Оцените область значений и Доплера Используя импульсное сжатие
Этот пример показывает эффекты импульсного сжатия, где переданный импульс модулируется и коррелируется с полученным сигналом. Радар и системы гидролокатора используют импульсное сжатие, чтобы улучшить отношение сигнал-шум (SNR) и разрешение области значений путем сокращения длительности эха. Этот пример также демонстрирует Доплера, обрабатывающего, где радиальная скорость цели определяется из эффекта Доплера, созданного целевым движением.
Определение области значений и скорости целей
Следующая радиолокационная система распространяет последовательность импульсов линейных форм волны частоты модулируется (FM) к движущейся цели и получает эхо. Путем применения согласованной фильтрации и Доплера, обрабатывающего к эху, радиолокационная система может эффективно обнаружить область значений и скорость цели.
Задайте требования для радиолокационной системы. Этот пример использует несущую частоту fc из 3 ГГц и частота дискретизации fs из 1 МГц.
fc = 3e9;
fs = 1e6;
c = physconst('LightSpeed');Создайте системные объекты, чтобы смоделировать радиолокационную систему. Система является моностатической. Передатчик расположен в (0,0,0) и стационарный, в то время как цель расположена в (5000,5000,0) со скоростью (25,25,0) с эффективной площадью рассеивания (ЭПР) 1 квадратного метра.
antenna = phased.IsotropicAntennaElement('FrequencyRange',[1e8 10e9]); transmitter = phased.Transmitter('Gain',20,'InUseOutputPort',true); txloc = [0;0;0]; tgtloc = [5000;5000;0]; % Radial Dist ~= 7071 m tgtvel = [25;25;0]; % Radial Speed ~= 35.4 m/s target = phased.RadarTarget('Model','Nonfluctuating','MeanRCS',1,'OperatingFrequency',fc); antennaplatform = phased.Platform('InitialPosition',txloc); targetplatform = phased.Platform('InitialPosition',tgtloc,'Velocity',tgtvel); radiator = phased.Radiator('PropagationSpeed',c,... 'OperatingFrequency',fc,'Sensor',antenna); channel = phased.FreeSpace('PropagationSpeed',c,... 'OperatingFrequency',fc,'TwoWayPropagation',false); collector = phased.Collector('PropagationSpeed',c,... 'OperatingFrequency',fc,'Sensor',antenna); receiver = phased.ReceiverPreamp('NoiseFigure',0,... 'EnableInputPort',true,'SeedSource','Property','Seed',2e3);
Создайте линейную форму волны FM с шириной импульса 25 μs, импульсной частотой повторения 10 кГц и полосой пропускания развертки 100 кГц. Коэффициенты согласованного фильтра сгенерированы от этой формы волны.
waveform = phased.LinearFMWaveform('PulseWidth',10e-6,'PRF',10e3,'OutputFormat','Pulses','NumPulses',1,'SweepBandwidth',1e5); wav = waveform(); c = physconst('LightSpeed'); maxrange = c/(2*waveform.PRF); SNR = npwgnthresh(1e-6,1,'noncoherent'); lambda = c/fs; tau = waveform.PulseWidth; Ts = 290; dbterm = db2pow(SNR - 2*transmitter.Gain); Pt = (4*pi)^3*physconst('Boltzmann')*Ts/tau/target.MeanRCS/lambda^2*maxrange^4*dbterm; filter = phased.MatchedFilter(... 'Coefficients',getMatchedFilter(waveform),... 'GainOutputPort',true);
Чтобы улучшить Доплеровское разрешение, система испускает 64 импульса, и эхо хранится в rxsig. Матрица данных хранит быстрые выборки времени (время в каждом импульсе) вдоль каждого столбца и медленных выборок времени (время между импульсами) вдоль каждой строки.
numPulses = 64; rxsig = zeros(length(wav),numPulses); for n = 1:numPulses [tgtloc,tgtvel] = targetplatform(1/waveform.PRF); [tgtrng,tgtang] = rangeangle(tgtloc,txloc); [txsig, txstatus] = transmitter(wav); txsig = radiator(txsig,tgtang); txsig = channel(txsig,txloc,tgtloc,[0;0;0],tgtvel); txsig = target(txsig); txsig = channel(txsig,tgtloc,txloc,tgtvel,[0;0;0]); txsig = collector(txsig,tgtang); rxsig(:,n) = receiver(txsig,~txstatus); end prf = waveform.PRF; fs = waveform.SampleRate; response = phased.RangeDopplerResponse('DopplerFFTLengthSource','Property','DopplerFFTLength',2048,'SampleRate',fs,'DopplerOutput','Speed','OperatingFrequency',fc,'PRFSource','Property','PRF',prf); filt = getMatchedFilter(waveform); [resp,rng_grid,dop_grid] = response(rxsig,filt); plotResponse(response,rxsig,filt,'Unit','db') ylim([0 12000])
Ответ показывает, что цель перемещается приблизительно в-40 м/с, и что цель переезжает от передатчика, поскольку скорость отрицательна.
Вычислите логические элементы области значений, соответствующие скорости перемещения сигнала. График первой медленной выборки времени показывает самые большие пиковые приблизительно 7 000 м, который соответствует графику диаграммы направленности скорости области значений.
fasttime = unigrid(0,1/fs,1/prf,'[)'); rangebins = (physconst('Lightspeed')*fasttime/2); plot(rangebins,abs(rxsig(:,1)))
Определение области значений
Создайте порог, где вероятность ложного предупреждения меньше 1e-6. Используйте некогерентное интегрирование этих 64 импульсов, принимающих, что сигнал находится в белом Гауссовом шуме. Возьмите самый большой пик выше порога и отобразите предполагаемый целевой диапазон.
pfa = 1e-6; NoiseBandwidth = 5e6/2; npower = noisepow(NoiseBandwidth, receiver.NoiseFigure,receiver.ReferenceTemperature); thresh = npwgnthresh(pfa,numPulses,'noncoherent'); thresh = npower*db2pow(thresh); [pks,range_detect] = findpeaks(pulsint(rxsig,'noncoherent'),'MinPeakHeight',thresh,'SortStr','descend'); range_estimate = rangebins(range_detect(1)); fprintf("Range Estimate: %3.2f m", range_estimate);
Range Estimate: 7344.92 m
Определение скорости
Возьмите медленно-разовые выборки, соответствующие интервалу области значений, содержащему обнаруженную цель, и постройте оценку спектральной плотности мощности медленно-разовых выборок с помощью periodogram функция.
ts = rxsig(range_detect(1),:).';
periodogram(ts,[],256,prf,'centered')
Пиковая частота соответствует эффекту Доплера, разделенному на 2, который может быть преобразован в целевую скорость. Положительная скорость означает, что цель приближается к передатчику, в то время как отрицательная скорость указывает, что цель переезжает от передатчика.
[Pxx,F] = periodogram(ts,[],256,prf,'centered'); [Y,I] = max(Pxx); lambda = physconst('Lightspeed')/fc; tgtspeed = dop2speed(F(I)/2,lambda); fprintf("Doppler Shift Estimate: %2.2f Hz",F(I)/2)
Doppler Shift Estimate: -351.56 Hz
fprintf("Speed Estimate: %2.2f m/s",tgtspeed)Speed Estimate: -35.13 m/s