В этом примере показано, как использовать приложение Radar Designer, чтобы выполнить радарный бюджетный анализ и проектирование ссылки радиолокационная система на основе набора требований к производительности. Radar Designer позволяет пользователю проектировать новую радиолокационную систему, начинающую с одного из пяти предварительно установленных радарных типов, устанавливать требования к производительности, вычислять радарные метрики, конфигурировать среду и сравнивать несколько альтернативных проектов. Можно также экспортировать проект как скрипт MATLAB® для последующего анализа.
Радарное уравнение области значений является мощным инструментом, который связывает основные параметры радиолокационной системы. Это может дать радарному инженеру a хорошую идею об эффективности системы, не обращаясь, чтобы объединить анализ и симуляции. Основное уравнение радиолокации особенно полезно на ранних стадиях проекта, когда определенная информация о различных компонентах (например, переданная форма волны, размер или форма антенной решетки, алгоритмов обработки сигналов, и так далее) еще не может быть доступной. Несмотря на то, что основное уравнение радиолокации обеспечивает только аппроксимированные результаты, точность анализа может быть значительно улучшена путем считания потерь введенными компонентами радиолокационной системы и носителя распространения сигнала. Приложение Radar Designer является инструментом для выполнения анализа основного уравнения радиолокации, также известного как радарный бюджетный анализ ссылки. Это предоставляет пользователю много настраиваемых параметров для радиолокационной системы, цели и среды, и предлагает набор визуализации, чтобы помочь с выбором этих параметров. Приложение Radar Designer также позволяет проектировать радиолокационную систему на основе набора требований к производительности.
В этом примере показано, как использовать приложение Radar Designer, чтобы спроектировать радар наблюдения X-полосы для обнаружения маленьких целей. Проект основан на следующей спецификации требований:
Пиковая мощность передачи не должна превышать 2 000 Вт
Радар должен предоставить полную страховую защиту в азимуте и 60 покрытий степеней в вертикальном изменении
Радар должен обнаружить маленький пилотируемый самолет с эффективной площадью рассеивания 1 м в диапазонах от 300 м до 18 км
Радар должен обнаружить маленький беспилотный самолет (UAS) с эффективной площадью рассеивания 0,03 м в диапазонах от 300 м до 8 км
Вероятность обнаружения и ложного предупреждения должна быть 0.9 и 1e-6, соответственно
Радар должен разрешить две цели с тем же азимутом и вертикальным изменением, разделенным в области значений на 30 м
Радар должен иметь область значений, азимут и точность вертикального изменения 2 м, 0,2 градусов и 0,5 градусов, соответственно
Радар должен обнаружить цели со скоростями до 180 км/ч
Радар должен обеспечить свою точность и эффективность обнаружения во время проливного дождя (16 мм/час) условия
Приложение Radar Designer может быть запущено при помощи команды:
radarDesigner
По умолчанию приложение позволяет пользователю или запускать новое или открывать существующий сеанс с помощью соответствующих кнопок в панели инструментов. Новый сеанс предлагает выбор одного из пяти предопределенных радарных типов: в воздухе, аэропорт, автомобильный, отслеживание и погода. В этом примере мы используем радар аэропорта по умолчанию в качестве начальной точки.
Если новый сеанс загружается, приложение Radar Designer представляет пользователя следующие группы документов:
Радар, Цель и панели Среды слева
ОСШ по сравнению с Геометрией Области значений и Сценария строит в центре и праве
Таблица Metrics и Requirements в нижней части
Как первый шаг после открытия нового сеанса, мы меняем имя текущего проекта наверху Радарной панели к NewDesign.
В этом примере у нас есть спецификация, детализирующая эффективность итоговой системы. Однако это не указывает, что все расчетные параметры должны были достигнуть необходимых уровней эффективности. Большинство расчетных параметров должно быть выведено из требований, данных в спецификации. Приложение Radar Designer обеспечивает способ вывести радарные расчетные параметры из требований к производительности.
Показатели производительности и соответствующие требования помещены в корпус в Metrics and Requirements таблица. Для каждого показателя производительности приложение имеет два значения требования:
Threshold — Описывает минимальный уровень эффективности для метрики
Objective — Задает значение метрики, которая позволит новой системе полностью удовлетворить потребностям миссии
Значения между Threshold и Objective составьте торговый пробел, который может использоваться радарным инженером, чтобы сбалансировать несколько, иногда конфликт, требования к производительности.
Вычисленные метрики, которые показывают в таблице Metrics и Requirements, могут быть ограничены или максимальной областью значений или вероятностью обнаружения. Выбором которого переменная использовать в качестве ограничения сделана через кнопку Metric в разделе Metric панели инструментов. При выборе максимальной области значений, когда ограничение означает, что показатели производительности, отображенные в таблице Metrics и Requirements, вычисляются в указанном максимальном диапазоне. При выборе вероятности обнаружения, когда ограничение означает, что отображенные метрики вычисляются, принимая заданное значение вероятности обнаружения. В этом примере мы интересуемся двумя областями значений: 1) 18 км для пилотируемого самолета и 2) 8 км для UAS. Мы начинаем с пилотируемого самолета и устанавливаем Metric в панели инструментов к максимальному ограничению области значений 18 км.
Как следующий шаг, мы заполняем Threshold и Objective значения таблицы Metric и Requirements с числами, данными в спецификации. В этом примере спецификация вводит только одно значение для каждого показателя производительности. Мы используем это значение, чтобы установить Objective требование. Мы затем устанавливаем соответствующий Threshold к рыночной стоимости близко к Objective. Несмотря на то, что желаемая эффективность системы задана Objective требование, система, как рассматривается, имеет приемлемую эффективность если Threshold требование удовлетворяется. Эта гибкость необходима, чтобы создать торговый пробел для выбора расчетных параметров, которые в противном случае могли затруднить или быть невозможны выбрать. Поскольку спецификация не обеспечивает требования для всех метрик, показанных в таблице, мы оставляем требования для этих метрик набор к значениям по умолчанию.
Целевые параметры устанавливаются в Целевой панели. Поскольку мы рассматриваем маленький пилотируемый самолет сначала, мы устанавливаем эффективную площадь рассеивания цели к 1 м. Модель Swerling изменяется на Swerling 1 смоделировать более реалистические колеблющиеся цели.
После того, как требования и целевые параметры были установлены, мы можем начать настраивать радарные расчетные параметры, таким образом, что вычисленные метрики удовлетворяют установленные требования. Приложение Radar Designer обеспечивает удобный способ контролировать состояние вычисленных метрик при изменении значения расчетных параметров. Записи таблицы Metrics и Requirements являются цветом, закодированным, чтобы указать на состояние вычисленных метрик. Метрики, которые соответствуют соответствующему Objective требование раскрашено зеленое, метрики со значениями между Threshold и Objective раскрашены желтые, и метрики, которые не соответствуют Threshold требование раскрашено красное. Те же цвета также используются в ОСШ по сравнению с Областью значений и Pd по сравнению с графиком Области значений показать области значений, в которых удовлетворяют требованиям обнаружения.
Гарантировать что 1 м Цель ЭПР обнаруживается в желаемой области значений 18 км, мы настраиваем радарные расчетные параметры, чтобы убедиться, что кривая ОСШ в ОСШ по сравнению с графиком Области значений выше Objective Detectability линия в Max Range.
Радарные расчетные параметры разделены на четыре раздела. Каждый раздел настроен можно следующим образом:
Main. Рабочая частота радара и пиковая мощность установлены в значения, данные в спецификации. Ширина полосы пропускания импульса настроена, чтобы удовлетворить требования разрешения области значений, и ширина импульса собирается достигнуть достаточно высоко доступного ОСШ в максимальной области значений. Значение PRF на 7 кГц выбрано, чтобы найти компромисс между 21,4-километровой однозначной областью значений и максимальной однозначной скоростью 198 км/ч (первая слепая скорость 396 км/ч). График Покрытия Области значений/Доплера, к которому получают доступ через кнопку Range/Doppler Coverage в разделе Analysis панели инструментов, используется, чтобы визуализировать торговый пробел между областью значений и скоростью цели.
Antenna and Scanning. Высота антенны, наклон и поляризация оставлены без изменений. Азимут и ширина луча антенны вертикального изменения собираются в 2 и 6 градусов, соответственно, соответствовать азимуту и требованиям точности вертикального изменения. Режим сканирования установлен в Mechanical упростить полное покрытие в азимуте и размерность вертикального изменения сектора скана установлено в 60 градусов, как дали в этой спецификации. Раздел Antenna и Scanning также показывает, что размер поискового объема составляет 5,441 стерадиан и время, которое требуется, чтобы отсканировать этот объем, 6,38 секунд. Включая сканирование в анализе добавляет, что потеря формы луча и луч - живут фактор в бюджет ссылки.
Detection and Tracking. Вероятность ложного предупреждения установлена в необходимое значение 1e-6. Количество когерентно интегрированных импульсов выбрано таким образом что Objective Detectability значение, которое определяет ОСШ, требуемый обнаружить цель случая Swerling 1 с желаемыми вероятностями обнаружения и ложным предупреждением 0,9 и 1e-6 соответственно, ниже доступного ОСШ при заданном максимальном ограничении области значений 18 км.
Loss Factors. С учетом потерь из-за затмения импульса мы добавляем статистическую потерю затмения для бюджетного анализа ссылки.
После этих корректировок таблица Metric и Requirements показывает, что этот проект удовлетворяет спецификации для маленького пилотируемого самолета с ЭПР 1 м или больше. От ОСШ по сравнению с графиком Области значений мы видим, что фактор обнаружительной способности потребовал, чтобы достигнуть Objective вероятность обнаружения 0,9 составляет приблизительно 10 дБ, в то время как фактор обнаружительной способности для Threshold требование 0,75 близко к 5 дБ. Поскольку доступная кривая ОСШ выше Objective Detectability линия на уровне 18 км, получившаяся вероятность обнаружения выше, чем необходимый Objective значение и равняется 0,92. Таблица Metrics и Requirements также показывает это минимальный обнаруживаемый сигнал, требуемый обнаружить 1 м цель с этой вероятностью обнаружения является –92 dBm.
До сих пор этот пример принял распространение свободного пространства без любого атмосферного затухания. Чтобы сделать анализ более точным, потери из-за распространения и атмосферного затухания могут быть включены и параметризованы через Environment панель.
Спецификация утверждает, что радар в соответствии с проектом должен обеспечить необходимую эффективность обнаружения и точность измерения во время проливного дождя (16 мм/час). Чтобы включать потерю на пути из-за осадков в анализе, мы устанавливаем Precipitation Type к Rain в Precipitation раздел Environment панель. Мы затем выбираем модель ITU и устанавливаем области значений осадков, таким образом, что дождь на 16 мм/час присутствует во всех областях значений интереса. Теперь Metrics and Requirements таблица и ОСШ по сравнению с графиком Области значений показывают, что вероятность обнаружения в максимальной области значений намного ниже, чем необходимые 0.9.
The Environmental Losses график дает лучшее представление о вкладе потери осадков для полного бюджета потерь. К этому получают доступ через кнопку Environmental Losses в разделе Analysis. Этот график визуализирует четыре типа зависимых областью значений потерь из-за распространения и атмосферного затухания. Precipitation Loss подграфик показывает, что дождь на 16 мм/час создает дополнительную потерю 4,8 дБ на уровне 18 км. Это приводит к вероятности обнаружения, понижающегося от 0,92 до 0,55, который является ниже Threshold требование. Таким образом эффективность системы становится недопустимой в условиях проливного дождя и не выполняет спецификации.
Вероятность обнаружения может быть улучшена или увеличением ОСШ, доступного в приемнике или путем уменьшения ОСШ, требуемого сделать обнаружение (фактор обнаружительной способности). Последний подход может быть более привлекательным на практике начиная с уменьшения фактора обнаружительной способности, может быть выполнен через приложение методов обработки сигналов, которые не требуют изменений внесения в оборудовании. Фактор обнаружительной способности может быть уменьшен путем интеграции большего количества импульсов. Однако колебание ЭПР цели обычно накладывает ограничение на сумму импульсов, которые могут быть когерентно интегрированы. Возможное решение интеграции большего количества импульсов при рассмотрении проблемы колебания ЭПР является M-of-N интегрированием на нескольких когерентных интервалах обработки (ЗНАКИ НА ДЮЙМ). В каждом CPI импульсы интегрированы когерентно, и затем M-of-N интегрирование применяется через ЗНАКИ НА ДЮЙМ. Навигация к Radar панель и определение номера ЗНАКОВ НА ДЮЙМ в Detection and Tracking разделите к 3 и количество ЗНАКОВ НА ДЮЙМ с обнаружением к 2 увеличениям получившаяся вероятность обнаружения от 0,55 до 0,81.
Несмотря на то, что вероятность обнаружения все еще ниже заданного Objective значение, это соответствует Threshold требование. Это означает, что система имеет приемлемую эффективность обнаружения во время проливного дождя. Точно так же область значений, азимут и точность вертикального изменения очищают Threshold требование, но ниже их соответствующего Objective значения.
Откройте этот проект в Radar Designer.
radarDesigner('SurveillanceRadarSmallTargets.mat')
Чтобы проверить, будет ли этот радарный проект иметь удовлетворительную эффективность, когда цель будет маленьким UAS, мы изменяем ЭПР цели в 0,03 м и набор метрическое ограничение к максимальной области значений 8 км. ОСШ по сравнению с графиком Области значений показывает, что доступный ОСШ для этого проекта выше Objective Detectability линия на уровне 8 км и получившаяся вероятность обнаружения в той области значений 0.94, который является много больше необходимого значения. Система может удовлетворить Объективному требованию для вероятности обнаружения на уровне 8 км, потому что удар атмосферного затухания меньше в более близких областях значений.
Получившаяся область значений и точность вертикального изменения, однако, все еще ниже Objective и выше Threshold требования.
.
Radar Designer позволяет экспортировать созданный проект как скрипт MATLAB путем нажатия кнопки Export в Разделе экспорта панели инструментов и выбора Export SNR vs Range MATLAB Script. Экспортируемый скрипт содержит выбранный радар, цель и параметры среды, и воспроизводит ОСШ по сравнению с графиком Области значений. Это может использоваться, чтобы далее экспериментировать, улучшить, и изменить проект. Кроме того, результаты, показанные в таблице Metrics и Requirements, могут также быть экспортированы как отдельный скрипт MATLAB путем нажатия на Export и затем выбора Generate Metrics Report. Когда выполняется, этот скрипт выводит отформатированный отчет для вычисленных метрик.
В этом примере показано, как использовать приложение Radar Designer, чтобы выполнить бюджетный анализ ссылки радиолокационной системы наблюдения для обнаружения маленьких целей. Пример запускается со спецификации и набора требований к производительности. Это показывает, как установить Objective и Threshold требования на основе значений, введенных в спецификации. Затем это показывает, как настроить радарные расчетные параметры с помощью ОСШ по сравнению с графиком Области значений и расцветкой стоп-сигнала, таким образом, что проект удовлетворяет установленные требования. Пример также показывает, как изменить целевые параметры в модель пилотируемый и беспилотный самолет, и как сконфигурировать параметры среды, чтобы включать атмосферную потерю из-за осадков в анализ.