主要内容

雷达架构:系统组件和需求分配(第1部分)

打开生活的脚本

这个示例是使用仿真软件由两部分组成的系列文章的第一部分®设计和测试一个雷达系统给定一组的需求。它开始通过引入一组性能要求,必须满足的最终设计。雷达系统架构然后使用仿真软件系统开发的作曲家™。然后的例子展示了如何连接雷达体系结构和相应的设计要求。最后,它显示了如何创建一个雷达系统提供的功能模型具体实现的组件体系结构。

本系列的第二个例子讨论了测试模型和验证的需求。它展示了如何使用仿真软件测试™建立测试套件和运行蒙特卡罗模拟来验证需求有关。第2部分还研究了一种场景时所要求的修订。它显示了如何跟踪的变化需求的相应组件设计和修改实现和测试。

性能需求

雷达系统设计通常开始于一组需求。实际雷达系统必须满足数十或数百个需求。在这个例子中,我们考虑一个x波段雷达系统性能必须满足以下两个要求:

  • R1:雷达必须检测Swerling 1例目标的雷达截面(RCS)的1米 2 在6000米的范围检测概率为0.9和1 e-6假警报的可能性。

  • R2:当检测到返回从两个Swerling 1例分离目标由70米范围内,相同的方位角和仰角,雷达必须解决两个目标并生成两个独特的目标报告80%的时间。

虚拟测试床

作为第一步,例子展示了如何设置一个虚拟测试床的雷达系统将被用来实现和测试的设计。这个测试床是用于跟踪系统的各个组件的性能要求,进行迭代的设计变更,测试和验证系统的性能。首先创建一个通用高层体系结构模型的例子使用系统作曲家。然后详细展示了一个雷达传感器组件的体系结构和试验台的模拟环境和雷达目标。

高层体系结构

体系结构模型指定只有概念性组件的系统,他们的接口,它们之间的联系。体系结构模型的组件不需要有一个具体实现。将会显示在这个例子中,系统作曲家允许定义特定的仿真软件行为的一些组件而仅在架构级别规定的其他组件。一个像这样的模块化设计是方便和灵活的自单个组件的行为完全可以修改或改变,而不需要对系统的其他部分进行任何更改。

除了雷达传感器组件模型的实际雷达传感器,测试床还包括:

  • 电力变电站——雷达传感器供电。

  • 控制中心-通过控制命令雷达传感器通信链路和接收的雷达数据。

  • 目标与环境-模型的雷达波形通过环境和互动传播波形的目标。雷达传感器被连接到目标与环境通过一组端口标记Tx,处方,TargetsPos。Tx和处方链接是用来传递雷达波形目标与环境。TargetsPos用来传递关于目标位置的信息吗雷达传感器为了模拟传输和接收波形的方向目标。

打开顶层架构。

open_system (“slexRadarArchitectureExample”)

雷达传感器

每个组件在一个架构模型可以进一步分解为子组件。下一步,定义一个雷达传感器架构。当雷达传感器分解,权力,Tx,处方,CmdRx,DataTx港口在顶层可用定义为外部端口。打开雷达传感器组件。

open_system (“slexRadarArchitectureExample /雷达传感器”);

定义以下组件创建一个雷达传感器的体系结构模型:

  • 资源调度程序——负责分配系统资源在一个住。它接收控制命令控制中心通过外部CmdRx端口。指示的流动控制信号在雷达传感器体系结构中,资源调度程序也与每个组件在里面雷达传感器。

  • 波形发生器-生产样品的雷达波形。

  • 传输数组——通过传播波形目标与环境通过外部Tx端口。

  • 接收器阵列——接收的反射波形目标与环境通过外部处方端口。

  • 信号处理器——执行波束形成、匹配滤波和脉冲集成和通过检测数据处理器。

  • 数据处理器-创建雷达报告或雷达追踪,并将他们带回控制中心。

此体系结构模型的雷达传感器非常一般。它不做任何假设传输波形的类型,天线阵的形状或大小、信号和数据处理的实现链。相同的体系结构可用于实现多种不同的雷达传感器。此外,这个例子只实现上市的一个子集组件离开资源调度程序和数据处理器。

目标与环境

目标与环境可以分解成两个子组件:

  • 目标——输出目标的位置和速度。

  • 传播——发出的平面波的传播模型传输数组通过环境、雷达目标的反射和传播接收器阵列。

开放目标与环境组件。

open_system (“slexRadarArchitectureExample /目标和环境”)

需求跟踪

需求工具箱™是一个工具,提供了一种方法来连接需求的组件架构负责实现相应的功能。当需求或模型变化,要求工具箱提供了一种方便的方法来跟踪更改相应的测试和验证的性能和需求总是一致的。

应用程序通过发射需求视角应用程序选项卡。然后导航到编辑器的访问需求需求选项卡并选择要求编辑器。创建一个新组的需求模型,点击新的需求设置。对于这个示例,创建一个需求设置和添加R1和R2。要求编辑器中打开这些需求。

打开(“slreqRadarArchitectureExampleRequirements.slreqx”)

要求编辑列表的最大范围和距离分辨率要求。在左边面板中也显示了验证和实现为每个需求状态。这时,需求都没有实现,而不是验证。为了改变实现地位的要求,它链接到一个组件的体系结构,实现相应的功能。链接两个要求波形发生器和信号处理器。需求角度还显示了R1和R2的状态在底部窗格中。后连接组件的需求,需求角度表明,R1和R2的状态发生了变化实现。当选择一个需求在需求的角度来看,它突出显示链接的组件和一个紫色的框架。中所示的连接组件也链接部分细节右边的选项卡。

另一个方便的方法来可视化需求和架构的组件之间的联系跟踪矩阵,可以通过点击生成跟踪矩阵在需求编辑选项卡的需求。它清楚地显示了哪些组件负责每个需求的实现。

组件实现

模拟一个雷达系统,提供一个具体行为的组件体系结构模型。系统作曲家允许您指定一些仿真软件组件的行为,而其他组件未定义的行为。这提供了很大的灵活性的设计和仿真,因为你可以构建一个功能和可测试的详细模型的组件建模而其他组件定义仅在抽象级别。这个例子仅指定组件的具体行为所需的雷达传感器实现生成,传输,接收和处理雷达信号。它还提供了一个具体的实现目标与环境。

指定维度内的信号模型,示例假定三横列矩阵所指定的目标位置,tgtpos指定的目标速度,三横列矩阵,tgtvel,指定目标RCS的向量,tgtrcs。

系统参数

提供仿真软件行为组件的雷达传感器,首先确定一组雷达设计参数,可以满足所要求的。一组参数的雷达系统可以满足R1和R2可以很快发现通过执行一系列雷达方程分析雷达设计师应用。应用计算各种雷达性能指标和可视化的检测性能的雷达系统的函数。我们使用指标和要求表来设置目标的最大距离值和距离分辨率要求R1和R2中指定所需的值。然后我们调整系统参数,直到红绿灯图表表明,系统的性能满足客观要求。结果集雷达的设计参数是:

  • 雷达- 10 GHz频率;

  • 峰值功率- 6000 W;

  • 脉冲持续时间- 0.4 μ 年代 ;

  • 脉冲- 2.5 MHz带宽;

  • 脉冲重复频率- 20千赫;

  • 数量的传输脉冲- 10;

  • 天线增益- 26 dB;

  • 图- 0分贝噪音;

打开这个设计在雷达设计应用程序。

radarDesigner (“RadarDesigner_RectangularWaveform.mat”)

波形发生器

分析在雷达设计师应用假设时间带宽积等于1。这意味着传播波形是一个未调制的矩形脉冲。使用脉冲波形分析仪应用确认导出波形参数导致所需的性能和满足R1和R2。

启动脉冲波形分析仪应用波形参数中定义这个例子。

pulseWaveformAnalyzer (“PulseWaveformAnalyzer_RectangularWaveform.mat”)

应用表明,距离分辨率和明确的范围与要求一致。

雷达模型,实现这种行为波形发生器组件只需要包含一个仿真软件生成一个矩形波形。连接的输出矩形波形块到外部波形港口与传输数组组件。由于这个例子不考虑命令信号,链接Cmd输入一个终结者。

设置输出信号格式属性的块脉冲。这意味着,每一个脉冲重复间隔(PRI)1 /脉冲重复频率秒,块产生一个列向量fs /脉冲重复频率复杂波形样本。

传输数组

的传输数组组件包含以下仿真软件模块:

  • 发射机——传输所产生的波形波形发生器指定的峰值功率和传输增益。

  • 射程角计算器——计算方向朝目标假设雷达是放在静态平台位于原点。作为目标的方向盎输入窄带Tx数组。

  • 窄带Tx数组——模型传输窄带信号的天线阵。它输出的副本传输波形辐射方向的目标。

雷达方程分析确定传输增益范围应该26 dB。设置获得财产的发射机块20 dB和使用一个天线阵来得到一个额外的增益为6 dB。相控阵天线具有所需的属性可以使用传感器阵列设计分析仪应用。对于这个示例,使用第4单元均匀线性阵列,阵列增益约6 dB。

打开传感器阵列的阵列模型分析仪应用。

sensorArrayAnalyzer (“SensorArrayAnalyzer_ULA.mat”)

系统作曲家需要明确规范的维度,样品时间,输入信号的复杂性。设置的尺寸波形输入[fs /脉冲重复频率1],样品时间1 /脉冲重复频率和复杂性“复杂”。的尺寸TargetsPos输入设置大小(tgtpos),默认设置为相应的样品时间和复杂性。

接收器阵列

  • 窄带Rx数组——模型接收天线阵。它使用相同的配置属性中相应的块传输数组组件。在每个数组元素块结合的信号收到每个目标添加适当的相移计算给定的目标方向射程角计算器。的输出窄带Rx数组块是一个[fs /脉冲num_array_elements]矩阵。

  • 接收机前置放大器-增加20 dB的增益,接收到的信号。

的处方收到波形与样品的输入是一个矩阵列对应大小(tgtpos, 2)目标。的尺寸处方必须设置为[fs /脉冲重复频率大小(tgtpos, 2)),样品时间1 /脉冲重复频率和复杂性“复杂”。

信号处理器

信号处理器实现了一个简单的信号处理链,包括:

  • 相移Beamformer在每个数组元素,将接收到的信号。这个例子设置侧向方向波束形成。

  • 匹配滤波器——执行匹配滤波来提高信噪比。匹配滤波器的系数设置为匹配传播波形。

  • 时变增益——补偿自由空间传播损耗。

  • 非相干积分- 10集的大小获得脉冲进一步提高信噪比。

设置的尺寸信号输入[fs /脉冲num_array_elements],样品时间1 /脉冲重复频率和复杂性“复杂”。

目标与环境

的目标使用一个组件实现平台块。

的传播组件包括:

  • 自由空间信道——模型的双向传播路径雷达波形。设置原点位置和速度的输入自由空间Channel块为零,表明雷达位于原点,它不动。目标位置和速度的输入连接到目标位置和速度TargetsPos和TargetVel港口。

  • 雷达目标——模型RCS和目标波动的影响。因为这个例子认为缓慢波动Swerling 1例目标,设置更新输入错误的。还设置模拟停止时间10 /脉冲重复频率表明一个模拟运行构成一个连贯的处理时间间隔(CPI)。

设定的尺寸Tx输入[fs /脉冲重复频率大小(tgtpos, 2)),样品时间1 /脉冲重复频率和复杂性“复杂”。

模拟输出

指定这些块在仿真软件足以获得模型的雷达系统可以产生雷达信号检测。之前继续测试模型和验证的具体性能要求,仿真运行,检查它是否像预期的那样产生结果。考虑三个目标。

%的目标位置tgtpos = [(2024.66, 0, 0), [3518.63, 0, 0], [3845.04, 0, 0]];%的目标速度tgtvel = [(0, 0, 0), (0, 0, 0), [0, 0, 0]];%的目标RCStgtrcs = (1.0 1.0 1.0);

添加仿真数据检查记录的输出信号制造者组件和运行仿真结果在以下范围。正如预期的那样,有三个明显的峰值对应的三个目标的模拟。

%设置模型参数helperslexRadarArchitectureParameters;%运行仿真simOut = sim卡(“slexRadarArchitectureExample”);data = simOut.logsout {1} .Values.Data;%绘制结果图;情节(range_gates、数据元素个数(range_gates) + 1:结束));包含(的范围(m));ylabel (“权力(W)”);标题(信号处理器输出的);网格在;

图包含一个坐标轴对象。坐标轴对象与信号处理器输出标题,包含范围(m), ylabel权力(W)包含一个类型的对象。

总结

这个例子是一个由两部分组成的系列文章的第一部分对如何设计和验证模型从一个雷达系统性能需求的列表。它展示了如何构建一个使用系统的作曲家,雷达系统体系结构可以用作虚拟测试床设计和测试雷达系统。第1部分还展示了如何链接的组件架构的性能要求以及如何使用仿真软件实现组件的行为获得功能和可测试的模型。

这个例子展示了如何设置的第2部分创建测试套件测试雷达设计以及如何确认满足规定的性能要求。

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