全球和本地坐标系统雷达的例子
这个例子展示了几种不同的坐标系统建模时一个典型的雷达场景中发挥作用。这里的场景被认为是一种双基地雷达系统发射雷达组成的数组,一个目标,一个接收雷达阵列。传输雷达天线发射雷达信号传播到目标,反映了目标,然后传播到接收雷达。
选择一个信号1 GHz的频率。
fc = 1 e9;c = physconst (“光速”);林= c / fc;
创建所有雷达系统组件
首先,建立了传输雷达阵列。传送阵是5-by-5均匀各向同性天线组成的矩形阵列(URA所言)元素。数组是固定和位于位置(50 50,50)米在全球坐标系统。虽然你位置数组在全球系统,数组元素的位置总是在数组中定义局部坐标系统。在任意方向传播的信号强度是发射角的函数在当地坐标系统。指定数组的取向。没有任何方向,本地数组轴与全球坐标系统。选择数组取向,这样数组法向量点约的方向目标。通过旋转90°数组z设在。然后,旋转周围的数组略2°y设在和1°z设在了。
天线= phased.IsotropicAntennaElement (“BackBaffled”、假);txarray = phased.URA (“元素”天线”,“大小”,5,5],“ElementSpacing”,0.4 *林* [1]);txradarAx = rotz (1) * roty (2) * rotz (90);txplatform = phased.Platform (“InitialPosition”(50,50岁,50岁),…“速度”(0,0,0),“InitialOrientationAxes”txradarAx,…“OrientationAxesOutputPort”,真正的);散热器= phased.Radiator (“传感器”txarray,“PropagationSpeed”c…“WeightsInputPort”,真的,“OperatingFrequency”、fc);steervec = phased.SteeringVector (“SensorArray”txarray,“PropagationSpeed”c…“IncludeElementResponse”,真正的);
接下来,目标位置大约5公里从发射机沿着全球坐标系统y设在和移动的x方向。通常,您指定雷达横截面值函数的反射光和入射光的射线角度对当地目标轴。选择任何目标取向对全球坐标系统。
模拟non-fluctuating目标,但允许RCS变化在每个调用目标方法。建立一个简单的内联函数,rcsvalRCS计算虚构的,但合理的值在不同的光线角度。
tgtAx = rotz (10) * roty (15) * rotx (20);tgtplatform = phased.Platform (“InitialPosition”,100;10000;100年),…“MotionModel”,“加速”,“InitialVelocity”(-50,0,0),“加速”(.015;.015;0),…“InitialOrientationAxes”tgtAx,“OrientationAxesOutputPort”,真正的);目标= phased.RadarTarget (“OperatingFrequency”足球俱乐部,…“模型”,“Nonfluctuating”,“MeanRCSSource”,输入端口的);rcsval = @ (az1 el1、az2 el2) 2 * abs (cosd ((az1 + az2) / 2 - 90) * cosd ((el1 + el2) / 2));
最后,设置接收雷达阵列。接收数组也是一个5-by-5 URA所言由各向同性天线元素。数组是静止的,坐落在150米z从传送阵方向。接收到的信号强度在任何方向是信号的入射角的函数在当地坐标系统。指定一个方向的数组。选择一个方向,大约在这个数组还指出y方向朝目标但不符合第一个数组。通过旋转92°数组z设在然后周围5°x设在。
rxradarAx = rotx (5) * rotz (92);rxradarAx = rotx (2) * rotz (92);rxplatform = phased.Platform (“InitialPosition”(50,50,200),…“速度”(0,0,0),“InitialOrientationAxes”rxradarAx,…“OrientationAxesOutputPort”,真正的);rxarray = phased.URA (“元素”天线”,“大小”,5,5],“ElementSpacing”,0.4 *林* [1]);
总之,我们需要四个不同的坐标系统来描述雷达的场景。这些都是
全球坐标系统。
一个本地雷达坐标系定义的传输雷达轴。
当地坐标系统定义的目标轴。
第二个地方雷达坐标系定义的接收雷达轴。
这个图展示了四坐标系统。它并不是规模和不准确地代表的场景示例代码。
指定传输波形和发射机放大
使用一个线性调频波形作为传输信号。假设1 MHz的采样频率,脉冲重复频率的5 kHz,脉冲长度为100微秒。设置发射机峰值输出功率1000 W,增加到40.0。
τ= 100 e-6;脉冲重复频率= 5000;fs = 1 e6;波形= phased.LinearFMWaveform (“脉冲宽度”τ,…“OutputFormat”,“脉冲”,“NumPulses”,1脉冲重复频率的脉冲重复频率,“SampleRate”fs);发射机= phased.Transmitter (“PeakPower”,1000.0,“获得”,40);
创建一个匹配滤波器的波形传播。
过滤器= phased.MatchedFilter (“系数”getMatchedFilter(波形));
指定传播渠道
使用无线传播模型的信号从传输雷达到目标和接收雷达。
channel1 = phased.FreeSpace (“OperatingFrequency”足球俱乐部,…“TwoWayPropagation”、假);channel2 = phased.FreeSpace (“OperatingFrequency”足球俱乐部,…“TwoWayPropagation”、假);
指定相转移Beamformer
创建一个相移beamformer。点的mainlobe beamformer在一个特定的方向对当地的接收者坐标系。选择这个方向是通过目标经过一段时间的运动。这个选择让我们证明beamformer响应变化作为目标通过mainlobe。
rxangsteer = [22.2244, -5.0615];rxangsteer = [10; . 07];beamformer = phased.PhaseShiftBeamformer (“SensorArray”rxarray,…“DirectionSource”,“属性”,“方向”rxangsteer,…“PropagationSpeed”c“OperatingFrequency”、fc);
模拟循环
每次迭代的处理循环执行这些操作:
更新位置的雷达和目标。
线性调频脉冲波形生成。
放大波形。
辐射信号从发射天线阵列。
将信号传递到目标。
反映了信号从目标。
将信号从目标传播到接收天线阵列。
收集接收天线的接收信号。
Beamforms到达信号接收天线。
Match-filters beamformed信号,发现其峰值。
传输100脉冲的波形。发送一个脉冲每100毫秒。
t = 0;Npulse = 100;dt = 1;
创建存储供以后策划。
azes1 = 0 (Npulse, 1);elevs1 = 0 (Npulse, 1);azes2 = 0 (Npulse, 1);elevs2 = 0 (Npulse, 1);rxsig = 0 (Npulse, 1);
输入模拟循环和生成波形传播。
为k = 1: Npulse
t = t + dt;wav =波形();
更新雷达和目标的位置。所有位置和速度对全球坐标系统定义。因为OrientationAxesOutputPort财产™将目标系统的对象真正的,您可以获得当地目标瞬时轴,tgtAx1,从目标方法。这些轴都需要计算目标RCS。数组当地轴是固定的,所以你不需要更新它们。
[txradarPos, txradarVel] = txplatform (dt);[rxradarPos, rxradarVel] = rxplatform (dt);[tgtPos, tgtVel tgtAx1] = tgtplatform (dt);
计算出瞬时范围传输雷达的目标和方向。透射波的强度取决于阵列增益模式。这种模式是一个函数的方向角对当地雷达轴。可以计算目标的方向对发射机当地轴使用rangeangle函数用一个可选参数,指明当地雷达轴,txradarAx。(没有这额外的参数,rangeangle返回方位角和高度角的全球坐标系统)。
[~,tgtang_tlcs] = rangeangle (tgtPos、txradarPos txradarAx);
另一种计算方向角的方法是首先计算他们在全球坐标系统,然后将其转换使用global2localcoord函数。
创建传播波形。传播波形生成的波形的放大版本。
txwaveform =发射机(wav);
辐射信号的瞬时目标方向。回想一下,散热器不是带领这个方向,而是在一个角度定义的控制向量,txangsteer。选择转向角因为目标经过这个方向在其运动。情节会让我们看到的改善响应作为目标进入雷达主瓣的。
txangsteer = [23.1203, -0.5357];txangsteer = [10; . 07];txangsteer sv1 = steervec (fc);wavrad =散热器(txwaveform tgtang_tlcs,连词(sv1));
传播的信号传输雷达到目标。全球坐标系统的坐标是传播。
wavprop1 = channel1 (wavrad txradarPos、tgtPos txradarVel, tgtVel);
反映了从目标回接收雷达波形数组。使用前面定义的简单angle-dependent RCS模型。输入rcs-model方位角和仰角的传入和反射射线对当地目标坐标系统。
[~,txang_tgtlcs] = rangeangle (txradarPos、tgtPos tgtAx1);[~,rxang_tgtlcs] = rangeangle (rxradarPos、tgtPos tgtAx1);txang_tgtlcs rcs = rcsval (txang_tgtlcs (1), (2), rxang_tgtlcs (1) rxang_tgtlcs (2));wavreflect =目标(wavprop1, rcs);ns =大小(wavreflect, 1);tm = [0: ns-1] / fs * 1 e6;
传播信号从接收雷达的目标。和之前一样,信号传播的所有坐标表达在全球坐标系统。
wavprop2 = channel2 (wavreflect tgtPos、rxradarPos tgtVel, rxradarVel);
计算的响应接收天线阵列的辐射方向来了。首先,使用rangeangle函数来计算目标的方向对当地接收阵列轴,通过指定接收者局部坐标系,rxradarAx。
[tgtrange_rlcs, tgtang_rlcs] = rangeangle (tgtPos、rxradarPos rxradarAx);
存储范围和方向角为以后策划。
azes1 (k) = tgtang_tlcs (1);elevs1 (k) = tgtang_tlcs (2);azes2 (k) = tgtang_rlcs (1);elevs2 (k) = tgtang_rlcs (2);
模拟传入平面波在每个元素从当前的方向目标计算接收器局部坐标系。
wavcoll = collectPlaneWave (rxarray wavprop2 tgtang_rlcs, fc);
Beamform到达波。在这个场景中,接收机beamformer点的方向,rxangsteer指定的,方向财产的phased.PhaseShiftBeamformer系统对象。当目标实际上在于那个方向,数组的响应最大化。
wavbf = beamformer (wavcoll);
执行beamformed接收波的匹配滤波,然后找到并为显示存储每个脉冲的最大值。这个值将被绘制在模拟循环结束后。
y =过滤器(wavbf);rxsig (k) = max (abs (y));
结束
图中的目标跟踪方位和仰角对发射机的本地坐标。红色圆圈表示传感器阵列的方向点。
情节(azes1 elevs1,“。b”)网格包含(的方位(度))ylabel (的海拔(度))标题(目标跟踪在发射机当地坐标的)举行在情节(txangsteer (1) txangsteer (2),”或“)举行从
图中的目标跟踪方位和仰角对接收机本地坐标。红圈表示beamformer点的方向。
情节(azes2 elevs2,“。b”)轴([-5.0,25.0,-5.0,5])网格包含(的方位(度))ylabel (的海拔(度))标题(“目标跟踪接收机本地坐标”)举行在情节(rxangsteer (1) rxangsteer (2),”或“)举行从
情节返回的信号振幅和接收机本地坐标方位角。振幅的价值取决于几个因素。
情节(azes2 rxsig,“。”)网格包含(的方位(度))ylabel (“振幅”)标题(“振幅与方位在接收机本地坐标”)
