Setup системы

Система работает на 300 МГц, с помощью линейной FM волны, максимальная однозначная область значений которой составляет 48 км. Разрешение в области значений составляет 50 метров, а продукт с временной пропускной способностью - 20.

maxrng = 48e3;         % Maximum range
rngres = 50;           % Range resolution
tbprod = 20;           % Time-bandwidth product

Передатчик имеет пиковую степень 2 кВт и коэффициент усиления 20 дБ. Приемник также обеспечивает коэффициент усиления 20 дБ, и шумовая полоса совпадает с шумовой полосой полосы пропускания формы волны.

Передающая антенная решетка является стационарным ULA с 4 элементами, расположенным в источник. Массив выполнен из вертикальных диполей.

txAntenna = phased.ShortDipoleAntennaElement('AxisDirection','Z');
[waveform,transmitter,txmotion,radiator] = ...
    helperBistatTxSetup(maxrng,rngres,tbprod,txAntenna);

Приёмная антенная решетка также является ULA с 4 элементами; он расположен на расстоянии [20000; 1000; 100] метров от передающей антенны и движется со скоростью [0; 20; 0] м/с. Предположим, что элементы в приёмном массиве также являются вертикальными диполями. Принятая антенная решетка ориентирована так, что ее широкая сторона указывает назад на передающую антенну.

rxAntenna = phased.ShortDipoleAntennaElement('AxisDirection','Z');
[collector,receiver,rxmotion,rngdopresp,beamformer] = ...
    helperBistatRxSetup(rngres,rxAntenna);

В пространстве присутствуют две цели. Первый - это точечная цель, смоделированная как сфера; он сохраняет поляризационное состояние падающего сигнала. Он расположен на расстоянии [15000; 1000; 500] метров от передающего массива и движется со скоростью [100; 100; 0] м/с.

Вторая цель расположена на расстоянии [35000; -1000; 1000] метров от передающего массива и приближается со скоростью [-160; 0; -50] м/с. В отличие от первой цели, вторая цель переворачивает состояние поляризации 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 довольно простой поляриметрической моделью для цели. Он принимает, что независимо от того, каковы будут падающие и отражающие направления, распределение степени между компонентами H и V фиксировано. Однако даже такая простая модель может выявить сложное поведение цели в симуляции, потому что (1) направления H и V варьируются для различных падающих и отражающих направлений; и (2) ориентация, заданная локальной системой координат, целей также влияет на согласование поляризации.

Системная симуляция

Следующий раздел описывает 256 принятых импульсов. Приемный массив сформирован лучом к двум целям. Первый рисунок показывает настройку системы и способ перемещения приёмного массива и целей. Второй рисунок показывает карту диапазона-Допплера, сгенерированную для каждые 64 импульсов, принятых в массиве 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

Карта Range-Doppler показывает только возврат от первой цели. Вероятно, это не удивительно, поскольку и передающая, и приёмный массив вертикально поляризованы, и вторая цель преобразует вертикально поляризованную волну в горизонтально поляризованную волну. Принятый сигнал от второй цели в основном ортогональен поляризации массива, что приводит к значительным потерям поляризации.

Можно также заметить, что полученная область значений и радиальная скорость не согласуются с областью значений и радиальной скоростью цели относительно передатчика. Это потому, что в бистатическом строении оцененный диапазон на самом деле является геометрическим средним для целевой области значений относительно передатчика и приемника. Точно так же оцененная радиальная скорость является суммой целевой радиальной скорости относительно передатчика и приемника. Круг на карте показывает, где цели должны появиться на карте range-Doppler. Дальнейшая обработка требуется, чтобы идентифицировать точное местоположение цели, но они выходят за возможности этого примера.

Использование кругово поляризованного приёмного массива

Вертикальный дипол является очень популярным выбором передающей антенны в реальных приложениях, потому что это низкая стоимость и имеет всенаправленный шаблон. Однако предыдущая симуляция показывает, что, если в приемнике используется та же антенна, существует риск того, что система пропустит определенные цели. Поэтому линейная поляризованная антенна часто не является лучшим выбором в качестве приемной антенны в таком строении, потому что независимо от того, как линейная поляризация выровнена, всегда существует ортогональная поляризация. В случае, если отраженный сигнал несет поляризационное состояние, близкое к этому направлению, поляризационные потери становятся огромными.

Один из способов решить эту проблему - использовать круговую поляризованную антенну на приемном конце. Круговая поляризованная антенна не может полностью соответствовать какой-либо линейной поляризации. Но с другой стороны, поляризационные потери между круговой поляризованной антенной и линейно поляризованным сигналом составляют 3 дБ независимо от того, в каком направлении линейная поляризация. Поэтому, хотя она никогда не дает максимального возврата, она никогда не пропускает цель. Часто используемая антенна с круговой поляризацией является перекрещенной дипольной антенной.

В следующем разделе показано, что происходит, когда скрещенные дипольные антенны используются для формирования приёмного массива.

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);

Карта Диапазон-Допплер теперь показывает обе цели в их правильных местоположениях.

Сводные данные

Этот пример показывает уровень системы симуляцию бистатического поляриметрического радара. Пример генерирует доплеровские карты диапазона принимаемого сигнала для различных строений поляризации массива и показывает, как круговая поляризованная антенна может использоваться, чтобы избежать потери линейных поляризованных сигналов из-за свойства поляризационного рассеяния цели.