Имитация постоянного гамма-нагромождения с помощью графического процессора
gpuConstantGammaClutter объект имитирует загромождение, выполняя вычисления на GPU.
Примечание
Для использования этого объекта необходимо установить лицензию Parallel Computing Toolbox™ и получить доступ к соответствующему графическому процессору. Дополнительные сведения о графических процессорах см. в разделе Вычисления графических процессоров (панель инструментов параллельных вычислений).
Чтобы вычислить возврат загромождения:
Определите и настройте симулятор загромождений. См. раздел Строительство.
Звонить step чтобы смоделировать возврат беспорядка для вашей системы в соответствии со свойствами gpuConstantGammaClutter. Поведение step относится к каждому объекту на панели инструментов.
Имитация беспорядка, которая constantGammaClutter условия основаны на следующих допущениях:
Радиолокационная система является моностатической.
Распространение происходит в свободном пространстве.
Рельеф местности однородный.
Нагромождение является неподвижным во время когерентности. Время когерентности показывает, как часто программа изменяет набор случайных чисел при моделировании беспорядка.
Поскольку сигнал является узкополосным, пространственный отклик и доплеровский сдвиг могут аппроксимироваться фазовыми сдвигами.
Радиолокационная система поддерживает постоянную высоту во время моделирования.
Радиолокационная система поддерживает постоянную скорость во время моделирования.
Примечание
Начиная с R2016b, вместо использования step для выполнения операции, определенной системным object™, можно вызвать объект с аргументами, как если бы это была функция. Например, y = step(obj,x) и y = obj(x) выполнять эквивалентные операции.
H = gpuConstantGammaClutterH. Этот объект имитирует загромождение возврата системы моностатического радара с использованием постоянной гамма-модели.
H = gpuConstantGammaClutter(Name,Value)H, с дополнительными опциями, указанными одним или несколькими Name,Value аргументы пары. Name является именем свойства и Value - соответствующее значение. Name должно отображаться внутри отдельных кавычек (''). Можно указать несколько аргументов пары имя-значение в любом порядке как Name1,Value1,…,NameN,ValueN.
|
Рукоятка датчика Укажите датчик как объект антенного элемента или как объект решетки, чей По умолчанию: | ||||
|
Гамма-значение рельефа Укажите значение γ, используемое в постоянной модели γ в качестве скаляра в децибелах. Величина зависит как от типа местности, так и от рабочей частоты. По умолчанию: | ||||
|
Модель Земли Укажите модель земли, используемую при моделировании загромождений, как одну из | По умолчанию: | ||||
|
Минимальный диапазон области загромождения (м) Минимальный диапазон, при котором возвращается компьютерное загромождение, указанный как положительный скаляр. Минимальный диапазон должен быть неотрицательным. Это значение игнорируется, если оно меньше значения По умолчанию: | ||||
|
Максимальный диапазон области загромождения (м) Укажите максимальный диапазон, в котором будут вычисляться значения загромождений. для моделирования беспорядка как положительного скаляра. Максимальный диапазон должен быть больше значения, указанного в По умолчанию: | ||||
|
Азимутальный центр области нагромождения (град.) Азимутальный угол в плоскости земли, вокруг которого формируются участки нагромождения. Участки формируются симметрично относительно этого угла. По умолчанию: | ||||
|
Азимутальный диапазон нагромождений (град.) Укажите покрытие по азимуту (в градусах) области загромождения как положительный скаляр. Моделирование беспорядка охватывает область, имеющую заданный азимутальный диапазон, симметричный вокруг По умолчанию: | ||||
|
Азимутальный диапазон нагромождений (град.) Укажите диапазон азимута (в градусах) для каждого участка беспорядка как положительный скаляр. По умолчанию: | ||||
|
Время когерентности Укажите время когерентности в секундах для моделирования беспорядка как положительный скаляр. По истечении времени когерентности По умолчанию: | ||||
|
Скорость распространения сигнала Укажите скорость распространения сигнала в метрах в секунду как положительный скаляр. По умолчанию: Скорость света | ||||
|
Частота выборки Укажите частоту дискретизации в герцах как положительный скаляр. Значение по умолчанию соответствует 1 МГц. По умолчанию: | ||||
|
Частота повторения импульсов Частота повторения импульсов, PRF, заданная как скаляр или вектор строки. Единицы измерения в Гц. Интервал повторения импульсов PRI - это обратная частота повторения импульсов PRF. PRF должен удовлетворять этим ограничениям:
Можно выбрать значение PRF, используя только параметры свойств или параметры свойств вместе с
Во всех случаях количество выходных выборок фиксируется при установке По умолчанию: | ||||
|
Включить вход выбора PRF Включить вход выбора PRF, указанный как По умолчанию: | ||||
|
Формат выходного сигнала Укажите формат выходного сигнала как один из | При установке По умолчанию: | ||||
|
Количество импульсов на выходе Укажите количество импульсов на выходе По умолчанию: | ||||
|
Количество выборок в выходных данных Укажите количество выборок в выходных данных По умолчанию: | ||||
|
Рабочая частота системы Укажите рабочую частоту системы в герцах как положительный скаляр. Значение по умолчанию соответствует 300 МГц. По умолчанию: | ||||
|
Добавить вход для указания сигнала передачи Установить для этого свойства значение По умолчанию: | ||||
|
Включить ввод весов Установите для этого свойства значение true для входных весов. Значение по умолчанию: false | ||||
|
Эффективная передаваемая мощность Укажите передаваемую эффективную излучаемую мощность (ERP) радиолокационной системы в ваттах как положительный скаляр. Это свойство применяется только при установке По умолчанию: | ||||
|
Высота платформы РЛС с поверхности Укажите высоту радиолокационной платформы (в метрах), измеренную вверх от поверхности, как неотрицательный скаляр. По умолчанию: | ||||
|
Скорость радиолокационной платформы Укажите скорость радиолокационной платформы как неотрицательный скаляр в метрах в секунду. По умолчанию: | ||||
|
Направление движения радиолокационной платформы Указать направление движения радиолокационной платформы в виде вектора 2 на 1 в виде [AzimingAngle; Угол наклона] в градусах. Значение этого свойства по умолчанию указывает на то, что платформа перемещается перпендикулярно ширине антенной решетки радара. Измеряют как азимут, так и угол места в локальной системе координат радиолокационной антенны или антенной решетки. Угол по азимуту должен быть от -180 до 180 градусов. Угол возвышения должен быть от -90 до 90 градусов. По умолчанию: | ||||
|
Углы установки датчика (град.) Укажите 3-элементный вектор, определяющий искривление, шаг и крен рамки датчика от инерционной рамки. 3 элемента определяют вращения вокруг осей z, y и x соответственно в таком порядке. При первом повороте оси тела поворачиваются вокруг оси Z. Поскольку эти углы определяют внутренние повороты, второй поворот выполняется вокруг оси y в ее новом положении в результате предыдущего поворота. Окончательное вращение вокруг оси X выполняется вокруг оси X при повороте первыми двумя вращениями в собственной системе. По умолчанию: | ||||
|
Источник начального числа для генератора случайных чисел Укажите, как объект генерирует случайные числа. Значения этого свойства:
По умолчанию: | ||||
|
Начальное число для генератора случайных чисел Укажите начальное число для генератора случайных чисел как скалярное целое число от 0 до 232-1. Это свойство применяется при установке По умолчанию: |
| сброс | Сброс случайных чисел и счетчика времени для моделирования беспорядков |
| шаг | Имитация загромождения с использованием постоянной гамма-модели |
| Общие для всех системных объектов | |
|---|---|
release | Разрешить изменение значения свойства объекта системы |
Смоделировать возврат беспорядка с местности с гамма-значением 0 дБ. Эффективная передаваемая мощность радиолокационной системы составляет 5 кВт.
Настройка характеристик радиолокационной системы. Эта система использует 4-элементный однородный линейный массив (ULA). Частота дискретизации составляет 1 МГц, а PRF - 10 кГц. Скорость распространения - это скорость света, а рабочая частота - 300 МГц. Радиолокационная платформа летит на 1 км над землей с траекторией, параллельной земле по оси решетки. Скорость платформы - 2000 м/с. Основной блок имеет угол углубления .
Nele = 4; c = physconst('Lightspeed'); fc = 300e6; lambda = c/fc; array = phased.ULA('NumElements',Nele,'ElementSpacing',lambda/2); fs = 1e6; prf = 10e3; height = 1000.0; direction = [90;0]; speed = 2.0e3; depang = 30.0; mountingAng = [0,30,0];
Создайте объект моделирования загромождения графического процессора. Конфигурация предполагает, что земля плоская. Максимальный диапазон загромождения составляет 5 км, а максимальный азимутальный охват - .
Rmax = 5000; Azcov = 120; tergamma = 0; tpower = 5000; clutter = gpuConstantGammaClutter('Sensor',array, ... 'PropagationSpeed',c,'OperatingFrequency',fc,'PRF',prf, ... 'SampleRate',fs,'Gamma',tergamma,'EarthModel','Flat' ,... 'TransmitERP',tpower,'PlatformHeight',height, ... 'PlatformSpeed',speed,'PlatformDirection',direction, ... 'MountingAngles',mountingAng,'ClutterMaxRange',Rmax, ... 'ClutterAzimuthSpan',Azcov,'SeedSource','Property', ... 'Seed',40547);
Смоделировать возврат беспорядка для 10 импульсов.
Nsamp = fs/prf; Npulse = 10; clsig = zeros(Nsamp,Nele,Npulse); for m = 1:Npulse clsig(:,:,m) = clutter(); end
Постройте график углово-доплеровской характеристики загромождения в 20-м бункере диапазона.
response = phased.AngleDopplerResponse('SensorArray',array, ... 'OperatingFrequency',fc,'PropagationSpeed',c,'PRF',prf); plotResponse(response,shiftdim(clsig(20,:,:)),'NormalizeDoppler',true);
Результаты не идентичны результатам, полученным при использовании constantGammaClutter из-за различий между вычислениями CPU и GPU.
Смоделировать возврат беспорядка с местности с гамма-значением 0 дБ. Сигнал передачи радиолокационной системы вводится при создании загромождения. В этом случае в свойстве не указывается эффективная передаваемая мощность сигнала.
Настройка характеристик радиолокационной системы. Эта система имеет 4-элементный однородный линейный массив (ULA). Частота дискретизации составляет 1 МГц, а PRF - 10 кГц. Скорость распространения - это скорость света, а рабочая частота - 300 МГц. Радиолокационная платформа летит на 1 км над землей с траекторией, параллельной земле по оси решетки. Скорость платформы - 2000 м/с. Мейнлобе имеет угол углубления 30 °.
Nele = 4; c = physconst('LightSpeed'); fc = 300e6; lambda = c/fc; ha = phased.ULA('NumElements',Nele,'ElementSpacing',lambda/2); fs = 1e6; prf = 10e3; height = 1000; direction = [90;0]; speed = 2000; mountingAng = [0,30,0];
Создайте объект моделирования загромождения GPU и настройте его для использования переданного сигнала в качестве входного аргумента. Конфигурация предполагает, что земля плоская. Максимальный диапазон загромождения составляет 5 км, а максимальный азимутальный охват ± 60 °.
Rmax = 5000; Azcov = 120; tergamma = 0; clutter = gpuConstantGammaClutter('Sensor',ha,... 'PropagationSpeed',c,'OperatingFrequency',fc,'PRF',prf,... 'SampleRate',fs,'Gamma',tergamma,'EarthModel','Flat',... 'TransmitSignalInputPort',true,'PlatformHeight',height,... 'PlatformSpeed',speed,'PlatformDirection',direction,... 'MountingAngles',mountingAng,'ClutterMaxRange',Rmax,... 'ClutterAzimuthSpan',Azcov,'SeedSource','Property','Seed',40547);
Смоделировать возврат беспорядка для 10 импульсов. При каждом вызове объекта передайте сигнал передачи в качестве входного аргумента. Программное обеспечение автоматически вычисляет эффективную передаваемую мощность сигнала. Передающий сигнал представляет собой прямоугольный сигнал с шириной импульса 2 мкс.
tpower = 5000; pw = 2e-6; X = tpower*ones(floor(pw*fs),1); Nsamp = fs/prf; Npulse = 10; clsig = zeros(Nsamp,Nele,Npulse); for m = 1:Npulse clsig(:,:,m) = clutter(X); end
Постройте график углово-доплеровской характеристики загромождения в 20-м бункере диапазона.
response = phased.AngleDopplerResponse('SensorArray',ha,... 'OperatingFrequency',fc,'PropagationSpeed',c,'PRF',prf); plotResponse(response,shiftdim(clsig(20,:,:)),... 'NormalizeDoppler',true);
Результаты не идентичны результатам, полученным при использовании constantGammaClutter из-за различий между вычислениями CPU и GPU.
В большинстве случаев не имеет значения, что GPU и CPU используют разные случайные числа. Иногда может потребоваться воспроизвести один и тот же поток как на GPU, так и на CPU. В таких случаях можно настроить два глобальных потока таким образом, чтобы они создавали одинаковые случайные числа. Как GPU, так и CPU поддерживают комбинированный множественный рекурсивный генератор (mrg32k3a) с помощью NormalTransform параметр имеет значение 'Inversion'.
Определите начальное значение, используемое как для потока графического процессора, так и для потока ЦП.
seed = 7151;
Создайте поток случайных чисел CPU, использующий комбинированный множественный рекурсивный генератор и выбранное начальное значение. Затем используйте этот поток в качестве глобального потока для генерации случайных чисел на CPU.
stream_cpu = RandStream('CombRecursive','Seed',seed, ... 'NormalTransform','Inversion'); RandStream.setGlobalStream(stream_cpu);
Создайте поток случайных чисел GPU, который использует комбинированный множественный рекурсивный генератор и одно и то же начальное значение. Затем используйте этот поток в качестве глобального потока для генерации случайных чисел на GPU.
stream_gpu = parallel.gpu.RandStream('CombRecursive','Seed',seed, ... 'NormalTransform','Inversion'); parallel.gpu.RandStream.setGlobalStream(stream_gpu);
Создание загромождений как на CPU, так и на GPU с использованием глобального потока на каждой платформе.
clutter_cpu = constantGammaClutter('SeedSource','Auto'); clutter_gpu = gpuConstantGammaClutter('SeedSource','Auto'); cl_cpu = clutter_cpu(); cl_gpu = clutter_gpu();
Проверьте, что элементные различия между результатами CPU и GPU ничтожны.
maxdiff = max(max(abs(cl_cpu - cl_gpu)))
maxdiff = 3.4027e-18
eps
ans = 2.2204e-16
[1] Бартон, Дэвид. «Модели захламления земли для радиолокационного проектирования и анализа», Труды IEEE. Том 73, номер 2, февраль 1985, стр. 198-204.
[2] Лонг, Морис У. Радиолокационная отражательная способность Земли и моря, 3-й ред. Бостон: Artech House, 2001.
[3] Натансон, Фред Э., Дж. Патрик Рейли и Марвин Н. Коэн. Принципы проектирования радаров, 2-й ред. Мендем, Нью-Джерси: SciTech Publishing, 1999.
[4] Уорд, J. «Пространственно-временная адаптивная обработка для бортовых радиолокационных систем данных», Технический отчет 1015, Лаборатория Линкольна, MIT, декабрь 1994.