В этом примере показано, как использовать средство просмотра сценариев для визуализации моделирования на уровне системы.
Поэтапное моделирование системы массива часто включает в себя множество движущихся объектов. Например, массив и цели могут находиться в движении. Кроме того, каждый движущийся объект может иметь свои собственные ориентации, поэтому ведение бухгалтерского учета становится все более сложным, когда в симуляции присутствует больше игроков.
Система с фазированным массивом Toolbox™ предоставляет средство просмотра сценариев, помогающее визуализировать перемещение радаров и целей в пространстве. Через средство просмотра сценариев можно следовать по траектории каждой движущейся платформы и исследовать относительное движение между РЛС и целью.
В первом примере средство просмотра сценариев используется для визуализации траекторий радара и цели. Предположим, что радар кружит вокруг места зарождения в 3 км. Самолёт с РЛС летит со скоростью 250 м/с (около 560 миль в час), и делает круг примерно каждые 60 секунд.
v = 250; deltaPhi = 360/60; sensormotion = phased.Platform(... 'InitialPosition',[0;-3000;500],... 'VelocitySource','Input port',... 'InitialVelocity',[0;v;0]);
Цель движется по прямой дороге со скоростью 30 м/с вдоль оси х. что составляет приблизительно 67 миль в час.
tgtmotion = phased.Platform('InitialPosition',[0;0;0],... 'Velocity',[30;0;0]);
Средство просмотра настраивается на обновление через каждые 0,1 секунды. Для простейшего случая луч не показан зрителю.
tau = 0.5; sceneview = phased.ScenarioViewer('ShowBeam','None');
Этот код имитирует и отображает траектории радара и цели.
for m = 1:tau:60 [sensorpos,sensorvel] = sensormotion(tau,... v*[cosd(m*deltaPhi);sind(m*deltaPhi);0]); [tgtpos,tgtvel] = tgtmotion(tau); sceneview(sensorpos,sensorvel,tgtpos,tgtvel); drawnow; end
Следующим естественным шагом является визуализация лучей антенной решетки вместе с траекториями в зрителе. В следующем примере показано, как визуализировать два радара и три цели, движущиеся в пространстве. В частности. первая РЛС содержит луч, отслеживающий первую цель.
Во-первых, установить РЛС и цели. Обратите внимание, что первый радар и первая цель соответствуют тем, которые использовались в предыдущем разделе.
sensormotion = phased.Platform(... 'InitialPosition',[0 0;-3000 500;500 1], ... 'VelocitySource','Input port', ... 'InitialVelocity',[0 100;v 0;0 0], ... 'OrientationAxesOutputPort', true); tgtmotion = phased.Platform(... 'InitialPosition',[0 2000.66 3532.63;0 0 500;0 500 500],... 'Velocity',[30 120 -120; 0 0 -20; 0 0 60],... 'OrientationAxesOutputPort', true);
Чтобы правильно указать луч, зритель сценария должен знать информацию об ориентации радаров и целей. Такая информация может быть получена с этих движущихся платформ путем установки для свойства OrientationOutputPort значения true на каждом этапе моделирования, как показано в коде выше. Чтобы передать эту информацию в средство просмотра, установите для свойства OrientationInputPort средства просмотра сценариев значение true.
sceneview = phased.ScenarioViewer('BeamRange',[3e3 3e3],... 'BeamWidth',[5 5], ... 'ShowBeam', 'All', ... 'CameraPerspective', 'Custom', ... 'CameraPosition', [-15453.85 -19716.96 13539], ... 'CameraOrientation', [-47 -27 0]', ... 'CameraViewAngle', 11.28, ... 'OrientationInputPort', true, ... 'UpdateRate',1/tau);
Обратите внимание, что отображаемая балка имеет ширину луча 5 градусов и длину 3 км. Перспектива камеры также настраивается для более четкой визуализации всех траекторий.
for m = 1:60 [sensorpos,sensorvel,sensoraxis] = sensormotion(tau,... [v*[cosd(m*deltaPhi);sind(m*deltaPhi);0] [100; 0; 0]]); [tgtpos,tgtvel,tgtaxis] = tgtmotion(tau); % Radar 1 tracks Target 1 [lclrng, lclang] = rangeangle(tgtpos(:,1),sensorpos(:,1),... sensoraxis(:,:,1)); % Update beam direction sceneview.BeamSteering = [lclang [0;0]]; sceneview(sensorpos,sensorvel,sensoraxis,tgtpos,tgtvel,tgtaxis); drawnow; end
Средство просмотра сценариев также может быть объединено с другими визуализациями для предоставления дополнительной информации о системе в процессе моделирования. В следующем примере используется средство просмотра сценариев вместе с диапазоном интенсивности времени (RTI) и доплеровским диапазоном интенсивности времени (DTI), так что инженер может проверить, соответствуют ли расчетные диапазоны и скорости дальности целей истинному положению земли.
В примере используется радиолокационная система, созданная в примере моделирования тестовых сигналов для радиолокационного приемника.
load BasicMonostaticRadarExampleData.mat
Рассмотрим сцену, где есть три цели.
fc = radiator.OperatingFrequency; fs = waveform.SampleRate; c = radiator.PropagationSpeed; sensormotion = phased.Platform(... 'InitialPosition',[0; 0; 10],... 'Velocity',[0; 0; 0]); target = phased.RadarTarget(... 'MeanRCS',[1.6 2.2 1.05],... 'OperatingFrequency',fc); tgtmotion = phased.Platform(... 'InitialPosition',[2000.66 3532.63 3845.04; 0 0 0;10 10 10], ... 'Velocity',[120 -120 0; 0 0 0; 0 0 0]); channel = phased.FreeSpace(... 'SampleRate',fs,... 'TwoWayPropagation',true,... 'OperatingFrequency',fc);
Как только эхо-сигнал поступает в приемник, для выполнения оценки дальности используется согласованный фильтр и интегратор импульсов.
matchingcoeff = getMatchedFilter(waveform); matchingdelay = size(matchingcoeff,1)-1; matchedfilter = phased.MatchedFilter(... 'Coefficients',matchingcoeff,... 'GainOutputPort',true); prf = waveform.PRF; fast_time_grid = unigrid(0,1/fs,1/prf,'[)'); rangeGates = c*fast_time_grid/2; lambda = c/fc; max_range = 5000; tvg = phased.TimeVaryingGain(... 'RangeLoss',2*fspl(rangeGates,lambda),... 'ReferenceLoss',2*fspl(max_range,lambda)); num_pulse_int = 10;
Поскольку нет необходимости контролировать траекторию с частотой повторения импульсов, в этом примере предполагается, что система считывает радиолокационное измерение с частотой 20 Гц. В примере используется средство просмотра сценариев для мониторинга сцены и графика временной интенсивности диапазона (RTI), а также графика доплеровской временной интенсивности (DTI) для изучения оцененного диапазона и значения скорости диапазона.
r_update = 20; sceneview = phased.ScenarioViewer('UpdateRate',r_update,... 'Title','Monostatic Radar with Three Targets'); rtiscope = phased.IntensityScope('Name','Range-Time Intensity Scope',... 'XLabel','Range (m)', ... 'XResolution',c/(2*fs), ... 'XOffset',-(matchingdelay-1)*c/(2*fs), ... 'TimeResolution',1/r_update,'TimeSpan',5,'IntensityUnits','dB'); nfft = 128; df = prf/nfft; dtiscope = phased.IntensityScope(... 'Name','Doppler-Time Intensity Scope',... 'XLabel','Velocity (m/sec)', ... 'XResolution',dop2speed(df,lambda)/2, ... 'XOffset', dop2speed(-prf/2,lambda)/2, ... 'TimeResolution',1/r_update,'TimeSpan',5,'IntensityUnits','dB');
В следующем разделе выполняется моделирование системы и выполняется визуализация.
% Pre-allocate array for improved processing speed rxpulses = zeros(numel(rangeGates),num_pulse_int); for k = 1:100 for m = 1:num_pulse_int % Update sensor and target positions [sensorpos,sensorvel] = sensormotion(1/prf); [tgtpos,tgtvel] = tgtmotion(1/prf); % Calculate the target angles as seen by the sensor [~,tgtang] = rangeangle(tgtpos,sensorpos); % Simulate propagation of pulse in direction of targets pulse = waveform(); [txsig,txstatus] = transmitter(pulse); txsig = radiator(txsig,tgtang); txsig = channel(txsig,sensorpos,tgtpos,sensorvel,tgtvel); % Reflect pulse off of targets tgtsig = target(txsig); % Receive target returns at sensor rxsig = collector(tgtsig,tgtang); rxpulses(:,m) = receiver(rxsig,~(txstatus>0)); end rxpulses = matchedfilter(rxpulses); % Correct for matched filter delay rxpulses = buffer(... rxpulses(matchingdelay+1:end),... size(rxpulses,1)); rxpulses = tvg(rxpulses); rx_int = pulsint(rxpulses,'noncoherent'); % display RTI rtiscope(rx_int); % display DTI rx_dop = mean(fftshift(... abs(fft(rxpulses,nfft,2)),2)); dtiscope(rx_dop.'); % display scene sceneview(sensorpos,sensorvel,tgtpos,tgtvel); % perform next detection when next update is needed sensormotion(1/r_update); tgtmotion(1/r_update); end hide(dtiscope); hide(rtiscope);
hide(sceneview); show(rtiscope);
И средство просмотра сценариев, и RTI обновляются во время моделирования, чтобы можно было легко проверить, выполняется ли моделирование так, как ожидалось, и соответствует ли оценка диапазона истинному состоянию земли во время выполнения моделирования.
hide(rtiscope); show(dtiscope);
Аналогично, DTI предоставляет оценки скорости диапазона для каждой цели.
В этом примере описываются различные способы визуализации траектории радара и цели. Такие визуализации помогают получить общую картину динамики системы.