雷达链接预算分析

介绍

雷达测距方程是一个功能强大的工具,主要参数的雷达系统联系在一起。雷达工程师可以给一个好主意对系统不通过复杂的性能分析和仿真。雷达方程在设计的早期阶段特别有用各种组件具体信息(例如,传输波形,天线阵列的大小或形状,信号处理算法,等等)可能尚未。虽然雷达方程只提供近似的结果,可以显著提高了分析的保真度考虑损失提出的雷达系统的组件和信号传播媒介。的雷达设计师应用程序是一个工具来执行雷达方程分析也称为雷达链路预算分析。它为用户提供了许多可调参数对雷达系统目标,和环境,提供了一套可视化帮助这些参数的选择。的雷达设计师应用程序还允许设计雷达系统基于一组性能需求。

这个例子展示了如何使用雷达设计师程序设计一个x波段监视雷达探测小目标。设计是基于以下需求规范:

新会话

的雷达设计师应用程序可以通过使用命令启动:

radarDesigner

默认情况下,应用程序允许用户启动一个新的或打开一个现有会话使用对应的按钮在将来发布。一个新的会话提供了选择的五个预定义雷达类型之一:机载、机场、汽车、跟踪和天气。在这个示例中,我们使用默认的机场雷达作为起点。

一旦加载一个新的会话,雷达设计师应用程序提供了一个用户以下文档组:

作为第一步后,打开一个新的会话,我们改变当前的名称设计的顶部雷达面板通力。

指标和要求

在这个例子中我们有一个规范详细说明最终系统的性能。然而,它并不指定所需的所有设计参数达到所需的性能水平。大部分的设计参数必须来自规范中给出的要求。的雷达设计师应用程序提供了一种方法来推导出雷达性能要求的设计参数。

性能指标和相应的需求被安置在指标和要求表。为每一个性能指标的应用有两个需求值:

之间的值阈值和客观的构成了trade-space雷达工程师可以使用多个平衡,有时相互矛盾的,性能要求。

计算指标,所示指标和要求表,可以受到最大范围或检测的概率。选择使用哪个变量的约束是通过度规按钮度规将来发布的部分。选择最大范围作为一个约束意味着中显示的性能指标指标和要求在指定的最大射程表计算。选择检测的概率作为一个约束意味着显示指标计算假设的指定值检测的概率。在这个例子中,我们感兴趣的两个范围:1)18公里的载人飞机,和2)UAS 8公里。我们开始与载人飞机和设置度规在将来发布18公里的最大范围的约束。

作为下一步,我们填充阈值和客观的的值指标和要求表中给出的数据规范。在本例中,只规范提供了一个值为每一个性能指标。我们使用这个值来设置客观的要求。然后,我们相应的设置阈值一个合理的值接近客观的。虽然所需的定义的系统的性能客观的要求,系统被认为是一个可接受的性能阈值要求是满足。这种灵活性需要创建trade-space选择设计参数,否则可能是困难的或不可能的选择。自从规范没有提供要求的所有指标表中所示,我们离开这些指标的要求设置为默认值。

目标参数

目标参数中设置目标面板。首先因为我们正在考虑小型载人飞机,我们设定目标的雷达截面1 m $${}^2$$。Swerling模型改变Swerling 1更现实的波动模型的目标。

雷达参数

需求和目标参数设置后,我们可以开始调整雷达设计参数,计算指标满足规定的要求。雷达设计师应用程序提供了一种方便的方法来监控计算指标的状态而改变设计参数的值。的条目指标和要求表的颜色表示状态的计算指标。满足相应的指标客观的要求的颜色为绿色,指标之间的值阈值和客观的标上黄色,指标不符合阈值要求以红色标注。信噪比中使用相同的颜色也与范围和Pd vs范围图显示的范围检测需求得到满足。

保证1 m $${}^2$$RCS目标检测所需的一系列18公里,我们调整雷达设计参数,以确保在信噪比和信噪比曲线范围情节之上目的检测能力线最大范围内。

雷达设计参数分为四个部分。每个部分调整如下:

这些调整之后,指标和要求表显示,该设计满足规范对小型载人飞机的RCS 1 m $${}^2$$或更大。从信噪比与范围图我们可以看到,需要实现的检测能力因素客观的0.9是大约10 dB的探测概率,而检测能力因素阈值0.75已接近5 dB的要求。因为可用的信噪比曲线之上目的检测能力线在18公里,由此产生的检测概率高于要求客观的价值,等于0.92。的指标和要求表也会显示所需的最小可检测信号检测1 m $${}^2$$目标检测概率是-92 dBm。

环境参数

直到现在这个示例假定自由空间传播没有任何大气衰减。使分析更准确,损失传播和大气衰减可以包含和参数化环境面板。

下的雷达设计的规范规定必须保持所需的检测性能和测量精度在大雨(16毫米/小时)。包括路径损耗由于降水的分析,我们组降水类型来雨在降水部分的环境面板。然后我们选择ITU模型并设置降水范围,16毫米/小时雨存在于所有感兴趣的范围。现在,指标和要求表和信噪比与检测的概率范围图显示在最大射程远低于所需的0.9。

的环境损失图给出了一个更好的主意对降水的贡献整体损失损失预算。它是通过访问环境损失在分析部分的按钮。这张图可视化四种range-dependent损失传播和大气衰减。的沉淀损失次要情节表明16毫米/小时雨创建一个额外的损失为4.8 dB 18公里。这导致检测的概率从0.92下降到0.55,低于阈值要求。因此,系统的性能在大雨变得不可接受的条件,不符合规范。

M-of-N CPI集成

检测的概率可以增加可用的信噪比,提高了接收机或减少所需的信噪比检测(检测能力的因素)。后一种方法可能更有吸引力在实践中由于减少检测能力的因素可以通过信号处理的应用技术,不需要更改硬件。检测能力因素可以减少集成更多的脉冲。然而,目标RCS起伏通常强加限制的脉冲可以连贯地集成。一种可能的解决方案集成脉冲而解决问题的RCS起伏M-of-N集成多个相干处理间隔(cpi)。在每个CPI脉冲前后一致地集成在一起,然后在CPI M-of-N集成应用。导航到雷达面板和设置的cpi检测和跟踪部分3和cpi与检测到2的增加产生的检测从0.55到0.81的概率。

尽管检测仍低于指定的概率客观的值,它满足了阈值要求。这意味着系统有一个可接受的检测性能在大雨。同样,范围、方位角和仰角精度明显阈值但低于各自的要求客观的值。

打开这个设计雷达设计师。

radarDesigner (“SurveillanceRadarSmallTargets.mat”)

小型无人机

来验证是否该雷达设计时将有一个令人满意的性能目标是一种小型无人机,我们改变目标RCS 0.03米 $${}^2$$并设置指标约束最大范围的8公里。信噪比与范围图表明,这个设计是在可用的信噪比目的检测能力线在8公里,和由此产生的检测概率范围是0.94,远高于所需的值。系统能够满足目标要求的概率检测8公里,因为大气衰减较小的影响范围。

由此产生的范围和高程精度,然而,仍低于客观的及以上的阈值要求。

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出口

的雷达设计师允许导出创建的设计作为一个MATLAB脚本通过单击出口按钮出口将来发布并选择的部分输出信噪比与MATLAB脚本。导出的脚本包含选定雷达、目标、和环境参数和繁殖的信噪比和范围。它可以用于进一步的实验,增加和修改设计。此外,显示的结果指标和要求表也可以通过点击导出为一个单独的MATLAB脚本出口然后选择生成指标报告。执行时,这个脚本输出一个格式化的报告计算指标。

总结

这个例子展示了如何使用雷达设计师应用程序进行链路预算分析监视雷达系统的探测小目标。示例始于一个规范和一组性能要求。它显示了如何设置客观的和阈值要求根据规范中提供的值。然后它显示了如何调整雷达的帮助下设计参数信噪比和范围情节和红绿灯的颜色编码,设计满足规定的要求。示例还展示了如何改变目标参数模型载人和无人驾驶飞机,以及如何配置环境设置包括大气降水损失分析。