Exponenta Banner
exponenta event banner

Моделирование широкополосного моностатического радара в многолучевом пространстве

В этом примере используются:

Открыть пример

В этом примере показано, как моделировать широкополосную радиолокационную систему. Радиолокационная система обычно считается широкополосной, когда ее полоса пропускания превышает 5% центральной частоты системы. В этом примере используется полоса пропускания 10%.

Изучение примера

Этот пример разворачивается на узкополосной моностатической радиолокационной системе, исследуемой в примере моделирования тестовых сигналов для радиолокационного приемника в Simulink, путем модификации ее для широкополосного радиолокационного моделирования. Для широкополосных сигналов потери при распространении и целевая RCS могут значительно изменяться в пределах полосы пропускания системы. Именно по этой причине узкополосные модели не могут использоваться, поскольку они только моделируют распространение и целевые отражения на одной частоте. Вместо этого широкополосные модели разделяют полосу пропускания системы на несколько поддиапазонов. Каждый поддиапазон затем моделируется как узкополосный сигнал, и принятые сигналы внутри каждого поддиапазона рекомбинируются для определения отклика по всей полосе пропускания системы.

Модель состоит из приемопередатчика, канала и цели. Блоки, соответствующие каждому разделу модели:

Приемопередатчик

  • Linear FM - создает линейные ЧМ-импульсы.

  • Transmitter - Усиливает импульсы и посылает состояние передачи/приема в Receiver Preamp блок для указания, передает ли он.

  • Receiver Preamp - Принимает распространяемые импульсы, когда передатчик выключен. Этот блок также добавляет шум в сигнал.

  • Platform - Используется для моделирования движения радара.

  • Signal Processing Подсистема выполняет обработку растяжения, доплеровскую обработку и оценку уровня шума.

  • Matrix Viewer - Отображает обработанные импульсы как функцию измеренного диапазона, радиальной скорости и оцененной мощности сигнала к помехе плюс отношение мощности шума (SINR).

Подсистема обработки сигналов

  • Stretch Processor Дехирпирует принятый сигнал, смешивая его в аналоговой области с переданным линейным ЧМ-сигналом, задержанным до выбранного опорного диапазона. Более подробное обсуждение обработки растяжения приведено в примере оценки диапазона FMCW.

  • Decimator - Подсистема моделирует частоту дискретизации аналого-цифрового преобразователя (АЦП), уменьшая частоту дискретизации моделирования в соответствии с полосой пропускания, требуемой диапазоном, выбранным в процессоре растяжения.

  • Buffer CPI Подсистема собирает множественные интервалы повторения импульсов (PRIs) для формирования когерентного интервала обработки (CPI), что обеспечивает возможность оценки радиальной скорости посредством доплеровской обработки.

  • Range-Doppler Response - вычисляет DFT по диапазону и доплеровским размерам для оценки диапазона и радиальной скорости принимаемых импульсов.

  • CA CFAR 2-D - оценивает уровень шума принимаемых сигналов с использованием метода усреднения ячеек (CA) как в диапазоне, так и в доплеровском диапазоне.

  • Compute SINR - подсистема нормализует принятый сигнал с использованием вычисленного порога детектора CFAR, возвращая оцененное значение SINR в децибелах (дБ).

Канал

  • Wideband Two-Ray - Применяет задержки распространения, потери, доплеровские сдвиги и многолучевые отражения от плоской земли к импульсам. Один блок используется для передаваемых импульсов, а другой - для отраженных импульсов. Wideband Two-Ray блоки требуют расположения и скоростей РЛС и цели. Они поставляются с использованием Goto и From блоки.

Целевая подсистема

Target подсистема моделирует движение цели и отражает импульсы согласно широкополосной модели RCS и ракурсу цели, представленному на радар. В этом примере цель располагается в 3000 метрах от широкополосной РЛС и удаляется от РЛС со скоростью 100 м/с.

  • Platform - используется для моделирования движения цели. Значения положения и скорости цели используются Wideband Two-Ray Channel блоки для распространения модели и по Range Angle блок для вычисления углов падения сигнала в местоположении цели.

  • Range Angle - вычисляет углы падения распространяемого сигнала по азимуту и отметке в месте нахождения цели.

  • Wideband Backscatter Target - моделирует широкополосные отражения цели на импульсы происшествия. Для этого моделирования используется расширенная широкополосная целевая модель, представленная в примере «Моделирование поперечного сечения РЛС цели».

Изучение модели

Несколько диалоговых параметров модели вычисляются вспомогательной функцией helperslexWidebandMonostaticRadarParam. 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.

Результаты и отображение

На рисунке ниже показана дальность и радиальная скорость цели. Вычисляют целевой диапазон из задержки отраженных импульсов в обратном направлении. Радиальная скорость цели оценивается с использованием ДПФ для сравнения фазовой прогрессии полученных возвращений цели через интервал когерентных импульсов (ИПЦ). Дальность и радиальная скорость цели измеряются от пика растяжения и доплеровского выхода обработки.

Хотя в этом примере была смоделирована только одна цель, в верхней правой части рисунка наблюдаются три целевых возврата. Многолучевые отражения вдоль трактов передачи и приема приводят к второй и третьей целевым возвращениям, часто называемым соответственно одиночными и двойными возвращениями. Ожидаемый диапазон и радиальная скорость для цели вычисляются на основе параметров моделирования.

tgtRange = rangeangle(paramWidebandRadar.targetPos,...
  paramWidebandRadar.sensorPos)

tgtRange =

        3000


tgtSpeed = radialspeed(...
  paramWidebandRadar.targetPos,paramWidebandRadar.targetVel,...
  paramWidebandRadar.sensorPos,paramWidebandRadar.sensorVel)

tgtSpeed =

  -100

Этот ожидаемый диапазон и радиальная скорость согласуются с моделируемыми результатами на рисунке выше.

Также можно найти ожидаемое разделение между многолучевыми возвращениями. На рисунке ниже показана$(R_{los})$$(R_{rp})$ геометрия линии визирования и отраженного пути.

Смоделированные геометрические параметры для этого моделирования определяются следующим образом.

zr = paramWidebandRadar.targetPos(3);
zs = paramWidebandRadar.sensorPos(3);
Rlos = tgtRange;

Длина каждого из этих путей легко определяется.

$$L = \sqrt{R_{los}^2-\left(z_r-z_s\right)^2}$$

$$R_1 = \frac{z_r}{z_r+z_s}\sqrt{\left(z_r+z_s\right)^2+L^2}$$

$$R_2 = \frac{z_s}{z_r+z_s}\sqrt{\left(z_r+z_s\right)^2+L^2}$$

$$R_{rp} = R_1+R_2 = \sqrt{\left(z_r+z_s\right)^2+L^2}$$

Используя эти результаты, можно вычислить диапазон отраженного пути.

L = sqrt(Rlos^2-(zr-zs)^2);
Rrp = sqrt((zs+zr)^2+L^2)

Rrp =

   3.0067e+03

Для моностатической системы возврат одиночного отскока может пересекать два разных пути.

  1. Радар$\stackrel{R_{rp}}{\longrightarrow}$ цели$\stackrel{R_{los}}{\longrightarrow}$

  2. Радар$\stackrel{R_{los}}{\longrightarrow}$ цели$\stackrel{R_{rp}}{\longrightarrow}$

В обоих случаях радиолокатор будет наблюдать одинаковую дальность.

$$R_{obs} = \frac{R_{los}+R_{rp}}{2}$$

Затем обнаруживается, что расстояние между всеми многолучевыми возвращениями является разностью между наблюдаемым диапазоном и диапазоном прямой видимости.

$$R_\Delta = R_{obs}-R_{los} = \frac{R_{rp}-R_{los}}{2}$$

Rdelta = (Rrp-Rlos)/2

Rdelta =

    3.3296

Соответствует разделению многолучевого диапазона, наблюдаемому в моделируемых результатах.

Резюме

В этом примере показано, как в Simulink ® можно смоделировать сквозную широкополосную радиолокационную систему. Изменение потерь распространения и целевой RCS по полосе пропускания системы требовало использования широкополосной передачи и целевых моделей.

Отношение сигнал/помеха плюс шум (SINR) принятых целевых возвращений было оценено с использованием CA CFAR 2-D блок. Блок оценки CFAR использовал усреднение ячеек для оценки мощности шума и помех вблизи целевых возвращений, что позволило вычислить SINR принятого сигнала.

Цель была смоделирована в многолучевой среде с использованием Wideband Two-Ray Channel, что дало основание для трех возвращений цели, наблюдаемых радаром. Эти возвраты соответствуют линиям прямой видимости, одиночного и двойного отскока, связанных с двусторонним распространением сигнала между моностатическим РЛС и целью. Было показано, что смоделированное разделение многолучевых возвращений в диапазоне соответствует ожидаемому разделению, вычисленному из смоделированной геометрии.

Документация по панели инструментов радара

Поддержка