Доплеровская оценка
phased.DopplerEstimator Система object™ оценивает доплеровские частоты целей. Вход в блок оценки состоит из местоположений обнаружения, выходящих из детектора, и куба данных диапазона-доплеровского отклика. При кластеризации обнаружений доплеровские частоты вычисляются с использованием кластерной информации. Кластеризация связывает несколько обнаружений в одно расширенное обнаружение.
Чтобы вычислить доплеровские значения для обнаружений:
Определите и настройте доплеровский оценщик с помощью следующей процедуры конструирования.
Позвоните в step метод для вычисления доплеровского числа обнаружений, используя свойства, указанные для phased.DopplerEstimator Системный объект.
Примечание
Вместо использования step для выполнения операции, определенной объектом System, можно вызвать объект с аргументами, как если бы это была функция. Например, y = step(obj,x) и y = obj(x) выполнять эквивалентные операции.
estimator = phased.DopplerEstimator создает объект системы доплеровской оценки, estimator.
estimator = phased.DopplerEstimator( создает объект System, Name,Value)estimator, с каждым указанным свойством Name установить в указанное значение Value. Можно указать дополнительные аргументы пары имен и значений в любом порядке как (Name1,Value1,...,NameN,ValueN).
| шаг | Оценка целевого доплеровского значения |
| Общие для всех системных объектов | |
|---|---|
release | Разрешить изменение значения свойства объекта системы |
Чтобы оценить дальность и скорость трех целей, создайте доплеровскую карту дальности, используя phased.RangeDopplerResponse object™ системы. Затем используйте phased.RangeEstimator и phased.DopplerEstimator Объекты системы для оценки дальности и скорости. Передатчик и приемник являются совмещенными изотропными антенными элементами, образующими моностатическую радиолокационную систему.
Передаваемый сигнал представляет собой линейный ЧМ-сигнал с интервалом повторения импульсов (PRI) 7,0 мкс и рабочим циклом 2%. Рабочая частота 77 ГГц, частота дискретизации 150 МГц.
fs = 150e6;
c = physconst('LightSpeed');
fc = 77.0e9;
pri = 7e-6;
prf = 1/pri;Настройте параметры сценария. Передатчик и приемник неподвижны и расположены в начале координат. Цели находятся в 500, 530 и 750 метрах от радара по оси х. Цели движутся вдоль оси X со скоростями -60, 20 и 40 м/с. Все три цели имеют несъемное сечение РЛС (RCS) 10 дБ. Создайте платформы цели и РЛС.
Numtgts = 3; tgtpos = zeros(Numtgts); tgtpos(1,:) = [500 530 750]; tgtvel = zeros(3,Numtgts); tgtvel(1,:) = [-60 20 40]; tgtrcs = db2pow(10)*[1 1 1]; tgtmotion = phased.Platform(tgtpos,tgtvel); target = phased.RadarTarget('PropagationSpeed',c,'OperatingFrequency',fc, ... 'MeanRCS',tgtrcs); radarpos = [0;0;0]; radarvel = [0;0;0]; radarmotion = phased.Platform(radarpos,radarvel);
Создайте антенны передатчика и приемника.
txantenna = phased.IsotropicAntennaElement; rxantenna = clone(txantenna);
Настройка обработки сигналов на стороне передатчика. Создайте линейный ЧМ-сигнал повышенной частоты с полосой пропускания, равной половине частоты дискретизации. Найдите длину PRI в выборках, а затем оцените среднеквадратичную полосу пропускания и разрешение диапазона.
bw = fs/2; waveform = phased.LinearFMWaveform('SampleRate',fs, ... 'PRF',prf,'OutputFormat','Pulses','NumPulses',1,'SweepBandwidth',fs/2, ... 'DurationSpecification','Duty cycle','DutyCycle',0.02); sig = waveform(); Nr = length(sig); bwrms = bandwidth(waveform)/sqrt(12); rngrms = c/bwrms;
Настройте свойства объекта «Система датчиков и радиаторов». Пиковая выходная мощность составляет 10 Вт, а коэффициент усиления передатчика - 36 дБ.
peakpower = 10; txgain = 36.0; txgain = 36.0; transmitter = phased.Transmitter( ... 'PeakPower',peakpower, ... 'Gain',txgain, ... 'InUseOutputPort',true); radiator = phased.Radiator( ... 'Sensor',txantenna,... 'PropagationSpeed',c,... 'OperatingFrequency',fc);
Настройка канала свободного пространства в режиме двустороннего распространения.
channel = phased.FreeSpace( ... 'SampleRate',fs, ... 'PropagationSpeed',c, ... 'OperatingFrequency',fc, ... 'TwoWayPropagation',true);
Настройте обработку на стороне получателя. Задайте коэффициент усиления приемника и коэффициент шума.
collector = phased.Collector( ... 'Sensor',rxantenna, ... 'PropagationSpeed',c, ... 'OperatingFrequency',fc); rxgain = 42.0; noisefig = 1; receiver = phased.ReceiverPreamp( ... 'SampleRate',fs, ... 'Gain',rxgain, ... 'NoiseFigure',noisefig);
Закольцовывайте импульсы, чтобы создать куб данных из 128 импульсов. Для каждого шага цикла перемещайте цель и распространяйте сигнал. Затем поместите принятый сигнал в куб данных. Куб данных содержит принятый сигнал на импульс. Обычно куб данных имеет три измерения, где последнее измерение соответствует антеннам или лучам. Поскольку используется только один датчик, куб имеет только два измерения.
Шаги обработки:
Переместите РЛС и цели.
Передача сигнала.
Распространение сигнала формы сигнала на цель.
Отражение сигнала от цели.
Распространение сигнала обратно на радар. Двустороннее распространение позволяет комбинировать возвратное распространение с исходящим.
Прием сигнала на РЛС.
Загрузите сигнал в куб данных.
Np = 128; dt = pri; cube = zeros(Nr,Np); for n = 1:Np [sensorpos,sensorvel] = radarmotion(dt); [tgtpos,tgtvel] = tgtmotion(dt); [tgtrng,tgtang] = rangeangle(tgtpos,sensorpos); sig = waveform(); [txsig,txstatus] = transmitter(sig); txsig = radiator(txsig,tgtang); txsig = channel(txsig,sensorpos,tgtpos,sensorvel,tgtvel); tgtsig = target(txsig); rxcol = collector(tgtsig,tgtang); rxsig = receiver(rxcol); cube(:,n) = rxsig; end
Отображение куба данных, содержащего сигналы на импульс.
imagesc([0:(Np-1)]*pri*1e6,[0:(Nr-1)]/fs*1e6,abs(cube)) xlabel('Slow Time {\mu}s') ylabel('Fast Time {\mu}s') axis xy
Создайте и отобразите доплеровское изображение диапазона для 128 доплеровских ячеек. Изображение показывает диапазон по вертикали и скорость по горизонтали. Для фильтрации совпадений используется линейный ЧМ-сигнал. Изображение здесь - карта доплеровского диапазона.
ndop = 128; rangedopresp = phased.RangeDopplerResponse('SampleRate',fs, ... 'PropagationSpeed',c,'DopplerFFTLengthSource','Property', ... 'DopplerFFTLength',ndop,'DopplerOutput','Speed', ... 'OperatingFrequency',fc); matchingcoeff = getMatchedFilter(waveform); [rngdopresp,rnggrid,dopgrid] = rangedopresp(cube,matchingcoeff); imagesc(dopgrid,rnggrid,10*log10(abs(rngdopresp))) xlabel('Closing Speed (m/s)') ylabel('Range (m)') axis xy
Поскольку цели лежат вдоль положительной оси x, положительная скорость в глобальной системе координат соответствует отрицательной скорости замыкания. Отрицательная скорость в глобальной системе координат соответствует положительной скорости замыкания.
Оцените мощность шума после согласованной фильтрации. Создание фонового изображения с постоянным шумом в целях моделирования.
mfgain = matchingcoeff'*matchingcoeff; dopgain = Np; noisebw = fs; noisepower = noisepow(noisebw,receiver.NoiseFigure,receiver.ReferenceTemperature); noisepowerprc = mfgain*dopgain*noisepower; noise = noisepowerprc*ones(size(rngdopresp));
Создайте диапазон и объекты-оценщики Доплера.
rangeestimator = phased.RangeEstimator('NumEstimatesSource','Auto', ... 'VarianceOutputPort',true,'NoisePowerSource','Input port', ... 'RMSResolution',rngrms); dopestimator = phased.DopplerEstimator('VarianceOutputPort',true, ... 'NoisePowerSource','Input port','NumPulses',Np);
Найдите целевые индексы в доплеровском изображении диапазона. Вместо использования CFAR-детектора, для простоты, использовать известные местоположения и скорости целей для получения соответствующего индекса в дальномерно-доплеровском изображении.
detidx = NaN(2,Numtgts); tgtrng = rangeangle(tgtpos,radarpos); tgtspd = radialspeed(tgtpos,tgtvel,radarpos,radarvel); tgtdop = 2*speed2dop(tgtspd,c/fc); for m = 1:numel(tgtrng) [~,iMin] = min(abs(rnggrid-tgtrng(m))); detidx(1,m) = iMin; [~,iMin] = min(abs(dopgrid-tgtspd(m))); detidx(2,m) = iMin; end
Найдите мощность шума в местах обнаружения.
ind = sub2ind(size(noise),detidx(1,:),detidx(2,:));
Оцените диапазон и дисперсию диапазона в местах обнаружения. Предполагаемые диапазоны соответствуют постулированным диапазонам.
[rngest,rngvar] = rangeestimator(rngdopresp,rnggrid,detidx,noise(ind))
rngest = 3×1
499.7911
529.8380
750.0983
rngvar = 3×1
10-4 ×
0.0273
0.0276
0.2094
Оцените дисперсию скорости и скорости в местах обнаружения. Расчетные скорости соответствуют прогнозируемым скоростям.
[spdest,spdvar] = dopestimator(rngdopresp,dopgrid,detidx,noise(ind))
spdest = 3×1
60.5241
-19.6167
-39.5838
spdvar = 3×1
10-5 ×
0.0806
0.0816
0.6188
[1] Ричардс, М. Основы обработки радиолокационных сигналов. 2-й ред. McGraw-Hill Professional Engineering, 2014.
[2] Ричардс, М., Дж. Шеер и В. Холм, Принципы современного радара: основные принципы. SciTech Publishing, 2010.