このページは機械翻訳を使用して翻訳されました。最新版の英語を参照するには、ここをクリックします。

dopplershift

衛星シナリオにおけるターゲット アセットのドップラーシフトを計算する

R2023a 以降

構文

shift = dopplershift(source,target)

[shift,timeOut] = dopplershift(source,target)

[shift,timeOut,info] = dopplershift(source,target)

[___] = dopplershift(___,timeIn)

[___] = dopplershift(___,Frequency=freq)

説明

shift = dopplershift(source,target) は、source アセットに対応する target アセットでのドップラーシフトの履歴を計算します。source と target は両方とも同じ satelliteScenario オブジェクトに属している必要があります。satelliteScenario オブジェクトの AutoSimulate プロパティの値が true の場合、dopplershift 関数は StartTime の値から StopTime の値までのドップラーシフト履歴を返します。それ以外の場合は、StartTime の値から SimulationTime の値までのドップラーシフト履歴を返します。

[shift,timeOut] = dopplershift(source,target) はサンプルの時間履歴 timeOut を返します。

[shift,timeOut,info] = dopplershift(source,target) は、ドップラー レートと相対速度の情報を含む構造体 info を返します。

[___] = dopplershift(___,timeIn) は指定された日時 timeIn におけるドップラーシフトを計算します。この構文を使用すると、dopplershift は shift、timeOut の 2 番目の次元と info のフィールドを 1 に設定します。この場合、info の DopplerRate フィールドは空です。

[___] = dopplershift(___,Frequency=freq) は、ドップラーシフトを計算する 1 つ以上の搬送周波数も指定します。

メモ

dopplershift 関数は、地心天体基準座標系 (GCRF) 座標系を使用してすべての計算を実行します。

例

ドップラーシフト、ドップラーレート、相対速度、および時間履歴を決定する

地上局におけるドップラーシフト、ドップラー率、相対速度、および対応する時間履歴を決定します。送信元は 14 GHz の搬送周波数で送信する衛星です。

衛星シナリオの開始時刻と終了時刻を指定します。

startTime = datetime(2021,4,25);                      % April 25, 2021, 12:00 AM UTC
stopTime = datetime(2021,4,26);                       % April 26, 2021, 12:00 AM UTC

サンプル時間を秒単位で設定します。

sampleTime = 60; 

satelliteScenario オブジェクトを作成する。

sc = satelliteScenario(startTime,stopTime,sampleTime);

シナリオに衛星を追加します。

semiMajorAxis = 10000000;             % In meters
eccentricity = 0;
inclination = 0;                      % In degrees 
rightAscensionOfAscendingNode = 0;    % In degrees
argumentOfPeriapsis = 0;              % In degrees
trueAnomaly = 0;                      % In degrees
sat = satellite(sc,semiMajorAxis,eccentricity,inclination, ...
        rightAscensionOfAscendingNode,argumentOfPeriapsis,trueAnomaly);

シナリオにデフォルトの地上局を追加します。

gs = groundStation(sc);

ドップラーシフト、ドップラー率、相対速度、および対応する時間履歴を決定します。

carrierFrequency=14e9;
[frequencyShift,timeOut,dopplerInfo] = dopplershift(sat,gs,Frequency=carrierFrequency);
frequencyRate = dopplerInfo.DopplerRate;
relativeVelocity = dopplerInfo.RelativeVelocity;

地上局でのドップラーシフトをプロットします。

plot(timeOut,frequencyShift(1,:)/1e3)       % Doppler shift in kilohertz (kHz)
xlim([timeOut(1) timeOut(end)])
title("Doppler Shift vs. Time")
xlabel("Simulation Time")
ylabel("Doppler Shift (kHz)")
grid on

入力引数

source — シナリオからのソースアセット

Satellite オブジェクト | GroundStation オブジェクト | Transmitter オブジェクト | Satellite オブジェクトの配列 | GroundStation オブジェクトの配列 | Transmitter オブジェクトの配列

シナリオからのソース アセット。Satellite、GroundStation、Transmitter、Platform オブジェクトまたは Satellite、GroundStation、Transmitter、Platform オブジェクトの配列として指定されます。

target — シナリオからターゲット アセット

Satellite オブジェクト | GroundStation オブジェクト | Receiver オブジェクト | Satellite オブジェクトの配列 | GroundStation オブジェクトの配列 | Receiver オブジェクトの配列

シナリオからのターゲット アセット。Satellite、GroundStation、Receiver、Platform オブジェクト、または Satellite、GroundStation、Receiver、Platform オブジェクトの配列として指定されます。

timeIn — ドップラーシフトを計算する関数の時間

datetime スカラー

関数がドップラーシフトを計算する時刻。日時スカラーとして指定されます。timeIn がタイムゾーンを指定しない場合、関数は協定世界時(UTC) を使用します。

データ型: datetime

freq — 搬送波周波数

-1 (既定値) | スカラー | ベクトル

ドップラーシフトを計算する搬送周波数。ヘルツまたは -1 単位の、非負の実数のスカラーまたはベクトルとして指定します。各ソース アセットのデフォルトのキャリア周波数値を使用するには、-1 を指定します。

freq の値が -1 で、source の値が Satellite または GroundStation の場合、搬送周波数は 14 ギガヘルツ (GHz) です。freq の値が -1 で、source が Transmitter の場合、搬送周波数は Transmitter オブジェクトの Frequency プロパティ値になります。

データ型: double

出力引数

shift — ドップラーシフトの歴史

スカラー | ベクトル | 行列 | 3 次元配列

ドップラーシフトの履歴（ヘルツ単位）が、スカラー、ベクトル、マトリックス、または 3D 配列として返されます。source と target が相互にアクセスできない場合、対応する shift の値は NaN になります。これらの表は、さまざまな入力引数のサイズと組み合わせに基づいてこの出力がどのように変化するかを示しています。

• timeIn 指定なし

  source	target	shift	説明
  スカラー	スカラー	行ベクトル	ドップラーシフトの履歴。各要素は、特定の時間サンプルにおける source と target 間のドップラーシフトを表します。
  スカラー	ベクトル	行列	各行は、 target 内のソースとアセット間のドップラーシフトの履歴を表します。行は、target 内のアセットの位置に対応します。
  ベクトル	スカラー	行列	各行は、target と source のアセット間のドップラーシフト履歴を表します。行は、source 内のアセットの位置に対応します。
  ベクトル	ベクトル	行列	各行は、source アセットと target アセットのペア間のドップラーシフト履歴を表します。行は、source および target 内のアセットの位置に対応します。

• timeIn 指定

  source	target	shift	説明
  スカラー	スカラー	スカラー	指定された日時 timeIn におけるドップラーシフト。
  スカラー	ベクトル	列ベクトル	各要素は、指定された日時 timeIn における source と target の対応するアセット間のドップラーシフトを表します。
  ベクトル	スカラー	列ベクトル	各要素は、指定された日時 timeIn における source から target までの対応するアセットからのドップラーシフトを表します。
  ベクトル	ベクトル	列ベクトル	各要素は、指定された日時 timeIn における対応する source アセットと target アセットのペア間のドップラーシフトを表します。

  freq をベクトルとして指定すると、shift には 3 番目の次元があり、各ページは、freq の対応する搬送周波数に対する前の表の source、target、および timeIn の対応する組み合わせの出力になります。

データ型: double

timeOut — シナリオの開始時間と終了時間の間の時間サンプル

datetime ベクトル | datetime スカラー

シナリオの開始時間と終了時間の間の時間サンプル。スカラーまたはベクトルとして返されます。

timeIn がタイムゾーンを指定せず、satelliteScenario オブジェクトの AutoSimulate プロパティが true の場合、dopplershift 関数は StartTime から StopTime までの時間サンプル履歴を返します。それ以外の場合は、StartTime の値から SimulationTime の値までの時間サンプル履歴を返します。

データ型: datetime

info — ドップラー速度と相対速度の歴史

構造体

ドップラー速度と相対速度の履歴。これらのフィールドを含む構造体として返されます。

• DopplerRate — ドップラーレートの履歴。ベクトル、行列、または 3D 配列として返されます。DopplerRate の形式は shift と似ていますが、列の数が時間サンプル数から 1 を引いた数と等しくなります。source と target が互いを見ることができない場合、対応する DopplerRate の値は NaN になります。

• RelativeVelocity — source から target の方向における source と target の相対速度の履歴。スカラー、ベクトル、または行列として返されます。マトリックス内の行数は、source アセットと target アセットのうち大きい方の数になります。source と target が相互にアクセスできない場合、RelativeVelocity の値は NaN になります。

データ型: struct

詳細

ドップラーシフト

発生源の位置 ($$\overline{P_S}$$)、ターゲットの位置 ($$\overline{P_T}$$)、発生源の速度 ($$\overline{V_{\text{S}}}$$)、ターゲットの速度 ($$\overline{V_{\text{T}}}$$)、および搬送周波数 ($$f_c$$) がわかっている場合は、これらの式を使用してドップラーシフトを計算します。

1. ソースからターゲットへの単位ベクトルは $$\widehat{dir}=\frac{\overline{P_{\text{T}}}-\overline{P_{\text{S}}}}{\Vert \overline{P_{\text{T}}}-\overline{P_{\text{S}}}\Vert }$$ です。ここで、$$\Vert \Vert$$ はユークリッドノルムを示します。

2. 単位方向の音源の速度は

   $$V_{\text{S,dir}}=\overline{V_{\text{S}}}\cdot \widehat{dir}.$$

   である。

   $$\overline{V_{\text{S}}}$$ と $$\widehat{dir}$$ の間の角度が [0, 90] の範囲内にある場合、$$V_{\text{S,dir}}$$ は正になります。$$V_{\text{S,dir}}$$ の値が正の場合、ソースがターゲットに向かって移動していることを示します。$$V_{\text{S,dir}}$$ の負の値は、ソースがターゲットから離れていることを示します。

3. ターゲットの単位方向の速度は

   $$V_{\text{T,dir}}=\overline{V_{\text{T}}}\cdot \widehat{dir.}$$

   です。$$\overline{V_{\text{T}}}$$ と $$\widehat{dir}$$ の間の角度 (度) が [0, 90] の範囲内にある場合、$$V_{\text{T,dir}}$$ は正になります。$$V_{\text{T,dir}}$$ の値が正の場合、ターゲットがソースから離れていることを示します。$$V_{\text{T,dir}}$$ の負の値は、ターゲットがソースに向かって移動していることを示します。

4. 発生源から目標物に向かう方向の、発生源と目標物の相対速度は

   $$V_{\text{rel}}=V_{\text{S,dir}}-V_{\text{T,dir}}.$$

   である。

5. ターゲットで観測されたドップラー周波数は

   $$f_{\text{d}}=\left(\frac{c-V_{\text{T,dir}}}{c-V_{\text{S,dir}}}\right)f_{\text{c}}.$$

   である。

   この式では、c はメートル毎秒で表した光の速度です。

6. ターゲットにおけるドップラーシフトは

   $$f_{\text{shift}}=f_{\text{d}}-f_{\text{c}}=\left(\frac{V_{\text{rel}}}{c-V_{\text{S,dir}}}\right)f_{\text{c}}.$$

   である

メモ

すべての位置ベクトルと速度ベクトルは GCRF 座標系内にあります。

バージョン履歴

R2023a で導入

参考

オブジェクト

• satelliteScenario | Satellite | GroundStation | Receiver | Transmitter | Platform

関数

• satellite | groundStation | transmitter | receiver | platform

トピック

• 衛星シナリオにおけるレイテンシとドップラー効果の計算