В этом примере показано, как планировать радиолокационную сеть с использованием моделирования распространения по местности. Данные рельефа DTED уровня 1 импортируются для региона, который содержит пять возможных моностатических радиолокационных станций. Уравнение радара используется для определения того, могут ли быть обнаружены целевые местоположения, где дополнительные потери на пути вычисляются либо с помощью модели распространения Лонгли-Райса, либо с помощью интегрированной Model™ Земли (TIREM™). Лучшие три площадки выбраны для обнаружения цели, которая летит на высоте 500 метров над уровнем земли. Сценарий обновляется для моделирования цели, которая летит на высоте 250 метров над уровнем земли. Карты радиолокационного покрытия показаны для обоих сценариев.
Импорт данных местности в формате DTED для региона вокруг Боулдера, Колорадо, США. Файл местности был загружен из набора данных «SRTM Void Filled», доступного от Геологической службы США (USGS). Файл имеет формат DTED level-1 и разрешение выборки около 90 метров. Один файл DTED определяет область, которая охватывает 1 градус как по широте, так и по долготе.
dtedfile = "n39_w106_3arc_v2.dt1"; attribution = "SRTM 3 arc-second resolution. Data available from the U.S. Geological Survey."; addCustomTerrain("southboulder",dtedfile, ... "Attribution",attribution)
Откройте средство просмотра сайтов с помощью импортированной местности. Визуализация с помощью спутниковых карт высокого разрешения требует подключения к Интернету.
viewer = siteviewer("Terrain","southboulder");
Область содержит горы к западу и более плоские области к востоку. Радары будут размещены в равнинной области для обнаружения целей над горной областью. Определите пять возможных местоположений для размещения радаров и покажите их на карте. Местоположения-кандидаты выбираются так, чтобы соответствовать местным высоким точкам на карте вне жилых районов.
Создать в каждом местоположении совмещенные участки передатчика и приемника для моделирования моностатических РЛС, где предполагается, что антенны РЛС находятся на высоте 10 метров над уровнем земли.
names = "Radar site" + (1:5); rdrlats = [39.6055 39.6481 39.7015 39.7469 39.8856]; rdrlons = [-105.1602 -105.1378 -105.1772 -105.2000 -105.2181]; % Create transmitter sites associated with radars rdrtxs = txsite("Name",names, ... "AntennaHeight",10, ... "Latitude",rdrlats, ... "Longitude",rdrlons); % Create receiver sites associated with radars rdrrxs = rxsite("Name",names, ... "AntennaHeight",10, ... "Latitude",rdrlats, ... "Longitude",rdrlons); % Show just the radar transmitter sites show(rdrtxs);
Увеличьте масштаб изображения и поверните карту для просмотра 3-D местности вокруг возможных радиолокационных площадок. Выберите площадку для просмотра местоположения, высоты антенны и отметки земли.
Проектирование базовой системы моностатической импульсной РЛС для обнаружения неопустящихся целей с сечением РЛС 0,1 квадратного метра на расстоянии до 35000 метров от РЛС с разрешением по дальности 5 метров. Требуемым показателем производительности является вероятность обнаружения (Pd) 0,9 и вероятность ложного аварийного сигнала (Pfa) ниже 1e-6. Предполагается, что радары могут вращаться и поддерживают одинаковый коэффициент усиления антенны во всех направлениях, где коэффициент усиления антенны соответствует высоконаправленной антенной решетке.
pd = 0.9; % Probability of detection pfa = 1e-6; % Probability of false alarm maxrange = 35000; % Maximum unambiguous range (m) rangeres = 5; % Required range resolution (m) tgtrcs = .1; % Required target radar cross section (m^2)
Используйте импульсную интеграцию для уменьшения требуемого SNR в приемнике РЛС. Используйте 10 импульсов и вычислите SNR, необходимый для обнаружения цели.
numpulses = 10;
snrthreshold = albersheim(pd, pfa, numpulses); % Unit: dB
disp(snrthreshold);4.9904
Определите частоту радиолокационного центра и коэффициент усиления антенны, предполагая наличие высоконаправленной антенной решетки.
fc = 10e9; % Transmitter frequency: 10 GHz antgain = 38; % Antenna gain: 38 dB c = physconst('LightSpeed'); lambda = c/fc;
Вычислите требуемую пиковую мощность импульса (Вт) радиолокационного передатчика, используя уравнение радара.
pulsebw = c/(2*rangeres); pulsewidth = 1/pulsebw; Ptx = radareqpow(lambda,maxrange,snrthreshold,pulsewidth,... 'RCS',tgtrcs,'Gain',antgain); disp(Ptx)
3.1521e+05
Определите сетку, содержащую 2500 местоположений для представления географического диапазона позиций движущейся цели в интересующей области. Область, представляющая интерес, охватывает 0,5 градуса как широты, так и долготы и включает горы к западу, а также некоторые районы вокруг радиолокационных станций. Цель - обнаружить цели, которые находятся в горном районе к западу.
% Define region of interest latlims = [39.5 40]; lonlims = [-105.6 -105.1]; % Define grid of target locations in region of interest tgtlatv = linspace(latlims(1),latlims(2),50); tgtlonv = linspace(lonlims(1),lonlims(2),50); [tgtlons,tgtlats] = meshgrid(tgtlonv,tgtlatv); tgtlons = tgtlons(:); tgtlats = tgtlats(:);
Вычислите минимальную, максимальную и среднюю отметку земли для целевых местоположений.
% Create temporary array of sites corresponding to target locations and query terrain Z = elevation(txsite("Latitude",tgtlats,"Longitude",tgtlons)); [Zmin, Zmax] = bounds(Z); Zmean = mean(Z); disp("Ground elevation (meters): Min Max Mean" + newline + ... " " + round(Zmin) + " " + round(Zmax) + " " + round(Zmean))
Ground elevation (meters): Min Max Mean
1257 3953 2373
Высота цели может определяться с учетом среднего уровня моря или уровня земли. Использовать уровень земли в качестве опорного и определить целевую высоту 500 метров.
% Target altitude above ground level (m)
tgtalt = 500;Показать интересующую область как сплошную зеленую область на карте.
viewer.Name = "Radar Coverage Region of Interest"; regionData = propagationData(tgtlats,tgtlons,'Area',ones(size(tgtlats))); contour(regionData,'ShowLegend',false,'Colors','green','Levels',0)
Уравнение РЛС включает потери на пути свободного пространства и имеет параметр для дополнительных потерь. Используйте модель распространения рельефа местности для прогнозирования дополнительной потери пути по рельефу. Используйте метод Terrain Integrated Rough Earth Model™ (TIREM™) компании Alion Science, если он доступен, или модель Лонгли-Райса (она же ITM). TIREM™ поддерживает частоты до 1000 ГГц, в то время как Longley-Rice действует до 20 ГГц. Вычисляют суммарные дополнительные потери, включая распространение от радара к цели и затем обратно от цели к приемнику.
% Create a terrain propagation model, using TIREM or Longley-Rice tiremloc = tiremSetup; if ~isempty(tiremloc) pm = propagationModel('tirem'); else pm = propagationModel('longley-rice'); end % Compute additional path loss due to terrain and return distances between radars and targets [L, ds] = helperPathlossOverTerrain(pm, rdrtxs, rdrrxs, tgtlats, tgtlons, tgtalt);
Уравнение РЛС используется для вычисления ОСШ в каждом радиолокационном приемнике для сигнала, отраженного от каждой цели.
% Compute SNR for all radars and targets numtgts = numel(tgtlats); numrdrs = numel(rdrtxs); rawsnr = zeros(numtgts,numrdrs); for tgtind = 1:numtgts for rdrind = 1:numrdrs rawsnr(tgtind,rdrind) = radareqsnr(lambda,ds(tgtind,rdrind),Ptx,pulsewidth, ... 'Gain',antgain,'RCS',tgtrcs,'Loss',L(tgtind,rdrind)); end end
Цель обнаруживается, если SNR радиолокационного приемника превышает пороговое значение SNR, вычисленное выше. Рассмотрим все комбинации радиолокационных объектов и выберите три объекта, которые производят наибольшее количество обнаружений. Вычислите данные SNR как наилучшее SNR, доступное в приемнике любой из выбранных радиолокационных станций.
bestsitenums = helperOptimizeRadarSites(rawsnr, snrthreshold); snr = max(rawsnr(:,bestsitenums),[],2);
Отображение радиолокаторного покрытия, показывающего область, где SNR соответствует пороговому значению, необходимому для обнаружения цели. Три радиолокационные станции, выбранные для наилучшего покрытия, показаны с использованием красных маркеров.
Карта покрытия показывает прямые края с северной, восточной и южной сторон, соответствующие границам интересующей области. Карта покрытия предполагает, что радары могут вращаться и создавать одинаковый коэффициент усиления антенны во всех направлениях и что радары могут передавать и принимать одновременно, чтобы не было минимального диапазона покрытия.
Карта покрытия имеет зазубренные участки на западном краю, где зоны покрытия ограничены воздействием рельефа местности. Гладкая часть западного края появляется там, где охват ограничен расчетной дальностью радиолокационной системы, которая составляет 35000 метров.
% Show selected radar sites using red markers viewer.Name = "Radar Coverage"; clearMap(viewer) show(rdrtxs(bestsitenums)) % Plot radar coverage rdrData = propagationData(tgtlats,tgtlons,"SNR",snr); legendTitle = "SNR" + newline + "(dB)"; contour(rdrData, ... "Levels",snrthreshold, ... "Colors","green", ... "LegendTitle",legendTitle)
Анализ выше оптимизировал мощность радиолокационного передатчика и местоположение объекта на основе системы, которая интегрирует 10 импульсов. Теперь изучите влияние на радиолокационное покрытие для различных режимов работы системы, где количество интегрируемых импульсов варьируется. Вычисляют пороговые значения SNR, необходимые для обнаружения цели для изменяющегося числа импульсов.
% Calculate SNR thresholds corresponding to different number of pulses numpulses = 1:10; snrthresholds = zeros(1,numel(numpulses)); for k = 1:numel(numpulses) snrthresholds(k) = albersheim(pd, pfa, numpulses(k)); end % Plot SNR thresholds vs number of pulses to integrate plot(numpulses,snrthresholds,'-*') title("SNR at Radar Receiver Required for Detection") xlabel("Number of pulses to integrate") ylabel("SNR (dB)") grid on;
Отображение карты покрытия радиолокатора для пороговых значений SNR, соответствующих нескольким различным числам интегрированных импульсов. Увеличение количества импульсов для интеграции уменьшает требуемое SNR и, следовательно, создает большую область покрытия.
% Show best sites viewer.Name = "Radar Coverage for Multiple SNR Thresholds"; show(rdrtxs(bestsitenums)) colors = jet(4); colors(4,:) = [0 1 0]; contour(rdrData, ... "Levels",snrthresholds([1 2 5 10]), ... "Colors",colors, ... "LegendTitle",legendTitle)
Обновите сценарий таким образом, чтобы целевые позиции находились на высоте 250 метров над уровнем земли, а не 500 метров над уровнем земли. Повторно выполните тот же анализ, что и выше, чтобы выбрать три лучших радиолокационных объекта и визуализировать покрытие. Новая карта покрытия показывает, что уменьшение видимости целевых объектов также уменьшает зону покрытия.
% Target altitude above ground (m) tgtalt = 250; [L, ds] = helperPathlossOverTerrain(pm, rdrtxs, rdrrxs, tgtlats, tgtlons, tgtalt); % Compute SNR for all radars and targets numrdrs = numel(rdrtxs); rawsnr = zeros(numtgts,numrdrs); for tgtind = 1:numtgts for rdrind = 1:numrdrs rawsnr(tgtind,rdrind) = radareqsnr(lambda,ds(tgtind,rdrind),Ptx,pulsewidth, ... 'Gain',antgain,'RCS',tgtrcs,'Loss',L(tgtind,rdrind)); end end % Select best combination of 3 radar sites bestsitenums = helperOptimizeRadarSites(rawsnr, snrthreshold); snr = max(rawsnr(:,bestsitenums),[],2); % Show best sites viewer.Name = "Radar Coverage"; clearMap(viewer); show(rdrtxs(bestsitenums)) % Plot radar coverage rdrData = propagationData(tgtlats,tgtlons,"SNR",snr); contour(rdrData, ... "Levels",snrthreshold, ... "Colors","green", ... "LegendTitle",legendTitle)
Отображение карты покрытия радиолокатора для нескольких пороговых значений SNR.
% Show best sites viewer.Name = "Radar Coverage for Multiple SNR Thresholds"; show(rdrtxs(bestsitenums)) contour(rdrData, ... "Levels",snrthresholds([1 2 5 10]), ... "Colors",colors, ... "LegendTitle",legendTitle)
Моностатическая радиолокационная система была предназначена для обнаружения неопустящихся целей с сечением РЛС (РСК) 0,1 квадратного метра на расстоянии до 35000 метров. Радиолокационные объекты были выбраны из пяти потенциальных объектов для оптимизации количества обнаружений в интересующей области. Рассматривались две высоты цели: 500 метров над уровнем земли, и 250 метров над уровнем земли. Карты покрытия указывают на важность видимости линии визирования между РЛС и целью для достижения обнаружения. Второй сценарий приводит к тому, что цели находятся ближе к уровню земли и, следовательно, с большей вероятностью будут блокированы от видимости линии визирования с помощью радара. Это можно увидеть, поворачивая карту для просмотра местности, где зоны, не относящиеся к покрытию, обычно расположены в теневых областях гор.
Выполните очистку, закрыв средство просмотра сайтов и удалив импортированные данные рельефа.
close(viewer)
removeCustomTerrain("southboulder")