Визуализация сцены для системной симуляции фазированных решеток
В этом примере показов, как использовать средство просмотра сценариев для визуализации симуляции уровня системы.
Введение
Системная симуляция фазированных решеток часто включает в себя много движущихся объектов. Для примера и массив, и цели могут быть в движении. В сложение каждый движущийся объект может иметь свои собственные ориентации, поэтому бухгалтерия становится все более сложной, когда больше игроков присутствует в симуляции.
Phased Array System Toolbox™ предоставляет средство просмотра сценариев, чтобы помочь визуализировать, как радары и цели движутся в пространстве. Через средство просмотра сценария можно следовать по траектории каждой движущейся платформы и исследовать относительное движение между радаром и целью.
Визуализация траекторий
В первом примере средство просмотра сценариев используется, чтобы визуализировать траектории радара и цели. Предположим, что радар кружит вокруг источника на расстоянии 3 км. Самолет с радаром летает со скоростью 250 м/с (около 560 миль/ч), и совершает 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 X. что составляет приблизительно 67 миль в час.
tgtmotion = phased.Platform('InitialPosition',[0;0;0],... 'Velocity',[30;0;0]);
Программа средства просмотра обновляется каждые 0,1 секунды. В простейшем случае балка не показывается в средстве просмотра.
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
Визуализируйте траектории и радиолокационные лучи
Следующим естественным шагом является визуализация лучей антенной решетки вместе с траекториями в средстве просмотра. Следующий пример показывает, как визуализировать два радара и три цели, движущиеся в пространстве. В частности. первый радар имеет луч, отслеживающий первую цель.
Во-первых, установите радары и цели. Обратите внимание, что первый радар и первая цель совпадают с используемыми 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, средство просмотра сценария нужно знать информацию о ориентации радаров и целей. Такая информация может быть получена от этих движущихся платформ путем установки свойства OrientationAxesOutportPort равным true на каждом шаге симуляции, как показано в коде выше. Чтобы передать эту информацию средству просмотра, задайте значение свойства OrientationInportPort средства просмотра сценариев 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 отображаемый луч имеет ширину луча 5 степеней и длину 3 км. Перспектива камеры также скорректирована, чтобы более четко визуализировать все траектории.
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
Системная симуляция
Средство просмотра сценариев также может быть объединено вместе с другими визуализациями, чтобы предоставить больше информации о системе, находящейся в симуляции. В следующем примере используется средство просмотра сценария вместе с возможностями интенсивности диапазона (RTI) и возможностями интенсивности допплеровского времени (DTI), чтобы инженер мог изучить, совпадают ли предполагаемые диапазоны и скорости области значений с основной истиной.
Пример использует радиолокационную систему, созданную в Simulation Test Signals для примера Radar Receiver.
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);
Когда эхо приходит в приемник, для выполнения оценки области значений используются согласованный фильтр и импульсный интегратор.
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 со скоростью повторения импульса, этот пример принимает, что система читает радиолокационное измерение со скоростью 20 Гц. Пример использует средство просмотра сценария для мониторинга сцены и графика интенсивности интервала (RTI), а также график интенсивности допплеровского времени (DTI) для исследования предполагаемой области значений и скорости области значений.
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');
Следующий раздел выполняет системную симуляцию и создает визуализацию.
% 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 симуляции, поэтому можно легко проверить, выполняется ли симуляция должным образом и соответствует ли оценка области значений основной истины во время симуляции.
hide(rtiscope); show(dtiscope);
Точно так же DTI предоставляет оценки уровня области значений для каждого целевого объекта.
Заключения
Этот пример описывает различные способы визуализации радара и траекторий цели. Такие визуализации помогают обеспечить общую картину динамики системы.