Моделирование широкополосного моностатического радара в многолучевом окружении

Этот пример использует:

Открытый пример

Этот пример показывает, как симулировать широкополосную радиолокационную систему. Радиолокационная система обычно рассматривается как широкополосная, когда ее полоса пропускания превышает 5% от центральной частоты системы. В данном примере будет использоваться полоса пропускания 10%.

Исследование примера

Этот пример расширяется на узкополосной моностатической радиолокационной системе, исследованной в Симуляционных Тестовых Сигналах для Радарного Приемника в примере Simulink путем модификации его для широкополосной радиолокационной симуляции. Для широкополосных сигналов как потери распространения, так и целевая RCS могут значительно варьироваться в пределах полосы пропускания системы. Именно по этой причине узкополосные модели не могут использоваться, так как они моделируют только распространение и целевые отражения на одной частоте. Вместо этого широкополосные модели делят полосу пропускания системы на несколько поддиапазонов. Затем каждый поддиапазон моделируется как узкополосный сигнал, и принятые сигналы в каждом поддиапазоне рекомбинируются, чтобы определить ответ по всей полосе пропускания системы.

Модель состоит из приемопередатчика, канала и цели. Блоки, которые соответствуют каждому разделу модели, являются:

Приемопередатчик

  • Linear FM - Создает линейные FM импульсы.

  • Transmitter - Усиливает импульсы и отправляет состояние передачи/приема в Receiver Preamp блок, чтобы указать, передает ли он.

  • Receiver Preamp - Получает распространенные импульсы, когда передатчик отключен. Этот блок также добавляет шум к сигналу.

  • 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 от измеренной области значений, радиальной скорости и оцененной степени сигнала к интерференции плюс отношение шумовой степени (SINR).

Подсистема обработки сигналов

  • Stretch Processor - Дешифрует принятый сигнал путем смешивания его в аналоговой области с переданной линейной FM-формой волны, задержанной до выбранной опорной области значений. Более подробное обсуждение обработки растяжения доступно в примере оценки области значений FMCW.

  • Decimator - Подсистема моделирует частоту дискретизации аналого-цифрового преобразователя (АЦП) путем уменьшения скорости дискретизации симуляции в соответствии с шириной полосы пропускания, требуемой диапазоном областей значений, выбранным в процессоре растяжения.

  • Buffer CPI - Подсистема собирает несколько интервалов повторения импульсов (PRI), чтобы сформировать когерентный интервал обработки (CPI), что позволяет оценить радиальную скорость посредством Доплеровской обработки.

  • Range-Doppler Response - Вычисляет ДПФ по области значений и размерностям, чтобы оценить область значений и радиальную скорость принимаемых импульсов.

  • CA CFAR 2-D - Оценивает шумовой пол принятых сигналов с помощью метода усреднения ячейки (CA) как в области значений, так и в доплеровском диапазоне.

  • Compute SINR - Подсистема нормализует принятый сигнал с помощью вычисленного порога CFAR-детектора, возвращая предполагаемый 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 переданных импульсов, а другой для отраженных импульсов. The Wideband Two-Ray блоки требуют положения и скорости радара и цели. Они поставляются с помощью Goto и From блоки.

Целевая подсистема

The Target подсистема моделирует движение цели и отражает импульсы согласно широкополосной модели RCS и углу аспекта цели, представленному радару. В этом примере цель расположена в 3000 метрах от широкополосного радара и удаляется от радара со скоростью 100 м/с.

  • Platform - Используется для моделирования движения цели. Положение и значения скорости цели используются Wideband Two-Ray Channel блоки для моделирования распространения и по Range Angle блок для вычисления углов падения сигнала в местоположении цели.

  • Range Angle - Вычисляет углы падения распространяемого сигнала по азимуту и повышению в местоположении цели.

  • Wideband Backscatter Target - Моделирует широкополосные отражения цели на падающие импульсы. Расширенная широкополосная модель цели, введенная в примере Моделирования Радарного Сечения Цели, используется для этой симуляции.

Исследование модели

Несколько диалоговых параметров модели вычисляются вспомогательной функцией helperslexWidebandMonostaticRadarParam. 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 и радиальную скорость цели. Диапазон целевых областей значений вычисляется из задержки включения и отключения отраженных импульсов. Радиальная скорость цели оценивается с помощью ДПФ, чтобы сравнить прогрессию фазы принимаемой цели, возвращаемой через интервал когерентного импульса (CPI). Области значений и радиальная скорость цели измеряются с пика выхода растяжения и доплеровской обработки.

Хотя в этом примере была смоделирована только одна цель, три целевых возврата наблюдаются в правом верхнем фрагменте рисунка. Многолучевые отражения вдоль путей передачи и приема дают начало второму и третьему целевым возвратам, часто называемым одно- и двойным отказом соответственно. Ожидаемая область значений и радиальная скорость для цели вычисляются из параметров симуляции.

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

tgtRange =

        3000


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

tgtSpeed =

  -100

Этот ожидаемая область значений и радиальная скорость согласуются с моделируемыми результатами на рисунке выше.

Ожидаемое разделение между многолучевыми возвратами также может быть найдено. Рисунок ниже иллюстрирует$(R_{los})$$(R_{rp})$ геометрию линии видимости и отраженного пути.

Смоделированные геометрические параметры для этой симуляции заданы 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 область значений отраженного пути.

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

Rrp =

   3.0067e+03

Для моностатической системы возврат с одним отказом может пройти два разных пути.

  1. Радарный$\stackrel{R_{rp}}{\longrightarrow}$$\stackrel{R_{los}}{\longrightarrow}$ радар-цель

  2. Радарный$\stackrel{R_{los}}{\longrightarrow}$$\stackrel{R_{rp}}{\longrightarrow}$ радар-цель

В обоих случаях радар будет наблюдать одинаковую область значений.

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

Затем установлено, что разделение области значений между всеми многолучевыми возвратами является различием между наблюдаемым и дальностью видимости.

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

Rdelta = (Rrp-Rlos)/2

Rdelta =

    3.3296

Который соответствует разделению многолучевой области значений, наблюдаемому в моделируемых результатах.

Сводные данные

Этот пример продемонстрировал, как сквозная широкополосная радиолокационная система может быть смоделирована в Simulink ®. Изменение потерь распространения и целевой RCS через полосу пропускания системы требовало широкополосного распространения и использования целевых моделей.

Сигнал к помехе плюс отношение шума (SINR) полученных целевых возвратов был оценен с помощью CA CFAR 2-D блок. Оценщик CFAR использовал среднее значение ячейки, чтобы оценить степени шума и помех вблизи целевых возвратов, что позволило вычислить SINR принимаемого сигнала.

Цель была смоделирована в многолучевом окружении с помощью Wideband Two-Ray Channel, что дало начало трём возвратам цели, наблюдаемым радаром. Эти возвраты соответствуют линиям зрения, с одним отскоком и с двух путей отскока, сопоставленными с распространением двухстороннего сигнала между моностатическим радаром и целью. Было показано, что моделируемое разделение многолучевых возвратов в области значений соответствует ожидаемому разделению, вычисленному из смоделированной геометрии.

Документация по Radar Toolbox

Поддержка

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте