки 1 на 2 в форме [LowerBound,UpperBound]. За пределами этого диапазона частот элемент не имеет отклика. Единицы измерения частоты — Гц.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Element type значение Isotropic Antenna, Cosine Antenna или Omni Microphone.

Baffle the back of the element — установить эхо равным нулю
выключено (по умолчанию) | включено

Установите этот флажок, чтобы заглушить эхо элемента.

При обратном отводе эхо на всех углах азимута, превышающих ±90° от широкой стороны, устанавливаются в ноль. Широкая сторона определяется как угол азимута 0° и угол возвышения 0°.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Element type значение Isotropic Antenna или Omni Microphone.

Exponent of cosine pattern — экспоненты азимутальной и высотной косинусных диаграмм направленности
[1.5 1.5] (по умолчанию) | неотрицательный скаляр | вещественная матрица неотрицательных значений 1 на 2

Экспоненты косинусной модели в виде неотрицательного скаляра или вещественной матрицы 1 на 2 из неотрицательных значений. Если Exponent of cosine pattern — вектор 1 на 2, то первый элемент — это экспонента в направлении азимута, а второй — в направлении возвышения. При скалярном значении этого параметра косинусы в азимутальном и высотном направлениях возводятся в одну степень.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Element type значение Cosine Antenna.

Operating frequency vector (Hz) — вектор рабочих частот антенны или микрофона
[0,1e20] (по умолчанию) | вещественный вектор-строка

Укажите частоты, на которых необходимо установить частотные характеристики антенны и микрофона, в виде вектора-строки 1 на L с возрастающими вещественными значениями. Антенный или микрофонный элемент не имеет отклика вне диапазона частот, заданного минимальным и максимальным элементами этого вектора. Единицы измерения частоты — Гц.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Element type значение Custom Antenna или Custom Microphone. Для настройки откликов на этих частотах используйте Frequency responses (dB).

Array Parameters

Geometry — геометрия массива
ULA (по умолчанию) | URA | UCA | Conformal Array

Геометрия массива, заданная как:

ULA — равномерный линейный массив.
URA — равномерный прямоугольный массив.
UCA — равномерный круговой массив.
Conformal Array — произвольное расположение элементов.

Number of elements — количество элементов массива
2 для массивов ULA и 5 для массивов UCA (по умолчанию) | целое число, большее или равное 2

Количество элементов массива для массивов ULA или UCA, заданное в виде целого числа, большего или равного 2.

При установке для параметра Specify sensor array as значения Replicated subarray этот параметр применяется к каждому подмассиву.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Geometry значение ULA или UCA.

Array size — размеры массива URA
[2,2] (по умолчанию) | целое положительное число | вектор целых положительных чисел 1 на 2

Размеры массива URA, заданные в виде целого положительного числа или вектора целых положительных чисел 1 на 2.

Если размер массива — вектор 1 на 2, то вектор имеет вид [NumberOfArrayRows,NumberOfArrayColumns].
Если размер массива — целое число, то массив имеет одинаковое количество строк и столбцов.

Для URA элементы массива индексируются сверху вниз по крайнему левому столбцу, а затем переходят к следующим столбцам слева направо.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Geometry значение URA.

Element spacing (m) — расстояние между элементами массива
0.5 для массивов ULA и [0.5,0.5] для массивов URA (по умолчанию) | положительный скаляр для массивов ULA или URA | двухэлементный вектор положительных значений для массивов URA

Расстояние между соседними элементами массива:

ULA — указать расстояние между двумя соседними элементами массива в виде положительного скаляра.
URA — задается расстояние в виде положительного скаляра или вектора положительных значений 1 на 2. Если Element spacing (m) — скаляр, то расстояния между строками и столбцами равны. Если Element spacing (m) — вектор, то вектор имеет вид [SpacingBetweenArrayRows,SpacingBetweenArrayColumns].

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Geometry значение ULA или URA.

Array axis — направление линейной оси ULA
y (по умолчанию) | x | z

Направление линейной оси ULA, заданное как y, x или z. Все элементы массива ULA равномерно распределены вдоль этой оси в локальной системе координат массива.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Geometry значение ULA.
Этот параметр также используется, если блок поддерживает только ULA-массивы.

Element lattice — решетка положений элементов URA
Rectangular (по умолчанию) | Triangular

Решетка позиций элементов URA, заданная как прямоугольная или треугольная.

Rectangular — выравнивает все элементы по строкам и столбцам.
Triangular — смещает элементы четного ряда прямоугольной решетки в сторону положительного направления оси ряда. Смещение составляет половину расстояния между элементами по размеру ряда.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Geometry значение URA.

Array normal — направление нормали массива
x для массивов URA или z для массивов UСA (по умолчанию) | y

Направление нормали массива, заданное в виде x, y или z.

Элементы плоских массивов лежат в плоскости, ортогональной выбранному направлению нормали массива. Направления угловых координат элементов направлены вдоль направления нормали массива.

x — элементы массива лежат в yz-плоскости. Векторы угловых координат всех элементов направлены вдоль оси x.
y — элементы массива лежат в zx-плоскости. Векторы угловых координат всех элементов направлены вдоль оси y.
z — элементы массива лежат в xy-плоскости. Векторы угловых координат всех элементов направлены вдоль оси z.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Geometry значение URA или UCA.

Radius of UCA (m) — радиус массива UCA
0.5 (по умолчанию) | положительный скаляр

Радиус массива UCA, положительный скаляр.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Geometry значение UCA.

Element positions (m) — позиции элементов конформного массива
[0;0;0] (по умолчанию) | вещественная матрица 3 на N

Позиции элементов конформного массива, заданные в виде матрицы вещественных значений 3 на N, где N — количество элементов в конформном массиве. Каждый столбец этой матрицы представляет собой позицию [x;y;z] элемента массива в локальной системе координат массива. Начало локальной системы координат — (0,0,0). Единицы измерения — метры.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Geometry значение Conformal Array.

Element normals (deg) — направление векторов нормалей элементов конформного массива
[0;0] | `вектор-столбец 2 на 1 | матрица 2 на N

Направление векторов нормалей элементов конформного массива, заданное в виде вектора-столбца 2 на 1 или матрицы 2 на N. N означает количество элементов в массиве. Для матрицы каждый столбец задает направление нормали соответствующего элемента в виде [azimuth;elevation] относительно локальной системы координат. В локальной системе координат положительная ось x совпадает с направлением нормали к конформному массиву. Если значение параметра представляет собой вектор-столбец 2 на 1, то для всех элементов массива используется одно и то же направление наведения.

Параметры Element positions (m) и Element normals (deg) можно использовать для представления любого расположения, при котором пары элементов отличаются друг от друга определенными преобразованиями. Эти преобразования могут включать в себя перевод, поворот по азимуту и поворот по высоте. Однако нельзя использовать преобразования, требующие поворота относительно направления нормали.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Geometry значение Conformal Array.

Taper — конусность элементов массива
1 (по умолчанию) | комплексный скаляр | комплексный вектор

Конусность элемента, заданная в виде комплексного скаляра или комплексного вектора 1 на N. В этом векторе N — количество элементов в массиве.

Сужающие коэффициенты, называемые также весами элементов, умножают отклики элементов массива. Конусы изменяют как амплитуду, так и фазу отклика для уменьшения боковых лепестков или направления главной оси отклика.

Если значение параметра Taper является скаляром, то к каждому элементу применяется один и тот же вес. Если Taper — вектор, то к соответствующему элементу датчика применяется вес из вектора. Количество весов должно соответствовать количеству элементов массива.

Subarray parameters

Subarray definition matrix — определение принадлежности элементов к подмассивам
логическая матрица

Задайте выбор подмассива в виде матрицы M на N. M — количество подмассивов, N — общее количество элементов в массиве. Каждая строка матрицы представляет собой подмассив, а каждая запись в строке указывает на принадлежность элемента к этому подмассиву. Если запись равна нулю, то элемент не принадлежит подмассиву. Ненулевая запись представляет собой комплексный вес, приложенный к соответствующему элементу. Каждая строка должна содержать хотя бы одну ненулевую запись.

Фазовый центр каждого подмассива находится в геометрическом центре подмассива. Геометрический центр подмассива зависит от матрицы определения подмассива и параметров Geometry.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Specify sensor array as значение Partitioned Array.

Subarray steering method — метод управления подмассивом
None (по умолчанию) | Phase | Time | Custom

Метод управления подмассивом, задаваемый как:

None
Phase
Time
Custom

Выбор Phase или Time позволяет использовать для блока входной порт Steer.

Выбор Custom позволяет использовать для блока входной порт WS.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Specify sensor array as значение Partitioned Array или Replicated subarray.

Phase shifter frequency (Hz) — частота фазового сдвига подмассива
3.0e8 (по умолчанию) | положительный скаляр

Рабочая частота фазового сдвига подмассива, заданная в виде положительного вещественного скаляра. Единицы измерения — Гц.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Sensor array значение Partitioned array или Replicated subarray и установите для параметра Subarray steering method значение Phase.

Number of bits in phase shifters — биты квантования фазового сдвига
0 (по умолчанию) | целое неотрицательное число

Биты квантования фазового сдвига подмассива, заданные в виде целого неотрицательного числа. Значение, равное нулю, означает, что квантование не выполняется.

Зависимости

Subarrays layout — расположение подмассивов
Rectangular (по умолчанию)

Укажите расположение реплицированных подмассивов.

При установке значения Rectangular для размещения подмассивов используются параметры Grid size и Grid spacing.

При установке значения Custom для размещения подмассивов используются параметры Subarray positions (m) и Subarray normals.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Sensor array значение Replicated subarray.

Grid size — размеры прямоугольной сетки подмассива
[1,2] (по умолчанию)

Размер сетки прямоугольного подмассива, задаваемый в виде одного целого положительного числа или вектора-строки целых положительных чисел 1 на 2.

Если Grid size является целым скаляром, то массив имеет равное количество подмассивов в каждой строке и каждом столбце.
Если Grid size — вектор-строка 1 на 2 вида [NumberOfRows, NumberOfColumns], то первая переменная — количество подмассивов в каждом столбце. Вторая переменная — количество подмассивов в каждой строке. Строка располагается вдоль локальной оси y, а столбец — вдоль локальной оси z.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Sensor array значение Replicated subarray и для параметра Subarrays layout значение Rectangular.

Grid spacing (m) — расстояние между подмассивами на прямоугольной сетке
Auto (по умолчанию) | положительный скаляр | положительный вещественный вектор 1 на 2

Расстояние между подмассивами в прямоугольной сетке, заданное в виде положительного вещественного скаляра или вектора 1 на 2 либо Auto. Единицы измерения — метры.

Если Grid spacing — скаляр, то расстояние между строками и столбцами одинаково.

Если Grid spacing — вектор-строка 1 на 2, то вектор имеет вид [SpacingBetweenRows,SpacingBetweenColumn], то первая переменная задает расстояние между строками вдоль столбца. Вторая переменная — расстояние между столбцами в строке.

Если для параметра Grid spacing установлено значение Auto, то при построении полного массива репликация сохраняет расстояние между элементами подмассива как для строк, так и для столбцов. Эта опция доступна только в том случае, если для параметра Geometry выбрано значение ULA или URA.

Зависимости

Subarray positions (m) — позиции подмассивов
[0,0;0.5,0.5;0,0] (по умолчанию) | вещественная матрица 3 на N

Позиции подмассивов в пользовательской сетке, заданные в виде вещественной матрицы 3 на N, где N — количество подмассивов в массиве. Каждый столбец матрицы представляет собой положение одного подмассива в локальной системе координат массива. Координаты выражаются в виде [x; y; z]. Единицы измерения — метры.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Sensor array значение Replicated subarray и для параметра Subarrays layout значение Custom.

Subarray normals — направление нормалей подмассивов
[0,0;0,0] (по умолчанию) | вещественная матрица 2 на N

Направление нормалей подмассивов массива. Значение этого параметра представляет собой матрицу размером 2 на N, где N — количество подмассивов в массиве. Каждый столбец матрицы задает направление нормали соответствующего подмассива в виде [azimuth;elevation]. Единицы измерения углов — градусы. Углы задаются относительно локальной системы координат.

Параметры Subarray positions и Subarray normals можно использовать для представления любого расположения, в котором пары подмассивов различаются определенными преобразованиями. Эти преобразования могут включать в себя перевод, поворот по азимуту и поворот по высоте. Однако нельзя использовать преобразования, требующие поворота относительно нормали.

Зависимости

Expression — выражение Engee, используемое для создания массива

Выражение Engee, используемое для создания массива.

Пример: phased.URA('Size',[5,3])

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Specify sensor array as значение Engee expression.