Моделирование широкополосного моностатического радара в лучевой среде

Этот пример использует:

Открытая модель

В этом примере показано, как симулировать широкополосную радиолокационную систему. Радиолокационная система обычно считается широкополосной, когда ее полоса пропускания превышает 5% центральной частоты системы. В данном примере полоса пропускания 10% будет использоваться.

Исследование примера

Этот пример подробно останавливается на узкополосной моностатической радиолокационной системе, исследуемой в Тестовых сигналах Симуляции для Радарного Приемника в примере Simulink путем изменения его для широкополосной радарной симуляции. Для широкополосных сигналов и потери распространения и ЭПР цели могут значительно варьироваться через полосу пропускания системы. Именно по этой причине узкополосные модели не могут использоваться как они только распространение модели и целевые отражения на одной частоте. Вместо этого широкополосные модели делят полосу пропускания системы на несколько поддиапазонов. Каждый поддиапазон затем моделируется как узкополосный сигнал, и полученные сигналы в каждом поддиапазоне повторно объединены, чтобы определить ответ через полосу пропускания целой системы.

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

Приемопередатчик

  • Linear FM - Создает линейные импульсы FM.

  • Transmitter - Усиливает импульсы и отправляет состояние Transmit/Receive в Receiver Preamp блокируйтесь, чтобы указать, передает ли это.

  • Receiver Preamp - Получает распространенные импульсы, когда передатчик выключен. Этот блок также добавляет шум в сигнал.

  • Platform - Используемый, чтобы смоделировать движение радара.

  • Signal Processing - Подсистема выполняет обработку фрагмента, Доплер, обрабатывающий и оценка уровня шума.

  • Matrix Viewer - Отображает обработанные импульсы в зависимости от измеренной области значений, радиальной скорости, и оценил степень сигнала к интерференции плюс отношение шумовой мощности (SINR).

Подсистема обработки сигналов

  • Stretch Processor - Dechirps полученный сигнал путем смешивания его в аналоговой области с переданной линейной формой волны FM, задержанной к области значений выбранной ссылки. Более детальное обсуждение обработки фрагмента доступно в примере Оценки Области значений FMCW.

  • Decimator - Подсистема моделирует частоту дискретизации аналого-цифрового конвертера (ADC) путем сокращения частоты дискретизации симуляции согласно полосе пропускания, требуемой промежутком области значений, выбранным в процессоре фрагмента.

  • Buffer CPI - Подсистема собирает несколько импульсных интервалов повторения (PRIs), чтобы сформировать когерентный интервал обработки (CPI), включая радиальную оценку скорости через Доплера, обрабатывающего.

  • Range-Doppler Response - Вычисляет ДПФ вдоль области значений и Доплеровских размерностей, чтобы оценить область значений и радиальную скорость полученных импульсов.

  • CA CFAR 2-D - Оценивает уровень шума полученных сигналов с помощью метода усреднения ячейки (CA) и в области значений и в Доплере.

  • Compute SINR - Подсистема нормирует полученный сигнал с помощью вычисленного порога детектора CFAR, возвращая предполагаемый SINR в децибелах (дБ).

Канал

  • Wideband Two-Ray - Применяет задержки распространения, потери, эффекты Доплера и многопутевые отражения прочь плоской земли к импульсам. Один блок используется для переданных импульсов и другого для отраженных импульсов. Wideband Two-Ray блоки требуют положений и скоростей радара и цели. Те предоставляются с помощью Goto и From блоки.

Целевая подсистема

Target подсистема моделирует движение цели и отражает импульсы согласно широкополосной модели RCS и углу обзора цели, представленному радару. В этом примере цель расположена в 3 000 метров от широкополосного радара и переезжает от радара на уровне 100 м/с.

  • Platform - Используемый, чтобы смоделировать движение цели. Значения положения и скорости цели используются Wideband Two-Ray Channel блоки к распространению модели и Range Angle блокируйтесь, чтобы вычислить инцидентные углы сигнала в местоположении цели.

  • Range Angle - Вычисляет инцидентные углы распространенного сигнала в азимуте и вертикальном изменении в местоположении цели.

  • Wideband Backscatter Target - Моделирует широкополосные отражения цели к инцидентным импульсам. Расширенная широкополосная целевая модель, введенная в Целевом примере Эффективной площади рассеивания Моделирования, используется для этой симуляции.

Исследование модели

Несколько диалоговых параметров модели вычисляются функцией помощника helperslexWidebandMonostaticRadarParam. Чтобы открыть функцию из модели, нажмите на Modify Simulation Parameters блок. Эта функция выполняется однажды, когда модель загружается. Это экспортирует в рабочую область структуру, на поля которой ссылаются диалоговые окна. Чтобы изменить любые параметры, или измените значения в структуре в командной строке или отредактируйте функцию помощника и повторно выполните его, чтобы обновить структуру параметра.

Результаты и отображения

Рисунок ниже показывает область значений и радиальную скорость цели. Целевой диапазон вычисляется из задержки туда и обратно отраженных импульсов. Радиальная скорость цели, как оценивается, при помощи ДПФ выдерживает сравнение, прогрессия фазы полученной цели возвращается через когерентный импульсный интервал (CPI). Область значений цели и радиальная скорость измеряются от пика фрагмента, и Доплер обработал выход.

Несмотря на то, что только единая цель была смоделирована в этом примере, три цели возвращаются, наблюдаются в верхнем правом фрагменте фигуры. Многопутевые отражения вдоль передающих и приёмных путей дают начало второй и третьей цели, возвращается, часто называемый синглом - и двойной возврат возвращается 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

Эта ожидаемая область значений и радиальная скорость сопоставимы с симулированными результатами на рисунке выше.

Ожидаемое разделение между многопутевыми возвратами может также быть найдено. Рисунок ниже иллюстрирует угол обзора$(R_{los})$ и отраженные$(R_{rp})$ конфигурации пути.

Смоделированные геометрические параметры для этой симуляции определяются следующим образом.

zr = paramWidebandRadar.targetPos(3);
zs = paramWidebandRadar.sensorPos(3);
Rlos = tgtRange;

Длина каждого из этих путей легко выведена.

$$L = \sqrt{R_{los}^2-\left(z_r-z_s\right)^2}$$

$$R_1 = \frac{z_r}{z_r+z_s}\sqrt{\left(z_r+z_s\right)^2+L^2}$$

$$R_2 = \frac{z_s}{z_r+z_s}\sqrt{\left(z_r+z_s\right)^2+L^2}$$

$$R_{rp} = R_1+R_2 = \sqrt{\left(z_r+z_s\right)^2+L^2}$$

Используя эти результаты, может быть вычислена отраженная область значений пути.

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

Rrp =

   3.0067e+03

Для моностатической системы один возврат возврата может пересечь два различных пути.

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

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

В обоих случаях та же область значений будет наблюдаться радаром.

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

Разделение области значений между всеми многопутевыми возвратами, как затем находят, является различием между областями значений угла обзора и наблюдаемым.

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

Rdelta = (Rrp-Rlos)/2

Rdelta =

    3.3296

Который совпадает с многопутевым разделением области значений, наблюдаемым в симулированных результатах.

Сводные данные

Этот пример продемонстрировал, как сквозная широкополосная радиолокационная система может быть смоделирована в Simulink®. Изменение потерь распространения и ЭПР цели через полосу пропускания системы потребовало, чтобы широкополосное распространение и целевые модели использовались.

Сигнал к интерференции плюс шумовое отношение (SINR) полученной цели возвращается, был оценен с помощью CA CFAR 2-D блок. Средство оценки CFAR использовало усреднение ячейки, чтобы оценить, что шумовая и интерференционная степень около цели возвращается, который включил вычисление SINR полученного сигнала.

Цель была смоделирована в лучевой среде с помощью Wideband Two-Ray Channel, то, которое дало начало трем целям, возвращается наблюдаемый радаром. Эти возвраты соответствуют углу обзора, одно возврату и путям двойного возврата, сопоставленным с двухсторонним распространением сигнала между моностатическим радаром и целью. Симулированное разделение многопутевых возвратов в области значений, как показывали, совпадало с ожидаемым разделением, вычисленным из смоделированной геометрии.

Документация Radar Toolbox

Поддержка

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте