上期写了用Field sources模式和ICZT算法来计算一维距离像,物体只是一个,所以很容易分辨出来。
仿真实例090:直角反射器 --- A求解器, 远场源, 距离像, 逆ChirpZ变换(ICZT)
这期我们用同样的案例,物体是两个,看看如何分辨距离,还有ICZT与IFT的对比。
先通过transform复制直角反射器,使径向的距离相差20mm:
场源距离两个物体是2m和2.02m。
A求解器还是计算的宽频,频域采样间距Fstep=0.0125还是满足奈奎斯特条件和我们Tmax=20ns的假设:
计算F21 (antenna coupling),开始仿真:
同样使用逆ChirpZ变换的后处理,我们将求解器计算的全部带宽14GHz都用上,结果也只是一个波峰,分辨不出两个物体:
这里横坐标是时域结果,我就不换成距离像了。可以简单验证:峰值13.4ns是往返时间,所以测得的物体距离是13.4/2*1e-9*3e8=2.01m左右。
那么我们现在的距离分辨率是多少呢?dR=CLight/Bandwidth/2, 所以距离分辨率目前是3e8/14e9/2=0.01m,也就是说,2.01+/-0.01m的范围内有物体,所以分辨不出来2m和2.02m的两个物体了(两个波峰几乎重合了)。
那么如何分辨出这0.02m的差别呢?当然是增加带宽,可我们这里用的的远场源当初定义的时候就只包括70-84GHz的带宽,所以增加带宽是不行了。为了演示分辨两个物体,我们可以将径向间距扩大到0.04m,这样14GHz带宽是可以区分两个物体的:
重新开始仿真,自动运行后处理,用的还是14GHz带宽和Tmax,这种情况我们就可以用两个波峰分辨两个距离了:
可以验证一下两个时域波峰时差和0.04m距离差的关系:0.268/2*1e-9*3e8=0.04m,没错。
下面我们用逆傅里叶IFT验证一下为什么我们设置的Fstep=0.0125GHz在这里满足奈奎斯特条件。上期提到过,假如我们的时域信号最大看到20ns,那么最小采样密度df=1/2/20ns,最大频率的最少采样数为2*84G/df= 6720个,进入傅里叶变换后处理:
对F21进行IFT计算,最大时间同样是20ns,选择Nyquist重新采样,如果我们用同样的采样数6720, 则计算顺利:
这里IFT虽然也能看出两个波峰,但功能上不如ICZT,这个结果也不能完全和ICZT相比,所以我们就不放在一起了,算法还是有差别的。
若少一点IFT采样,则提示采样不够:
小结:
1)场源带宽和求解器带宽可以设置相同,这个是仿真项目能用到的最大带宽;后处理进行ICZT时,可用最大带宽内的任意带宽。
2)距离分辨率只受带宽影响:dR=CLight/Bandwidth/2。有的表达式也写成Rres=c/BW之类的,若不除以2,可能是往返距离。
3)IFT只用来验证ICZT的采样,不能替代ICZT计算距离像。ICZT模板有更多功能,比如设置带宽、滤波器以及补零功能等等,ICZT配合A求解器中的Nyquist采样,更适合用来手动计算距离像。
4)A求解器中的频域采样数太多会减慢计算速度,收益也不大,所以要按Nyquist设置比较好。
(内容、图片来源:CST仿真专家之路公众号,侵删)
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