В этом примере показано, как моделировать поляриметрическую бистатическую радиолокационную систему для оценки дальности и скорости целей. Принимают во внимание кинематику передатчика, приемника и цели. Дополнительные сведения о возможностях моделирования поляризации см. в разделе Моделирование и анализ поляризации.
Система работает на частоте 300 МГц, используя линейный ЧМ-сигнал, максимальный однозначный диапазон которого составляет 48 км. Разрешение диапазона составляет 50 метров, а временной диапазон - 20.
maxrng = 48e3; % Maximum range rngres = 50; % Range resolution tbprod = 20; % Time-bandwidth product
Передатчик имеет пиковую мощность 2 кВт и коэффициент усиления 20 дБ. Приемник также обеспечивает усиление 20 дБ, и ширина полосы шума такая же, как ширина полосы развертки формы сигнала.
Антенная решетка передачи представляет собой стационарную 4-элементную ULA, расположенную в начале координат. Массив выполнен из вертикальных диполей.
txAntenna = phased.ShortDipoleAntennaElement('AxisDirection','Z'); [waveform,transmitter,txmotion,radiator] = ... helperBistatTxSetup(maxrng,rngres,tbprod,txAntenna);
Приемная антенная решетка также является 4-элементной ULA; он расположен на расстоянии [20000; 1000; 100] метров от передающей антенны и движется со скоростью [0; 20; 0] м/с. Предположим, что элементы в матрице приема также являются вертикальными диполями. Принимаемая антенная решетка ориентирована таким образом, что ее ширина указывает обратно на передающую антенну.
rxAntenna = phased.ShortDipoleAntennaElement('AxisDirection','Z'); [collector,receiver,rxmotion,rngdopresp,beamformer] = ... helperBistatRxSetup(rngres,rxAntenna);
В космосе присутствуют две цели. Первая - точечная мишень, смоделированная как сфера; он сохраняет поляризационное состояние падающего сигнала. Он расположен на расстоянии [15000; 1000; 500] метров от передающей матрицы и движется со скоростью [100; 100; 0] м/с.
Вторая цель расположена на расстоянии [35000; -1000; 1000] метров от передающей матрицы и приближается со скоростью [-160; 0; -50] м/с. В отличие от первой цели, вторая цель изменяет поляризационное состояние падающего сигнала, что означает, что компоненты горизонтальной/вертикальной поляризации входного сигнала становятся компонентами вертикальной/горизонтальной поляризации выходного сигнала.
[target,tgtmotion,txchannel,rxchannel] = ...
helperBistatTargetSetup(waveform.SampleRate);
Одна матрица рассеяния является достаточно простой поляриметрической моделью для цели. Предполагается, что независимо от направления падения и отражения распределение мощности между компонентами H и V является фиксированным. Однако даже такая простая модель может выявить сложное поведение цели в моделировании, поскольку (1) направления Н и V изменяются для различных направлений падения и отражения; и (2) ориентация, определенная локальной системой координат, целей также влияет на согласование поляризации.
Следующая секция моделирует 256 принятых импульсов. Принимающая матрица формируется в направлении двух целевых объектов. На первом рисунке показана настройка системы и перемещение принимающего массива и целевых объектов. На втором рисунке показана доплеровская карта диапазона, сформированная для каждых 64 импульсов, принятых в матрице приемника.
Nblock = 64; % Burst size dt = 1/waveform.PRF; y = complex(zeros(round(waveform.SampleRate*dt),Nblock)); hPlots = helperBistatViewSetup(txmotion,rxmotion,tgtmotion,waveform,... rngdopresp,y); Npulse = Nblock*4; for m = 1:Npulse % Update positions of transmitter, receiver, and targets [tpos,tvel,txax] = txmotion(dt); [rpos,rvel,rxax] = rxmotion(dt); [tgtp,tgtv,tgtax] = tgtmotion(dt); % Calculate the target angles as seen by the transmitter [txrng,radang] = rangeangle(tgtp,tpos,txax); % Simulate propagation of pulse in direction of targets wav = waveform(); wav = transmitter(wav); sigtx = radiator(wav,radang,txax); sigtx = txchannel(sigtx,tpos,tgtp,tvel,tgtv); % Reflect pulse off of targets for n = 2:-1:1 % Calculate bistatic forward and backward angles for each target [~,fwang] = rangeangle(tpos,tgtp(:,n),tgtax(:,:,n)); [rxrng(n),bckang] = rangeangle(rpos,tgtp(:,n),tgtax(:,:,n)); sigtgt(n) = target{n}(sigtx(n),fwang,bckang,tgtax(:,:,n)); end % Receive path propagation sigrx = rxchannel(sigtgt,tgtp,rpos,tgtv,rvel); [~,inang] = rangeangle(tgtp,rpos,rxax); rspeed_t = radialspeed(tgtp,tgtv,tpos,tvel); rspeed_r = radialspeed(tgtp,tgtv,rpos,rvel); % Receive target returns at bistatic receiver sigrx = collector(sigrx,inang,rxax); yc = beamformer(sigrx,inang); y(:,mod(m-1,Nblock)+1) = receiver(sum(yc,2)); helperBistatViewTrajectory(hPlots,tpos,rpos,tgtp); if ~rem(m,Nblock) rd_rng = (txrng+rxrng)/2; rd_speed = rspeed_t+rspeed_r; helperBistatViewSignal(hPlots,waveform,rngdopresp,y,rd_rng,... rd_speed) end end
На карте Range-Doppler отображается только возврат от первой цели. Это, вероятно, не удивительно, поскольку и передающая, и принимающая матрица являются вертикально поляризованными, и вторая цель отображает вертикально поляризованную волну в горизонтально поляризованную волну. Принятый сигнал от второй цели в основном ортогональен поляризации приемной матрицы, что приводит к значительным потерям поляризации.
Можно также заметить, что результирующая дальность и радиальная скорость не совпадают с дальностью и радиальной скоростью цели относительно передатчика. Это происходит потому, что в бистатической конфигурации оцененный диапазон фактически является средним геометрическим целевого диапазона относительно передатчика и приемника. Аналогично, оцененная радиальная скорость является суммой целевой радиальной скорости относительно передатчика и приемника. Круг на карте показывает, где должны появиться цели на карте дальности-доплеровской карте. Требуется дальнейшая обработка для определения точного местоположения цели, но они выходят за рамки данного примера.
Вертикальный диполь является очень популярным выбором передающей антенны в реальных применениях, потому что он является недорогим и имеет всенаправленную картину. Однако предыдущее моделирование показывает, что если одна и та же антенна используется в приемнике, существует риск того, что система пропустит определенные цели. Поэтому линейная поляризованная антенна часто не является лучшим выбором в качестве приемной антенны в такой конфигурации, потому что независимо от того, как линейная поляризация выровнена, всегда существует ортогональная поляризация. В случае, если отраженный сигнал имеет состояние поляризации, близкое к этому направлению, потери поляризации становятся огромными.
Одним из способов решения этой проблемы является использование антенны с круговой поляризацией на приемном конце. Антенна с круговой поляризацией не может полностью соответствовать какой-либо линейной поляризации. Но с другой стороны, потери поляризации между круговой поляризованной антенной и линейно поляризованным сигналом составляют 3 дБ, независимо от того, в каком направлении находится линейная поляризация. Поэтому, хотя он никогда не дает максимальной отдачи, он никогда не пропускает цель. Часто используемой антенной с круговой поляризацией является пересеченная дипольная антенна.
В следующем разделе показано, что происходит, когда для формирования приемной матрицы используются пересекающиеся дипольные антенны.
rxAntenna = phased.CrossedDipoleAntennaElement; collector = clone(collector); collector.Sensor.Element = rxAntenna; helperBistatSystemRun(waveform,transmitter,txmotion,radiator,collector,... receiver,rxmotion,rngdopresp,beamformer,target,tgtmotion,txchannel,... rxchannel,hPlots,Nblock,Npulse);
Теперь на карте дальности-доплеровской карты показаны обе цели в их правильных местоположениях.
В этом примере показано моделирование уровня системы бистатического поляриметрического радара. Пример генерирует карты дальности - доплеровские карты принятого сигнала для различных конфигураций поляризации решетки передачи/приема и показывает, как можно использовать антенну с круговой поляризацией, чтобы избежать потери линейных поляризованных сигналов из-за свойства рассеяния поляризации цели.