EVAL-CN0566-RPIZ – 第 9 页

为了我们都能看到一直的效果，建议您和本文档建议的版本保持一致，这样尽可能的减少差异，确保无需额外投入精力去解决环境的问题，建议使用MATLAB 2023B

硬件连线

如果您看过了我们的入门文档，肯定已经在GUI中看到了有趣的雷达案例，在本节中，您需要更改一下连线方式。

首先：断开PlutoSDR和树莓派之间的连线。PlutoSDR的数据链在包装箱内一共有两根，一根是50厘米的长度，一根是15厘米的长度。使用15厘米的MicroUSB线可以很方便的连接到树莓派上，但是不方便连接到电脑上，所以就需要用50厘米的MicroUSB数据线将PlutoSDR和计算机连接起来。

接下来就是使用一根网线，将树莓派的网口和电脑的网口连接到一起。

最终的连线原理图是：

软件安装

MATLAB工具箱

Antenna Toolbox
Communications Toolbox
DSP System Toolbox
Phased Array System Toolbox
Signal Processing Toolbox

当你安装MATLAB的时候，建议工具箱全选进行安装，或者一定要把上述的工具包给安装上。

第三方工具包

Analog Devices, Inc. RF and Microwave Toolbox
Analog Devices, Inc. Transceiver Toolbox
Communications Toolbox Support Package for Analog Devices ADALM-Pluto Radio
MATLAB Support for MinGW-w64 C/C++ Compiler

找到MATLAB界面的Add-Ons

然后搜索对应工具包的名称

将工具包全部进行安装。

Communications Toolbox Support Package for Analog Devices ADALM-Pluto Radio 这个工具包是需要进行配置的。

点击配置之后，

安装驱动软件即可。请勿刷新PlutoSDR的固件，默认发货的PlutoSDR的固件是特制的，而MATLAB自带的Pluto固件是标准的，刷新固件会导致某些功能的缺失。

如果您实在不小心把PlutoSDR的固件刷了，那么您需要按照这篇文章进行补救：

LibIIO 包安装

MATLAB 可能需要 LibIIO 软件包才能与 Phaser 通信和运行。如果缺少 LibIIO 导致 MATLAB/Phaser 出现问题。

下载地址：https://github.com/analogdevicesinc/libiio

开发

验证连接是否正常

将相控阵雷达连接到您的本地网络或直接连接到安装了 MATLAB 的主机，使用 Raspberry Pi 的 IP 地址从命令提示符创建 adi.Phaser 类的实例。

bf = adi.Phaser;
bf.uri = 'ip:phaser';
bf()

这将使用默认参数连接并配置相控阵雷达。如果您收到连接错误，请确认 Raspberry Pi 已通电并且至少可以 ping 通设备。

接下来，使用类似的方法验证与 Pluto 的连接。创建 adi.AD9361.Rx 类的实例，并运行运算符方法，如下所示：

sdr = adi.AD9361.Rx
sdr.uri = 'ip:pluto';
data = sdr();

与 Phaser 系统对象类似，此操作不应产生任何错误。数据向量应包含非零数据。

如果在尝试验证连接时出现错误，请尝试以下选项：
检查上面列出的所有软件包/工具箱是否已正确安装
重新启动 MATLAB 并再次运行代码
断开并重新连接相关设备的线缆
确保 Raspberry Pi 的 SD 卡已安装 ADI Kuiper Linux（并且能够正常工作）

运行脚本

一旦 Phaser 和 Pluto 都能够与 MATLAB 通信，请下载并解压

phasersteeringangle 下载

然后打开文件Phaser_steeringAngle_rev1.m。

此脚本的功能是扫描一系列转向角并输出阵列因子的图。

% Key Parameters
signal_freq = 10.145e9;  % this is the HB100 frequency
signal_freq = findTxFrequency();
plutoURI = 'ip:192.168.2.1';
phaserURI = 'ip:phaser.local';
 
% Setup the pluto
rx = setupPluto(plutoURI);
 
% Setup the phaser
bf = setupPhaser(rx,phaserURI,signal_freq);
bf.RxPowerDown(:) = 0;
bf.RxGain(:) = 127;

这段代码用于使用之前安装的ADI工具箱（此处分别标记为“rx”和“bf”）在MATLAB中初始化Pluto和Phaser对象。它还会进行短暂扫描，以查找HB100发射器的频率。

% Create the model of the phaser    
c = physconst('LightSpeed');
phaserModel = phased.ULA('NumElements',8,'ElementSpacing', ... 
    bf.ElementSpacing);
steeringVec = phased.SteeringVector("SensorArray",phaserModel, ...
    'NumPhaseShifterBits',7,'PropagationSpeed',c);

本部分使用 MathWorks 的 Phased Array System Toolbox (phased) 在 Phaser 上创建天线阵列模型。Phaser 具有 8 个均匀分布的阵元，使用 Phased Array System Toolbox 中的均匀线性阵列对象 (phased.ULA) 进行建模。相应的转向矢量则使用 Phased Array System Toolbox 中的 SteeringVector 对象创建。

%% Set all gains to max and phases to zero
bf.RxGain(:) = 127;   % max gain = 127, min gain = 0
bf.RxAttn(:) = 0;     % if RxAttn=1 then insert 20dB attenuator
bf.RxPhase(:) = 0;
bf.LatchRxSettings(); % write new settings to the ADAR1000s
 
% Load Phase calibration values
PhaseCal = [0; -8.4375; -5.625; -5.625; 67.5; 87.1875; 90; 101.25];

此段仅设置增益级别和相位校准值。

%% Sweep the steering angle and capture data
steeringAngle = -90 : 90;
ArrayFactor = zeros(size(steeringAngle));
for ii = 1 : numel(steeringAngle)
    arrayWeights = steeringVec(signal_freq,steeringAngle(ii));
    phases = rad2deg(angle(conj(arrayWeights(:))));
    phases = phases - phases(1);
    phases = phases + PhaseCal;
    phases = wrapTo360(phases);
    bf.RxPhase(:) = phases.';
    bf.LatchRxSettings();
    receivedSig_HW = rx();
    receivedSig_HW_sum = sum(receivedSig_HW,2);
    receivedFFT = fft(receivedSig_HW_sum);
    ArrayFactor(ii) = (max(abs(receivedFFT)));
end

代码中实际的波束控制操作如下。
代码会创建一个数组，其中包含波束控制所需的角度。然后，它会执行一个循环，其中：

从角度数组中获取给定角度
使用给定的波束控制角度创建另一个数组，其中包含要应用于每个天线单元的相应相移
将相移应用于 Phaser
从 Pluto 收集数据，对数据进行 FFT 运算以获取最大幅度，并记录下来
重复此操作，直至获得下一个波束控制角度

%% Compare the measured array factor and model
[~,ind] = max(ArrayFactor);
EmitterAz = steeringAngle(ind)
figure(101)
arrayWeights = steeringVec(signal_freq,EmitterAz);
pattern(phaserModel,signal_freq,-90:90,0,'CoordinateSystem', ...
    'Rectangular','Type','powerdb','weights',arrayWeights)
hold on;
 
% Plot the measured data and the model
plot(steeringAngle,mag2db(ArrayFactor./max(abs(ArrayFactor))))

这里使用相控阵系统工具箱 (Phased Array System Toolbox) 模拟 Phaser 的阵列因子。然后绘制实验获得的阵列因子（根据上述数据）和模拟的阵列因子。结果图应类似于下图。请注意，模拟和实际获得的阵列因子之间的差异主要是由于尚未进行校准。

完整的 RADAR 示例

https://cnb.cool/tekdf_cnb/Phaser-Control-with-MATLAB

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