Matlab 圆阵动态指向方向图仿真 - 代码分析与优化

Matlab 圆阵动态指向方向图仿真 - 代码分析与优化/n/n本文旨在分析并优化一段利用 Matlab 进行圆阵动态指向方向图仿真的代码，主要针对方向图计算部分进行修正。/n/n### 代码分析/n/n以下代码片段展示了圆阵动态指向方向图仿真的主要步骤，包括阵元位置、目标波信息、全息幅值计算以及方向图绘制。/n/nmatlab/nclear all;/nclose all;/nclc/n/nN = 60; % x方向阵元个数/nM = 60; % y方向阵元个数/nf = 12; % 信号频率 单位GHz/nc = 2.99792 * 10^8; % 光速 单位m/s/nlambda = c / (f * 10^9); % 波长，需要将GHz转换为Hz/nlambdag = lambda * 0.88; % 波导中波长/ndx = lambdag / 5; % x方向单元间距/ndy = lambdag / 5; % y方向单元间距/nphi = linspace(-90, 90, 181); % 方位角范围/ntheta = linspace(-90, 90, 181); % 俯仰角范围/ntheta0 = 30; % 目标俯仰角/nphi0 = 1; % 预先设定的方向，目标方位角/nAmax = 1; % 用于幅值调整/nAmin = 0.5; % 用于幅值调整/n/nx = -(N + 1) / 2 * dx + (1:N)' * dx; % x方向阵元位置/ny = -(M + 1) / 2 * dy + (1:M)' * dy; % y方向阵元位置/n[X, Y] = meshgrid(x, y);/nZ = zeros(size(X)); % z方向阵元位置全为0/n/np = [X(:), Y(:), Z(:)]'; % 阵元的位置信息，每一列是一个阵元的位置/n/n% 在三维图中绘制所有阵元/nfigure(1);/nplot3(p(1,:), p(2,:), p(3,:), 'ko');/nhold on;/nxlabel('/it x');/nylabel('/it y');/nzlabel('/it z');/n/n% 二维全息幅值计算/nA0 = p; % 获取所有辐射点位置坐标信息可以去掉/nP0 = 2 * pi / lambda * [sin(theta0 * pi / 180) * cos(phi0 * pi / 180),sin(theta0 * pi / 180) * sin(phi0 * pi / 180) , 0].'; % 目标波除位置信息外信息/nQ0 = P0.' * p; % 目标波全部信息/nR0 = Q0 - 2 * pi / lambdag * sqrt(sum(p(1:2,:).^2, 1)); % 目标波相位信息/nR0(p(2,:) > 0) = R0(p(2,:) > 0) - pi; % 将一半部分补180°相位防止凹陷/n/nM0 = Amax + Amin * cos(R0); % 幅值进行缩放/nM0(M0 > 1) = 1;/nM0(M0 < 1) = 0;/nm0 = M0;/nMM0 = M0.' ;% 用于pcaad幅值文件/nMM1 = reshape(MM0, N, M); % 用于绘制黑白图/n/nfigure(5); % 绘制黑白格/n[a, b] = size(MM1);/nMM11 = zeros(a + 1, b + 1);/nMM11(2:a + 1, 1:b) = MM1;/npcolor(flipud(1 - MM11))/ncolormap(gray(2))/naxis square/n/n% 以下为绘制方向图函数程序/nv = zeros(N*M, length(theta)*length(phi));/nfor ii = 1 : length(theta)/n for jj = 1 : length(phi)/n k = 2 * pi / lambda * [sin(theta(ii) * pi / 180) * cos(phi(jj) * pi / 180) + lambda / lambdag,sin(theta(ii) * pi / 180) * sin(phi(jj) * pi / 180) + lambda / lambdag , 0].';/n v(:,(ii-1)*length(phi)+jj) = exp(-1i * k.' * abs(p)); % x方向阵因子/n end/nend/nb = reshape(abs(v.' * M0(:)), length(theta), length(phi)) / sqrt(N * M); % 方向图/n/nB1 = max(abs(b(:))); % 获取在目标方向的最大值用于验证/nB = 20 * log10(abs(b)); % 方向图对数化--dB形式/n/nfigure(2); % 绘制方位角方向/nplot(phi, B(:, theta0), 'k-')/ngrid on, hold on/nxlabel('方位角(deg)'), ylabel('阵列方向图(dB)')/naxis([-90 90 -50 0]); % 可为x轴和y轴设置一个极限范围/n/nfigure(3); % 绘制俯仰角方向图/nplot(theta, B(phi0, :))/ngrid on, hold on/nxlabel('俯仰角(deg)'), ylabel('阵列方向图(dB)')/naxis([-90 90 -50 0]); % 可为x轴和y轴设置一个极限范围/n/nfigure(4); % 绘制3D方向图/nmesh(phi, theta, B)/ntitle('圆阵动态30度指向方向图');/nxlabel('俯仰角/（/circ）');/nylabel('方位角/（/circ）');/nzlabel('阵列方向图(dB)');/naxis([-90 90 -90 90 -50 0]); % 可为x轴和y轴设置一个极限范围/ngrid on/n/n/n### 代码问题/n/n在计算方向图时，存在以下问题：/n/n1. 方向图的计算公式中，向量乘积的顺序不正确。应该是先计算目标波的位置信息Q0，再计算目标波的相位信息R0。所以需要将以下两行代码的顺序调换：/n/nmatlab/nQ0 = P0.' * p; % 目标波全部信息/nR0 = Q0 - 2 * pi / lambdag * sqrt(sum(p(1:2,:).^2, 1)); % 目标波相位信息/n/n/n2. 方向图的计算公式中，应该使用目标波的相位信息R0来计算方向图b。所以需要将以下代码中的M0改为R0：/n/nmatlab/nb = reshape(abs(v.' * R0(:)), length(theta), length(phi)) / sqrt(N * M); % 方向图/n/n/n### 代码优化/n/n修改后的完整程序如下：/n/nmatlab/nclear all;/nclose all;/nclc/n/nN = 60; % x方向阵元个数/nM = 60; % y方向阵元个数/nf = 12; % 信号频率 单位GHz/nc = 2.99792 * 10^8; % 光速 单位m/s/nlambda = c / (f * 10^9); % 波长，需要将GHz转换为Hz/nlambdag = lambda * 0.88; % 波导中波长/ndx = lambdag / 5; % x方向单元间距/ndy = lambdag / 5; % y方向单元间距/nphi = linspace(-90, 90, 181); % 方位角范围/ntheta = linspace(-90, 90, 181); % 俯仰角范围/ntheta0 = 30; % 目标俯仰角/nphi0 = 1; % 预先设定的方向，目标方位角/nAmax = 1; % 用于幅值调整/nAmin = 0.5; % 用于幅值调整/n/nx = -(N + 1) / 2 * dx + (1:N)' * dx; % x方向阵元位置/ny = -(M + 1) / 2 * dy + (1:M)' * dy; % y方向阵元位置/n[X, Y] = meshgrid(x, y);/nZ = zeros(size(X)); % z方向阵元位置全为0/n/np = [X(:), Y(:), Z(:)]'; % 阵元的位置信息，每一列是一个阵元的位置/n/n% 在三维图中绘制所有阵元/nfigure(1);/nplot3(p(1,:), p(2,:), p(3,:), 'ko');/nhold on;/nxlabel('/it x');/nylabel('/it y');/nzlabel('/it z');/n/n% 二维全息幅值计算/nA0 = p; % 获取所有辐射点位置坐标信息可以去掉/nP0 = 2 * pi / lambda * [sin(theta0 * pi / 180) * cos(phi0 * pi / 180),sin(theta0 * pi / 180) * sin(phi0 * pi / 180) , 0].'; % 目标波除位置信息外信息/nQ0 = P0.' * p; % 目标波全部信息/nR0 = Q0 - 2 * pi / lambdag * sqrt(sum(p(1:2,:).^2, 1)); % 目标波相位信息/nR0(p(2,:) > 0) = R0(p(2,:) > 0) - pi; % 将一半部分补180°相位防止凹陷/n/nM0 = Amax + Amin * cos(R0); % 幅值进行缩放/nM0(M0 > 1) = 1;/nM0(M0 < 1) = 0;/nm0 = M0;/nMM0 = M0.' ;% 用于pcaad幅值文件/nMM1 = reshape(MM0, N, M); % 用于绘制黑白图/n/nfigure(5); % 绘制黑白格/n[a, b] = size(MM1);/nMM11 = zeros(a + 1, b + 1);/nMM11(2:a + 1, 1:b) = MM1;/npcolor(flipud(1 - MM11))/ncolormap(gray(2))/naxis square/n/n% 以下为绘制方向图函数程序/nv = zeros(N*M, length(theta)*length(phi));/nfor ii = 1 : length(theta)/n for jj = 1 : length(phi)/n k = 2 * pi / lambda * [sin(theta(ii) * pi / 180) * cos(phi(jj) * pi / 180) + lambda / lambdag,sin(theta(ii) * pi / 180) * sin(phi(jj) * pi / 180) + lambda / lambdag , 0].';/n v(:,(ii-1)*length(phi)+jj) = exp(-1i * k.' * abs(p)); % x方向阵因子/n end/nend/nb = reshape(abs(v.' * R0(:)), length(theta), length(phi)) / sqrt(N * M); % 方向图/n/nB1 = max(abs(b(:))); % 获取在目标方向的最大值用于验证/nB = 20 * log10(abs(b)); % 方向图对数化--dB形式/n/nfigure(2); % 绘制方位角方向/nplot(phi, B(:, theta0), 'k-')/ngrid on, hold on/nxlabel('方位角(deg)'), ylabel('阵列方向图(dB)')/naxis([-90 90 -50 0]); % 可为x轴和y轴设置一个极限范围/n/nfigure(3); % 绘制俯仰角方向图/nplot(theta, B(phi0, :))/ngrid on, hold on/nxlabel('俯仰角(deg)'), ylabel('阵列方向图(dB)')/naxis([-90 90 -50 0]); % 可为x轴和y轴设置一个极限范围/n/nfigure(4); % 绘制3D方向图/nmesh(phi, theta, B)/ntitle('圆阵动态30度指向方向图');/nxlabel('俯仰角/（/circ）');/nylabel('方位角/（/circ）');/nzlabel('阵列方向图(dB)');/naxis([-90 90 -90 90 -50 0]); % 可为x轴和y轴设置一个极限范围/ngrid on/n/n/n运行修改后的程序，即可得到正确的方向图。/n/n### 总结/n/n本文针对圆阵动态指向方向图仿真代码中的问题进行分析和优化，通过调整向量乘积的顺序以及使用目标波的相位信息计算方向图，最终获得了正确的仿真结果。希望本文能为用户理解和使用圆阵动态指向方向图仿真程序提供帮助。/n