Симуляция тестовых сигналов для радиолокационного приемника в Simulink
Этот пример показывает, как смоделировать сквозной моностатический радар с использованием Simulink ®. Моностатический радар состоит из передатчика, колокированного приемником. Передатчик генерирует импульс, который поражает цель и выдает эхо, принятое приемником. Путем измерения временного местоположения эхо-сигналов можно оценить область значений значений цели. Первая часть этого примера демонстрирует, как обнаружить область значений одной цели, используя эквивалентную антенну одного элемента. Вторая часть примера покажет, как создать моностатический радар с 4-элементным равномерным линейным массивом (ULA), которая обнаруживает область значений 4 целей.
Доступные реализации примера
Этот пример включает две модели Simulink ®:
Моностатический радар с одной целью: slexMonostaticRadarExample.slx
Моностатический радар ULA с четырьмя целями: slexMonostaticRadarMultipleTargetsExample.slx
Моностатический радар с одной целью
Эта модель имитирует простой сквозной моностатический радар. Использование блока передатчика без блока узкополосного массива передачи 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 предварительной подготовки приемника к возврату сигналу, за которым следует согласованный фильтр. Потери области значений компенсируются, и импульсы некогерентно интегрированы. Большинство спецификаций проекта получены из примера Simulation Test Signals for a Radar Receiver, предоставленного для системных объектов.
Модель состоит из приемопередатчика, канала и цели. Блоки, которые соответствуют каждому разделу модели, являются:
Приемопередатчик
Rectangular- Создает прямоугольные импульсы.Transmitter- Усиливает импульсы и отправляет состояние передачи/приема вReceiver Preampблок, чтобы указать, передает ли он.Receiver Preamp- Получает импульсы из свободного пространства, когда передатчик отключен. Этот блок также добавляет шум к сигналу.Constant- Используется для установки положения и скорости радара. Их значения получаютсяFreespaceблоки с использованиемGotoиFrom.Signal Processing- Подсистема выполняет фильтрацию соответствия и импульсное интегрирование.Target Range Scope- Отображает интегрированный импульс как функцию от области значений.
Подсистема обработки сигналов
Matched Filter- Выполняет фильтрацию соответствия для улучшения ОСШ.TVG- Время изменения усиления для компенсации потерь области значений.Pulse Integrator- Интегрирование нескольких импульсов некогерентно.
Канал
Freespace- Применяет задержки распространения, потери и доплеровские сдвиги к импульсам. Один блок используется для переданных импульсов, а другой для отраженных импульсов. TheFreespaceблоки требуют положения и скорости радара и цели. Они поставляются с помощьюGotoиFromблоки.
Цель
Target- Подсистема отражает импульсы согласно заданной RCS. Эта подсистема включает в себяPlatformблок, который моделирует скорость и положение цели, которые подаются наFreespaceблоки с использованиемGotoиFromблоки. В этом примере цель является стационарной и расположена в 1998 метрах от радара.
Исследование примера
Несколько диалоговых параметров модели вычисляются вспомогательной функцией helperslexMonostaticRadarParam. Чтобы открыть функцию из модели, нажмите Modify Simulation Parameters блок. Эта функция выполняется один раз, когда модель загружена. Он экспортирует в рабочую область структуру, на поля которой ссылаются диалоговые окна. Чтобы изменить любые параметры, либо измените значения в структуре в командной строке, либо отредактируйте функцию helper и перезапустите ее, чтобы обновить структуру параметра.
Результаты и отображения
Рисунок ниже показывает область значений целевого значения. Диапазон целевых областей значений вычисляется из задержки включения и отключения отраженного импульса. Задержка измеряется из пика выхода согласованного фильтра. Мы видим, что цель находится примерно в 2000 метрах от радара. Этот диапазон находится в пределах 50-метрового разрешения области значений радара от фактического диапазона.
Моностатический радар с несколькими целями
Эта модель оценивает область значений действия четырех стационарных целей с помощью моностатического радара. Радиолокационный приемопередатчик использует 4-элементную равномерную линейную антенную решетку (ULA) для улучшения направленности и усиления. В приемник также входит устройство формирования луча. Цели расположены в 1988, 3532, 3845 и 1045 метрах от радара.
Блоки, добавленные в предыдущий пример:
Narrowband Tx Array- Моделирует антенную решетку для передачи узкополосных сигналов. Антенная решетка сконфигурирована с помощью вкладки «Sensor Array» диалоговой панели блока. TheNarrowband Tx Arrayблок моделирует передачу импульсов через антенную решетку в четырех направлениях, заданных с помощьюAngпорт. Выходы этого блока являются матрицей из четырех столбцов. Каждый столбец соответствует импульсам, распространенным в направлении четырех целей.
Narrowband Rx Array- Моделирует антенную решетку для приема узкополосных сигналов. Массив настраивается с помощью вкладки «Sensor Array» диалоговой панели блока. Блок получает импульсы из четырех направлений, заданных с помощьюAngпорт. Вход этого блока является матрицей четырех столбцов. Каждый столбец соответствует импульсам, распространяемым с направления каждой цели. Выходом блока является матрица из 4 столбцов. Каждый столбец соответствует сигналу, принимаемому на каждом антенном элементе.
Range Angle- Вычисляет углы между радаром и целями. Углы используютсяNarrowband Tx ArrayиNarrowband Rx Arrayблоки, чтобы определить, в каких направлениях моделировать передачу или прием импульсов.
Phase Shift Beamformer- Beamformes выходReceiver Preamp. Вход в beamformer является матрицей из 4 столбцов, по одному столбцу для сигнала, принимаемого на каждом антенном элементе. Выходы являются вектором принимаемого сигнала в виде луча.
Этот пример иллюстрирует, как использовать одну Platform, Freespace и Target блоки, чтобы смоделировать все четыре пути распространения туда и обратно. В Platform блок, начальные положения и параметры скорости заданы как матрицы три на четыре. Каждый матричный столбец соответствует другому целевому объекту. Входы положения и скорости в Freespace блок поступает с выходов Platform блок как матрицы три на четыре. Снова, каждый матричный столбец соответствует другому целевому объекту. Входы и выходы Freespace блок имеет четыре столбца, по одному столбцу для пути распространения к каждому целевому объекту. The Freespace блок имеет включенную настройку двухстороннего распространения. Параметр «Среднее радиолокационное сечение» (RCS) Target блок задается как вектор из четырех элементов, представляющих RCS каждого целевого объекта.
Исследование примера
Несколько диалоговых параметров модели вычисляются вспомогательной функцией helperslexMonostaticRadarMultipleTargetsParam. Чтобы открыть функцию из модели, нажмите Modify Simulation Parameters блок. Эта функция выполняется один раз, когда модель загружена. Он экспортирует в рабочую область структуру, на поля которой ссылаются диалоговые окна. Чтобы изменить любые параметры, либо измените значения в структуре в командной строке, либо отредактируйте функцию helper и перезапустите ее, чтобы обновить структуру параметра.
Результаты и отображения
Рисунок ниже показывает обнаруженные области значений целей. Диапазоны целевых областей значений вычисляются из временной задержки в обратном направлении отраженных сигналов от целей. Мы видим, что цели находятся примерно в 2000, 3550 и 3850 метрах от радара. Эти результаты находятся в пределах 50-метрового разрешения области значений радара от фактической области значений.
