# phased_LOSChannel
窄带 LOS 传播信道
函数库: TyPhasedArray
# 描述
phased_LOSChannel 系统对象模拟窄带电磁信号通过视距（LOS）信道从信号源向目的地的传播。在 LOS 信道中，传播路径是从点到点的直线。LOS 信道中的传播模型除了包含大气气体、雨、雾和云造成的衰减外，还包括自由空间衰减。您可以使用 phased_LOSChannel 同时模拟多点之间的信号传播。
系统对象适用于所有频率，而大气气体和雨的衰减模型仅适用于频率范围为 1~1000 GHz 的电磁信号。雾和云的衰减模型适用于 10~1000 GHz。在这些频率范围之外，系统对象使用最近的有效值。
系统对象会对信号应用与范围相关的时间延迟以及增益或损耗。当信号源或目的地移动时，系统对象会应用多普勒频移。
与 phased_FreeSpace 系统对象一样，phased_LOSChannel 系统对象也支持双向传播。
计算指定源点和接收点的传播延迟：
使用“构造”程序定义并设置 LOS 信道。您可以在构建过程中设置系统对象属性，也可以将其保留为默认值。某些属性是可调的，可以随时更改；
调用 step 方法，使用 phased_LOSChannel 计算传播信号。
# 构造
sLOS = phased_LOSChannel() 创建一个 LOS 衰减传播信道系统对象 sLOS。
sLOS = phased_LOSChannel(;Name=Value) 创建一个系统对象 sLOS，并将每个指定属性 Name 设置为指定的 Value。您可以按照 Name1=Value1,...,NameN=ValueN 的任意顺序指定其他名称-值对参数。
# 属性
PropagationSpeed - 信号传播速度physconst("LightSpeed")（默认） | 正标量
OperatingFrequency - 工作频率300e6（默认） | 正标量
工作频率，指定为正标量。单位为 Hz。
示例： 1e9
数据类型： Float
SpecifyAtmosphere - 启用大气衰减模型false（默认） | true
启用大气衰减模型的选项，可指定为 false 或 true。将此属性设为 true，可增加大气气体、雨、雾或云造成的信号衰减。将此属性设为 false 则可忽略传播中的大气效应。
将 SpecifyAtmosphere 设置为 true，可启用 Temperature、DryAirPressure、WaterVapourDensity、LiquidWaterDensity 和 RainRate 属性。
数据类型： Bool
Temperature - 环境温度15（默认值） | 实值标量
环境温度，指定为实值标量。单位为 °。
示例： 20.0
依赖关系： 要启用此属性，请将 SpecifyAtmosphere 设置为 true。
数据类型： Float
DryAirPressure - 大气干燥气压101.325e3（默认） | 正实值标量
大气干燥气压，指定为正实值标量。单位为 Pa。该属性的默认值相当于一个标准大气压。
示例： 101.0e3
依赖关系： 要启用此属性，请将 SpecifyAtmosphere 设置为 true。
数据类型： Float
WaterVapourDensity - 大气水蒸气密度7.5（默认） | 正实值标量
大气水汽密度，指定为正实值标量。单位为
示例： 7.4
依赖关系： 要启用此属性，请将 SpecifyAtmosphere 设置为 true。
数据类型： Float
LiquidWaterDensity - 液态水密度0.0（默认） | 非负实值标量
雾或云的液态水密度，指定为非负实数值标量。单位为
示例： 0.1
依赖关系： 要启用此属性，请将 SpecifyAtmosphere 设置为 true。
数据类型： Float
RainRate - 降雨率0.0（默认） | 非负标量
降雨率，指定为非负标量。单位为 mm/hr。
示例： 10.0
依赖关系： 要启用此属性，请将 SpecifyAtmosphere 设置为 true。
数据类型： Float
TwoWayPropagation - 启用双向传播false（默认） | true
启用双向传播，指定为 false 或 true。将此属性设为 true，可在步骤中指定的信号起点和终点之间执行往返传播。将此属性设为 false，则只执行从起点到终点的单向传播。
示例： true
数据类型： Bool
SampleRate - 信号采样率1e6（默认） | 正标量
信号的采样率，指定为正标量。单位为 Hz。系统对象使用这个量计算以采样为单位的传播延迟。
示例： 1e6
数据类型： Float
MaximumDistanceSource - 最大单向传播距离源"Auto"（默认） | "Property"
最大单向传播距离的来源，指定为 "Auto" 或 "Property"。最大单向传播距离用于为信号延迟计算分配足够的内存。将此属性设置为 "Auto" 时，系统对象会自动分配内存。将此属性设置为 "Property" 时，将使用 MaximumDistance 属性的值指定最大单向传播距离。
数据类型： String
MaximumDistance - 最大单向传播距离10000（默认） | 正实值标量
最大单向传播距离，指定为正实值标量。单位为 m。任何传播距离超过最大单向传播距离的信号都将被忽略。最大传播距离必须大于或等于最大位置间距。
示例： 5000
依赖关系： 要启用此属性，请将 MaximumDistanceSource 属性设置为 "Property"。
数据类型： Float
# 方法
| 函数 | 说明 |
|---|---|
| reset | 重置系统对象的状态 |
| step | 在 LOS 信道中传播信号 |
| release | 允许更改系统对象属性值 |
# 示例
振谐波在衰减信道的传播
传播从短偶极子天线元件辐射出的极化电磁波。偶极子绕 y 轴旋转 30°。设置本地轴的方向与偶极子重合。假设偶极子的辐射频率为 30.0 GHz。将信号传播到约 10 km 外的目标。
创建短偶极子天线元件和辐射器系统对象。将 Polarization 属性设置为 "Combined"，以产生极化波。
using TyMathCore
using TyBaseCore
using TyCommunication
using TyPhasedArray
using TyPlot
freq = 30.0e9
c = physconst("LightSpeed")
antenna = phased_ShortDipoleAntennaElement(; FrequencyRange=[100e6 40e9], AxisDirection="Z")
radiator = phased_Radiator(;
Sensor=antenna,
PropagationSpeed=c,
OperatingFrequency=freq,
Polarization="Combined",
WeightsInputPort=false,
)
创建辐射信号。信号包络线由 4 kHz 正弦信号的几个周期组成，振幅设为 1。将采样频率设为 1 MHz。
fsig = 4.0e3
fs = 1.0e6
t = collect(transpose(1:1000)) ./ fs
signal = sin.(2 * pi * fsig * collect(t'))
laxes = roty(30) * eye(3, 3)
使用 phased_FreeSpace 系统对象在自由空间中将场从原点传播到目的地。
fschannel = phased_FreeSpace(;
PropagationSpeed=c, OperatingFrequency=freq, TwoWayPropagation=false, SampleRate=fs
)
使用 phased_LOSChannel 系统对象，在 LOS 信道中将场从原点传播到目的地。衰减是由于大气气体和雾造成的。
loschannel = phased_LOSChannel(;
PropagationSpeed=c,
OperatingFrequency=freq,
TwoWayPropagation=false,
SampleRate=fs,
SpecifyAtmosphere=true,
LiquidWaterDensity=0.5,
)
设置信号原点、信号原点速度、信号终点和信号终点速度。
source_pos = [0; 0; 0]
target_pos = [10000; 200; 0]
source_vel = [0; 0; 0]
target_vel = [0; 0; 0]
~, radiatingAngles = rangeangle(target_pos, source_pos, laxes)
将信号辐射到目标。辐射信号是一个包含极化场的结构体。
rad_sig = step(radiator, signal, radiatingAngles; LAXES=laxes)
将信号传播到自由空间中的目标。
prop_sig = step(fschannel, rad_sig, source_pos, target_pos, source_vel, target_vel)
在 LOS 信道中向目标传播信号。
prop_att_sig = step(loschannel, rad_sig, source_pos, target_pos, source_vel, target_vel)
绘制自由空间和 LOS 信道传播信号的 Z 分量图。
plot(1e6 * t, real.(prop_sig[1]['Z']), 1e6 * t, real.(prop_att_sig[1]['Z']))
grid
xlabel("Time ()")
legend("z_{fsp}", "z_{los}")
与自由空间信号相比，LOS 信道信号有所衰减。
# 更多
路径衰减或损耗
LOS 信道中的衰减或路径损耗由四个部分组成。
是自由空间路径衰减 为大气路径衰减 为雾和云路径衰减 是雨路径衰减
每个路径衰减的单位都是幅度，而不是 dB。
自由空间时延和路径损耗
当起点和终点相对静止时，可以将自由空间信道的输出信号写成
其中，λ 是信号波长。
该公式假定目标位于发射元件或阵列的远场。在近场，自由空间路径损耗公式无效，可能导致损耗小于 1，相当于信号增益。因此，对于
大气气体衰减模型
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吸收共振线造成的，氮气的影响较小。该模型还包括 10 GHz 以下的连续吸收光谱。国际电联模型建议 ITU-R P.676-10： 使用了大气气体衰减模型。该模型计算特定衰减（每公里衰减）与温度、压力、水蒸气密度和信号频率的函数关系。大气气体模型适用于 1-1000 GHz 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为：
光谱成分由离散光谱项的总和组成，离散光谱项由局部频带宽度函数
对于大气中的水蒸气，每条光谱线强度为：
P 是干燥空气压力，W 是水蒸气分压，T 是环境温度。压力单位为 hPa，温度单位为 K。水蒸气分压 W 与水蒸气密度 ρ 的关系为：
总气压为 P + W。
对于每条氧线，
大气气体衰减模型
其中，M 是液态水密度，单位为 gm/m3。
降雨衰减模型
该模型计算信号在降雨区域传播时的衰减。降雨衰减是一种主要的衰减机制，会因地点和年份的不同而变化。
电磁信号在传播经过降雨区域时会衰减。降雨衰减是根据国际电联降雨模型建议 ITU-R P.838-3：用于预测方法的特定降雨衰减模型计算得出的。该模型计算信号的比衰减（每公里衰减），作为降雨率、信号频率、极化和路径仰角的函数。比衰减
其中 R 为降雨率。单位为 mm/hr。参数 k 和指数 α 取决于频率、极化状态和信号路径的仰角。特定衰减模型适用于 1~1000 GHz 的频率。
为了计算窄带信号沿路径的总衰减，该函数将比衰减乘以有效传播距离
其中 f 为频率。文章建议 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》一文对计算衰减进行了全面讨论。
这些计算中使用的雨率 R 是长期统计雨率
# 参考文献
[1] Radiocommunication Sector of the International Telecommunication Union. Recommendation ITU-R P.676-10: Attenuation by atmospheric gases. 2013.
[2] Radiocommunication Sector of the International Telecommunication Union. Recommendation ITU-R P.840-6: Attenuation due to clouds and fog. 2013.
[3] Radiocommunication Sector of the International Telecommunication Union. Recommendation ITU-R P.838-3: Specific attenuation model for rain for use in prediction methods. 2005.
[4] Seybold, J. Introduction to RF Propagation. New York: Wiley & Sons, 2005.
[5] Skolnik, M. Introduction to Radar Systems, 3rd Ed. New York: McGraw-Hill, 2001.
# 另请参阅
# 函数
fogpl | fspl | gaspl | rainpl | rangeangle
# 对象
phased_WidebandFreeSpace | phased_FreeSpace | phased_RadarTarget