Требования к производительности

Разработка радарных систем обычно начинается с набора требований. Реальные радиолокационные системы должны удовлетворить десяткам или сотням требований. В этом примере мы рассматриваем радиолокационную систему X-полосы, которая должна удовлетворить следующим двум требованиям к производительности:

Виртуальный испытательный стенд

Как первый шаг мы настраиваем виртуальный испытательный стенд для радиолокационной системы, которая будет использоваться, чтобы реализовать и протестировать наш проект. Мы продемонстрируем, что этот испытательный стенд полезен для трассировки требований к производительности к отдельным компонентам системы, создание итеративных конструктивных изменений, и тестирование и проверка эффективности системы. Мы запускаем путем создания общей модели архитектуры верхнего уровня использование Simulink System Composer. Мы затем показываем более подробно архитектуру радарного компонента датчика и часть испытательного стенда, который симулирует среду и радарные цели.

Архитектура верхнего уровня

Модель архитектуры задает только концептуальные компоненты системы, их интерфейсов, и соединяется между ними. Компоненты модели архитектуры не требуются, чтобы иметь конкретную реализацию. Как будет показан далее в этом примере, Simulink, System Composer допускает определение определенного поведения Simulink для некоторых компонентов при оставлении других компонентов заданными только на уровне архитектуры. Такой модульный проект удобен и гибок, поскольку поведение отдельных компонентов может быть изменено или полностью изменено без потребности внести любые изменения в другие части системы.

В дополнение к Radar Sensor компонент, который моделирует фактический радарный датчик, испытательный стенд также, включает:

Откройте архитектуру верхнего уровня.

open_system('slexRadarArchitectureExample')

Радарный датчик

Каждый компонент в модели архитектуры может быть далее разложен на субкомпоненты. Как следующий шаг мы задаем архитектуру для радарного датчика. Когда Radar Датчик анализируется, Power, Tx, Rx, CmdRx, и DataTx порты, заданные в верхнем уровне, становятся доступными как внешние порты. Откройте Radar Компонент датчика.

open_system("slexRadarArchitectureExample/Radar Sensor");

Мы задаем следующие компоненты, чтобы создать модель архитектуры радарного датчика:

Заметьте, что эта модель архитектуры радарного датчика является очень общей. Это не делает предположений о типе переданной формы волны, формы или размера антенной решетки или реализации сигнала и цепей обработки данных. Та же архитектура может использоваться, чтобы реализовать большое множество различных радарных датчиков. Далее в этом примере мы реализуем только подмножество вышеупомянутых перечисленных компонентов, не учитывающих Resource Scheduler и Data Processor.

Цели и среда

Targets and Environment может быть разложен на два субкомпонента:

Открытый Targets and Environment компонент.

open_system("slexRadarArchitectureExample/Targets and Environment");

Трассируемость требований

Simulink Requirements является инструментом, который обеспечивает способ соединить требования с компонентами архитектуры, ответственной за реализацию соответствующей функциональности. Когда или требования или изменение модели, Simulink Requirements обеспечивает удобный способ проследить изменения в соответствующих тестах и проверить, что эффективность модели и требования всегда соглашаются.

Менеджер по требованиям может быть запущен через вкладку Apps. К Редактору требований затем можно получить доступ путем навигации к вкладке Requirements и выбора Requirements Editor. Чтобы создать новый набор требований для модели, нажмите на New Requirement Set. В данном примере мы создаем набор требований и добавляем R1 и R2 к нему. Откройте эти требования в Редакторе Требований.

open('slreqRadarArchitectureExampleRequirements.slreqx')

Редактор требований перечисляет максимальную область значений и требования разрешения области значений. В левой панели это также показывает Verified и Implemented состояние для каждого требования. В данный момент оба требования не реализованы и не проверены. Для того, чтобы изменить Implemented состояние требования, это должно быть соединено с компонентом архитектуры, которая реализует соответствующую функцию. Мы соединяем оба требования с Waveform Generator и Signal Processor. Заметьте, что менеджер по Требованиям в нижней части также показывает состояние R1 и R2. После соединения требований к компонентам менеджер по Требованиям показывает, что состояние R1 и R2 превратилось в Implemented. Когда требование выбрано в менеджере по Требованиям, компоненты, с которыми оно соединяется, подсвечены с фиолетовой системой координат. Соединенные компоненты также показывают в разделах Ссылок вкладки Details справа.

Другой удобный способ визуализировать ссылки между требованиями и компонентами архитектуры является Матрицей Трассируемости, которая может быть сгенерирована путем нажатия на Traceability Matrix во вкладке Requirements Редактора Требований. Это ясно показывает, какие компоненты ответственны за реализацию каждого требования.

Реализация компонента

Чтобы симулировать радиолокационную систему, мы теперь должны предоставить конкретное поведение компонентам модели архитектуры. System Composer допускает определение поведения Simulink для некоторых компонентов при оставлении поведения других компонентов неопределенным. Это обеспечивает большую гибкость к проектированию и симуляции, поскольку мы можем создать функционирование и тестируемую модель с некоторыми компонентами, смоделированными подробно, в то время как другие компоненты задали только на абстрактном уровне. В этом примере мы только укажем, что конкретное поведение для компонентов радарного датчика должно было реализовать генерацию, передачу, прием и обработку радарного сигнала. Мы также предоставим конкретную реализацию Targets and Environment.

Чтобы задать размерности сигналов в модели, пример принимает, что целевые положения заданы матричным tgtpos с тремя строками, целевые скорости заданы матричным tgtvel с тремя строками, и цели RCS заданы векторным tgtrcs.

Системные параметры

Чтобы предоставить поведение Simulink компонентам радарного датчика, мы сначала должны идентифицировать набор радарных расчетных параметров, которые могли удовлетворить установленным требованиям. Набор параметров для радиолокационной системы, которая удовлетворила бы R1 и R2, может быть быстро найден путем выполнения радарного анализа уравнения области значений в приложении Radar Designer. Приложение вычисляет множество радарных показателей производительности и визуализирует эффективность обнаружения радиолокационной системы в зависимости от области значений. Мы используем Metrics and Requirements таблица, чтобы установить объективные значения максимальной области значений и требований разрешения области значений к требуемым значениям, заданным в R1 и R2. Затем мы настраиваем системные параметры, пока график стоп-сигнала не указывает, что эффективность системы удовлетворяет объективному требованию. Получившийся набор радарных расчетных параметров:

Откройте этот проект в приложении Radar Designer.

radarDesigner('RadarDesigner_RectangularWaveform.mat');

Генератор формы волны

Анализ, выполняемый в приложении Radar Designer, принимает продукт пропускной способности времени, чтобы быть равным 1. Это означает, что переданная форма волны является немодулируемым меандром. Мы можем использовать приложение Pulse Waveform Analyzer, чтобы подтвердить, что выведенные параметры формы волны приведут к желаемой эффективности и удовлетворят R1 и R2.

Начните приложение Pulse Waveform Analyzer с параметров формы волны, заданных в этом примере.

pulseWaveformAnalyzer('PulseWaveformAnalyzer_RectangularWaveform.mat');

Приложение показывает, что разрешение области значений и однозначная область значений соглашаются хорошо с нашими требованиями.

Реализовывать это поведение в радарной модели, the Waveform Generator компонент должен содержать только один блок Simulink, генерирующий прямоугольную форму волны. Выход Rectangular Waveform блок соединяется с внешним Waveform порт соединяется с Transmit Array компонент. С тех пор в этом примере мы не моделируем сигналы команды, Cmd вход соединяется с терминатором строки.

Мы устанавливаем Output signal format свойство блока к Pulses, что означает что каждый импульсный интервал повторения (PRI) 1/prf секунды, блок произведет вектор-столбец fs/prf комплексные выборки формы волны.

Передайте массив

Компонент Передачи Массивов включает следующие блоки Simulink:

Радарный анализ уравнения области значений идентифицировал, что усиление передачи должно составить 26 дБ. Мы устанавливаем Gain свойство Transmitter блокируйтесь к 20 дБ и используйте антенную решетку, чтобы получить дополнительное усиление 6 дБ. Антенна фазированной решетки с желаемыми свойствами может быть создана с использованием приложение Sensor Array Analyzer. В этом примере мы используем универсальную линейную матрицу с 4 элементами, которая имеет усиление массивов приблизительно 6 дБ.

Откройте модель массивов в приложении Sensor Array Analyzer.

sensorArrayAnalyzer('SensorArrayAnalyzer_ULA.mat');

Simulink System Composer требует явной спецификации размерностей, шага расчета и сложности входных сигналов. Мы устанавливаем размерности Waveform введите к [fs/prf 1], шаг расчета к 1/prf, и сложность к 'complex'. Размерности TargetsPos вход установлен в size(tgtpos), оставление настройки по умолчанию для соответствующего шага расчета и сложности.

Получите массив

Rx вход является матрицей полученных выборок формы волны со столбцами, соответствующими size(tgtpos,2) цели. Размерности Rx должен быть установлен в [фс/PRF size(tgtpos,2)], шаг расчета к 1/prf, и сложность к 'complex'.

Сигнальный процессор

Signal Processor реализует простую цепь обработки сигналов, которая состоит из:

Размерности Signal введите должен быть сконфигурирован к [fs/prf num_array_elements], шаг расчета к 1/prf, и сложность должна быть установлена в 'complex'

Цели и среда

Targets компонент реализован с помощью одного Platform блок.

Propagation компонент состоит из:

Размерности Tx введите должен быть установлен to [fs/prf size(tgtpos,2)], шаг расчета к 1/prf, и сложность к 'complex'.

Выходные данные моделирования

Определения поведения Simulink для вышеупомянутых блоков достаточно, чтобы получить модель радиолокационной системы, которая может произвести радарные обнаружения. До продолжения тестирования модели и проверки требований реального исполнения, мы хотим запустить симуляцию и проверять, генерирует ли это результаты как ожидалось. Рассмотрите три цели следующими параметрами:

% Target positions 
tgtpos = [[2024.66;0;0],[3518.63;0;0],[3845.04;0;0]];
 
% Target velocities
tgtvel = [[0;0;0],[0;0;0],[0;0;0]];
 
% Target RCS
tgtrcs = [1.0 1.0 1.0];

Добавление Инспектора Данных моделирования, чтобы регистрировать выход Signal Processer компонент и выполнение симуляции, результатов в профиле области значений, показанном ниже. Как ожидалось мы получаем три отличных быстрых взгляда, соответствующие трем целям в симуляции.

% Set the model parameters
helperslexRadarArchitectureParameters;

% Run the simulation
simOut = sim('slexRadarArchitectureExample');

data = simOut.logsout{1}.Values.Data;

% Plot results
figure;
plot(range_gates, data(numel(range_gates)+1:end));
xlabel('Range (m)');
ylabel('Power (W)');
title('Signal Processor Output');

grid on;

Сводные данные

Этим примером является первая часть серии из двух частей о том, как спроектировать и проверить радиолокационную систему в Simulink, начинающем со списка требований к производительности. Это показывает, как создать архитектуру радиолокационной системы с помощью Simulink System Composer, который может использоваться в качестве виртуального испытательного стенда для разработки и тестирования радиолокационной системы. Часть 1 также демонстрирует, как соединить требования к производительности с компонентами архитектуры и как реализовать поведение компонентов с помощью Simulink, чтобы получить функционирование и тестируемую модель.

В части 2 этого примера мы показываем, как настроить тестовые наборы, чтобы протестировать созданный радарный проект и как проверить, что установленным требованиям к производительности удовлетворяют.