Phased Array System Toolbox

Entwerfen und Simulieren von Sensor-Array- und Beamforming-Systemen

Die Phased Array System Toolbox™ bietet Algorithmen und Apps für den Entwurf und die Simulation von Sensor-Array- und Beamforming-Systemen in drahtlosen Anwendungen in den Bereichen Radar, Funkkommunikation, Sonar und medizinische Bildgebung. Damit ist es möglich, das Verhalten von aktiven und passiven Arrays zu modellieren und zu analysieren, einschließlich Subarrays und beliebiger Geometrien. Simulierte Signale können von diesen Arrays gesendet und empfangen werden, um Beamforming- und Signalverarbeitungsalgorithmen zu entwerfen.

Bei 5G- und LTE-Mobilfunk-, SATCOM- und WLAN-Kommunikationssystemen haben Sie die Möglichkeit, mehrstrahlige und elektronisch steuerbare Antennen zu entwickeln. Die Toolbox enthält Algorithmen zur Simulation von hybriden und volldigitalen Beamforming-Architekturen für Massive-MIMO- und Millimeterwellen-Systeme. Dadurch lassen sich Multipath-Fading-Umgebungen simulieren, um die Leistung von Beamforming-Antennen-Arrays zu testen.

Für den Entwurf von Radar-, Sonar- und akustischen Systemen enthält die Toolbox verschiedene Signalverarbeitungsalgorithmen zum Beamforming, zur adaptiven Raum-Zeit-Verarbeitung (STAP), zur DOA-Schätzung (Direction of Arrival), zum Matched Filtering und zur Signaldetektion. Die Toolbox bietet darüber hinaus kontinuierliche und gepulste Wellenformen, mit denen Sie Testsignale erzeugen und Zielechos, Interferenzen und Ausbreitungseffekte simulieren können.

Für die Beschleunigung der Simulation oder Desktop Prototyping unterstützt die Toolbox die Generierung von C Code. Referenzbeispiele unterstützen dabei Workflows zur Generierung von HDL-Code aus Simulink^®-Modellen.

Jetzt beginnen:

Entwurf von Phased Arrays
Beamforming und DOA-Schätzung
Erkennungs-, Entfernungs- und Doppler-Schätzung
Wellenformdesign und Signalsynthese
Anwendungsbeispiele
Algorithmusbeschleunigung und Codegenerierung

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Erkundung von hybriden Beamforming-Architekturen für 5G-Systeme

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Entwurf von Phased Arrays

Modellieren und analysieren Sie das Verhalten aktiver oder passiver Electronically Scanned Arrays (AESA oder PESA) mit beliebigen Geometrien.

Entwerfen und Analysieren von Phased Arrays

Modellieren und analysieren Sie Phased Arrays, einschließlich der Array-Geometrie, der Elementabstände, individueller Antennenelemente, der Phased-Shift-Quantisierung, der gegenseitigen Kopplung sowie gestörter Elemente.

Phased-Array-Galerie

Modellierung der gegenseitigen Kopplung in großen Arrays mithilfe der Analyse unendlicher Arrays

Verwenden der Selbstkalibrierung zur Berücksichtigung von Array-Ungenauigkeiten

Sensor Array Analyzer

Sensor Array Analyzer-App für ein interaktives Array-Design.

Sub-Array-Modellierung

Modellieren Sie Sub-Arrays, die in modernen Phased-Array-Systemen häufig genutzt werden.

Sub-Arrays in Phased-Array-Antennen

Seitenansicht von sechseckigen Sub-Arrays, die auf einer Kugel montiert sind.

Phased-Array-Antenne in Verbindung mit Sub-Arrays.

Modellierung der Polarisation

Senden, übertragen, reflektieren und empfangen Sie polarisierte elektromagnetische Felder.

Modellierung und Analyse der Polarisation

Modellierung und Analyse der Polarisation.

Beamforming und DOA-Schätzung

Modellieren Sie digitale Beamforming-Algorithmen für Schmalband und Breitband. Unterdrücken Sie mit adaptiven Beamformern Interferenzen und vermeiden Sie Selbstauslöschung. Verwenden Sie Techniken der adaptiven Raum-Zeit-Verarbeitung (STAP), um Stördaten und Störsender zu entfernen. Schätzen Sie die Direction of Arrival (DOA) eintreffender Signale.

Schmalband- und Breitband-Beamforming

Modellieren Sie digitale Beamforming-Algorithmen für Schmalband und Breitband. Die Algorithmen umfassen spektralbasierte und kovarianzbasierte Techniken.

Konventionelle und adaptive Beamformer

Akustisches Beamforming mit einem Mikrofon-Array

Beamforming und Schätzung der Direction of Arrival

Synthese von Array-Mustern, Teil II: Optimierung

Synthese von Array-Mustern, Teil III: Deep Learning

3D-Richtungsdiagramm für ein gleichmäßiges rechteckiges Array mit der Hauptkeule in x-Richtung und Nebenkeulen um die Hauptkeule.

Beamforming für ein Phased-Array-System.

Adaptive Raum-Zeit-Verarbeitung

Kombinieren Sie die adaptive Raum-Zeit-Verarbeitung (STAP) mit einer zeitlichen und räumlichen Filterung, um interferierende Störsignale zu eliminieren. Verwenden Sie eine STAP-Verarbeitung, um sich langsam oder gar nicht bewegende Ziele in Hintergrund-Stördaten zu erkennen.

Einführung in die adaptive Raum-Zeit-Verarbeitung

Die ADPCA-Winkel-Doppler-Antwort nach STAP zeigt die Zielerfassung und Linien, in denen Störsignale und Interferenzen entfernt wurden.

Adaptive Raum-Zeit-Verarbeitung.

Schätzung der Direction of Arrival

Verwenden Sie die DOA-Schätzung, um die Richtung einer strahlenden oder reflektierenden Quelle zu lokalisieren. Zu den DOA-Algorithmen gehören Beamscan, MVDR, MUSIC, 2D-MUSIC, Root-MUSIC und Monopuls-Tracker für sich bewegende Objekte.

Schätzung der Direction of Arrival mit Beamscan, MVDR und MUSIC

Schätzung der Direction of Arrival mit hoher Auflösung

Quellenlokalisierung mithilfe einer generalisierten Kreuzkorrelation

3D-Diagramm der Leistung in Abhängigkeit vom Elevationswinkel und Azimutwinkel, das zwei Peaks des MVDR-Algorithmus zeigt.

DOA-Schätzung mit MVDR.

Erkennungs-, Entfernungs- und Doppler-Schätzung

Führen Sie eine Erkennung mit Optimalfiltern, Stretch-Verarbeitung, Pulskompression, Pulsintegration, Entfernungs- und Doppler-Schätzung und CFAR durch.

Pulskompression und Zielerfassung

Generieren Sie Zielerfassungen mithilfe von Constant False Alarm Rate (CFAR), 2D-CFAR und Optimalfiltern. Erzeugen Sie ROC-Kurven und untersuchen Sie die Anforderungen mit Radar- und Sonargleichungen.

Erkennung einer konstanten Falschalarmrate (CFAR)

Analyse der Detektorleistung mithilfe von ROC-Kurven

Signalerkennung im weißen Gaußschen Rauschen

Diagramm des Signals bei vorhandenem Rauschen mit mehreren Erkennungen oberhalb des CFAR-basierten Schwellenwerts.

Erkennung einer konstanten Falschalarmrate.

Entfernungs- und Doppler-Schätzung

Schätzen Sie den Bereich und erzeugen Sie Entfernungs-Doppler- und Entfernungs-Winkel-Antworten.

Entfernungs-Doppler-Antwort

Entfernungs-Schätzung mithilfe des Stretch Processing

Entfernungs-Doppler-Diagramm mit drei Erkennungen.

Entfernungs-Doppler-Antwort aus einem Radardatenwürfel.

Wellenformdesign und Signalsynthese

Entwerfen Sie gepulste und kontinuierliche Wellenformen sowie Optimalfilter. Analysieren Sie die Ambiguitätsfunktionen der Wellenform. Synthetisieren Sie gesendete Signale und Zielrückmeldungen für monostatische und bistatische Arrays.

Gepulste und kontinuierliche Wellenformen, Optimalfilter und Ambiguitätsfunktionen

Entwerfen Sie gepulste und kontinuierliche Wellenformen und entsprechende Optimalfilter. Generieren Sie Basisband-IQ-Daten zur Simulation und Modellierung.

Wellenformanalyse mithilfe der Ambiguitätsfunktion

Gleichzeitige Entfernungs- und Geschwindigkeitsschätzung mithilfe der MFSK-Wellenform

Wellenformdesign zur Verbesserung der Leistung eines bestehenden Radarsystems

Diagramm der Ambiguitätsfunktion für eine LFM-Wellenform mit einer y-Achse der Dopplerfrequenz und einer x-Achse der zeitlichen Verzögerung.

Wellenformanalyse mithilfe der Ambiguitätsfunktion.

Signalausbreitung und Ziele

Modellieren Sie Ziele mit RCS-Mustern basierend auf Azimut, Höhe und Frequenz. Definieren Sie Sensor- und Zielbahnen. Modellieren Sie mehrwegige MIMO-Kanäle mit Streustrahlern und Umgebungsbedingungen wie Regen, Gas und Nebel.

Visualisierung des Beam Scannings eines Antennen-Arrays auf einer Karte

Modellierung der Ausbreitung von HF-Signalen

SINR-Karte für eine urbane Testumgebung mit 5G-Makrozellen

Visualisierung des Beam ScanningS auf einer Karte.

Anwendungsbeispiele

Simulieren Sie MIMO-Kommunikation, Radar, EW, Sonar und räumliche Audiosysteme.

MIMO-Kommunikationssysteme

Modellieren Sie MIMO-Kommunikationssysteme mit großen Phased-Array-Frontends. Partitionieren Sie Beamforming-Architekturen über Basisband- und RF-Subsysteme.

Einführung in hybrides Beamforming

Verbessern von SNR und der Kapazität von Funkkommunikation mit Antennenarrays

Hybrides Beamforming mit Massive-MIMO

Hybrides MIMO Beamforming mit QSHB- und HBPS-Algorithmen

Massive-MIMO

NR SSB Beam Sweeping

Verbesserung des NR-Downlink-Sendestrahls mithilfe von CSI-RS

Interferenz von Satellitenkonstellation auf Kommunikationslink

Verbesserung der Kommunikationsverbindung zu einer Satellitenkonstellation.

Radar- und EW-Systeme

Simulieren Sie Radar- und EW-Systeme.

Gleichzeitige Entfernungs- und Geschwindigkeitsschätzung mithilfe der MFSK-Wellenform

Erhöhen der Winkelauflösung mit virtuellen Arrays

Extraktion von Wellenformparametern aus empfangenen Impulsen

Zwei oberhalb der Erkennungsschwelle sichtbare Peaks, die zwei Radarzielen bei gleichzeitigem Rauschen entsprechen.

Zielpeaks oberhalb einer Erkennungsschwelle.

Sonare und räumliche Audiosysteme

Simulieren Sie sonare und räumliche Audiosysteme.

Unterwasser-Zielerfassung mit einem aktiven Sonarsystem

Ortung einer akustischen Bake mit einem passiven Sonarsystem

Akustisches Beamforming mithilfe von Mikrofon-Arrays

Einführung in Differenzial-Beamforming

Diagramm eines Munk-Schallgeschwindigkeitsprofils und Unterwasser-Ausbreitungswegen, die anhand eines Bellhop-Modells erzeugt wurden.

Unterwasser-Ausbreitungswege zwischen Sender und Empfänger mithilfe eines Bellhop-Modells.

Algorithmusbeschleunigung und Codegenerierung

Beschleunigen Sie Simulationen und Anwendungen mit generiertem C/C+, oder mit der Datenflussdomäne in Simulink^®. Folgen Sie den Referenz-Workflows, um HDL-Code aus Simulink-Modellen zu generieren.