В этом примере показано, как моделировать сквозной моностатический радар с помощью Simulink ®. Моностатический радар состоит из передатчика, размещенного с приемником. Передатчик генерирует импульс, который попадает в цель и выдает эхо, принятое приемником. Измеряя местоположение эхо-сигналов во времени, можно оценить диапазон цели. Первая часть этого примера демонстрирует, как обнаружить дальность одиночной цели, используя эквивалент одноэлементной антенны. Вторая часть примера покажет, как построить моностатический радар с 4-элементной однородной линейной решеткой (ULA), которая обнаруживает дальность 4 цели.
В этом примере представлены две модели Simulink ®:
Моностатический радар с одной целью: slexMonostaticRadarExample.slx
Моностатический ULA радар с четырьмя целями: slexMonostaticRadleMultipleExample.slx
Эта модель имитирует простой сквозной моностатический радар. Использование блока передатчика без узкополосного блока передающей решетки эквивалентно моделированию одного изотропного антенного элемента. Прямоугольные импульсы усиливаются блоком передатчика, затем распространяются на цель и от нее в свободном пространстве. Шум и усиление затем прикладываются в блоке предварительного усилителя приемника к обратному сигналу, за которым следует согласованный фильтр. Потери диапазона компенсируются, и импульсы нескогерентно интегрируются. Большинство проектных спецификаций получены из примера моделирования тестовых сигналов для радиолокационного приемника, приведенного для системных объектов.
Модель состоит из приемопередатчика, канала и цели. Блоки, соответствующие каждому разделу модели:
Приемопередатчик
Rectangular - создает прямоугольные импульсы.
Transmitter - Усиливает импульсы и посылает состояние передачи/приема в Receiver Preamp блок для указания, передает ли он.
Receiver Preamp - Принимает импульсы из свободного пространства, когда передатчик выключен. Этот блок также добавляет шум в сигнал.
Constant - Используется для задания положения и скорости РЛС. Их значения получены Freespace блоки с использованием Goto и From.
Signal Processing - Подсистема выполняет фильтрацию совпадений и интеграцию импульсов.
Target Range Scope - отображает интегрированный импульс как функцию диапазона.
Подсистема обработки сигналов
Matched Filter - Выполняет фильтрацию совпадений для улучшения SNR.
TVG - Изменяющийся во времени выигрыш для компенсации потери дальности.
Pulse Integrator - Интегрирует несколько импульсов некогерентно.
Канал
Freespace - Применяет к импульсам задержки распространения, потери и доплеровские сдвиги. Один блок используется для передаваемых импульсов, а другой - для отраженных импульсов. Freespace блоки требуют расположения и скоростей РЛС и цели. Они поставляются с использованием Goto и From блоки.
Цель
Target - Подсистема отражает импульсы в соответствии с заданной RCS. Эта подсистема включает в себя Platform блок, моделирующий скорость и положение цели, подаваемые на Freespace блоки с использованием Goto и From блоки. В этом примере цель неподвижна и расположена в 1998 метрах от радара.
Несколько диалоговых параметров модели вычисляются вспомогательной функцией helperslexMonostaticRadarParam. Чтобы открыть функцию из модели, щелкните значок Modify Simulation Parameters блок. Эта функция выполняется один раз при загрузке модели. Он экспортирует в рабочую область структуру, на поля которой ссылаются диалоговые окна. Чтобы изменить любые параметры, измените значения в структуре в командной строке или отредактируйте вспомогательную функцию и повторно запустите ее для обновления структуры параметров.
На рисунке ниже показан диапазон цели. Вычисляют целевой диапазон из задержки обратного хода отраженного импульса. Задержка измеряется по пику выхода согласованного фильтра. Мы видим, что цель находится примерно в 2000 метрах от радара. Этот диапазон находится в пределах 50-метрового разрешения радара от фактического диапазона.
Эта модель оценивает дальность действия четырех стационарных целей с помощью моностатического радара. Радиолокационный приемопередатчик использует 4-элементную равномерную линейную антенную решетку (ULA) для улучшения направленности и усиления. Формирователь луча также включен в приемник. Цели расположены в 1988, 3532, 3845 и 1045 метрах от радара.
Блоки, добавленные к предыдущему примеру:
Narrowband Tx Array - моделирует антенную решетку для передачи узкополосных сигналов. Антенная решетка конфигурируется с помощью вкладки «Sensor Array» на диалоговой панели блока. Narrowband Tx Array блок моделирует передачу импульсов через антенную решетку в четырех направлениях, указанных с помощью Ang порт. Выходной сигнал этого блока представляет собой матрицу из четырех столбцов. Каждый столбец соответствует импульсам, распространяемым в направлении четырех целей.
Narrowband Rx Array - моделирует антенную решетку для приема узкополосных сигналов. Массив конфигурируется с помощью вкладки «Sensor Array» диалоговой панели блока. Блок принимает импульсы из четырех направлений, указанных с помощью Ang порт. Вход этого блока представляет собой матрицу из четырёх столбцов. Каждый столбец соответствует импульсам, распространяемым от направления каждой цели. Выход блока представляет собой матрицу из 4 столбцов. Каждый столбец соответствует сигналу, принятому в каждом антенном элементе.
Range Angle- Вычисляет углы между РЛС и целями. Углы используются Narrowband Tx Array и Narrowband Rx Array блоки для определения, в каких направлениях моделировать передачу или прием импульсов.
Phase Shift Beamformer - Луч формирует выходной сигнал Receiver Preamp. Вход в формирователь луча представляет собой матрицу из 4 столбцов, по одному столбцу для сигнала, принимаемого на каждом антенном элементе. Выходной сигнал является формируемым лучом вектором принятого сигнала.
В этом примере показано, как использовать один Platform, Freespace и Target блоки для моделирования всех четырех путей распространения в обоих направлениях. В Platform блок, исходные положения и параметры скорости задаются как матрицы три на четыре. Каждый столбец матрицы соответствует другой цели. Входы положения и скорости в систему Freespace блок поступает с выходов Platform блок в виде матриц «три на четыре». Опять же, каждый столбец матрицы соответствует другой цели. Сигнальные входы и выходы Freespace блок имеет четыре столбца, по одному столбцу для пути распространения к каждому целевому объекту. Freespace блок имеет параметр двустороннего распространения. Параметр «Среднее сечение РЛС» (RCS) Target блок задается как вектор из четырех элементов, представляющих RCS каждой цели.
Несколько диалоговых параметров модели вычисляются вспомогательной функцией helperslexMonostaticRadleMultipleParam. Чтобы открыть функцию из модели, щелкните значок Modify Simulation Parameters блок. Эта функция выполняется один раз при загрузке модели. Он экспортирует в рабочую область структуру, на поля которой ссылаются диалоговые окна. Чтобы изменить любые параметры, измените значения в структуре в командной строке или отредактируйте вспомогательную функцию и повторно запустите ее для обновления структуры параметров.
На рисунке ниже показаны обнаруженные диапазоны целевых объектов. Вычисляют целевые дальности по задержке времени прохождения отраженных сигналов от целей в оба конца. Мы видим, что цели находятся примерно в 2000, 3550 и 3850 метрах от радара. Эти результаты находятся в пределах 50-метрового разрешения радара от фактического диапазона.
