雷达垂直覆盖地形
雷达系统的传播路径被修改的环境中运作。俯瞰一个表面时,自由空间辐射反射波模式修改,导致一个干涉图样与叶和null。在叶最大,雷达还可以增加多达12 dB,而在最低理论上可以回到0分贝。
垂直覆盖模式是一种检测轮廓。它提供了一个观察雷达系统的性能在一个恒定的信号电平指定的自由空间范围。垂直覆盖认为直接和地面反射射线之间的干扰,以及折射。这个例子定义了一个l波段雷达系统的重杂物,向您展示如何可视化三维地形垂直覆盖。
定义雷达
首先,指定一个l波段监视雷达使用以下参数:
峰值功率:3千瓦
工作频率:1 GHz
发送和接收天线波束宽度:20度在方位角和仰角
脉冲宽度:2μs
%雷达参数rfs = 50 e3;%空间范围(m)rdrppower = 3 e3;%峰值功率(W)fc = 1 e9;%的操作频率(赫兹)hpbw = 20;%半功率波束宽度(度)rdrpulsew = 2 e-6;%脉冲宽度(s)tiltAng = 1;%雷达(海拔)倾斜角度(度)azRotation = 80;%雷达方位角旋转角度(度)%垂直覆盖参数minEl = 0;%的最小垂直覆盖角(度)maxEl = 90;%最大垂直覆盖角(度)elStepSize = 1;%海拔步长(度)azAng = 60:2:60;海拔削减%方位角度(度)
转换传输天线的半功率波束宽度(HPBW)值来获得使用beamwidth2gain函数。假设一个余弦矩形孔径,这对一个真实的天线是一个很好的近似。
rdrgain = beamwidth2gain (hpbw,“CosineRectangular”);%传输和接收天线增益(dB)
定义的位置
下一节定义了雷达的位置。雷达安装在高塔离地面100米。雷达高度地面高程的总和,雷达塔高度引用的平均海平面(实验室)。可视化的位置使用geoplot3。雷达也会出现一个红色的圆形图像的右上角。
%雷达位置rdrlat = 39.5;%雷达纬度(度)rdrlon = -105.5;%雷达经度(度)rdrtowerht = 100;%天线高度(米)surfaceHtAtRadar = 2812;在雷达位置%表面高度(米)rdralt = surfaceHtAtRadar + rdrtowerht;%雷达高度(米)%导入相关的从美国地质地形数据%勘探局dtedfile =“n39_w106_3arc_v2.dt1”;归因=“SRTM 3角秒的分辨率。数据来自美国地质调查局”。;(Z, R) = readgeoraster (dtedfile,“OutputType”,“双”);%可视化包括地形使用地理位置全球阴谋addCustomTerrain (“southboulder”dtedfile,“归因”、归因);hTerrain = uifigure;g = geoglobe (hTerrain,“地形”,“southboulder”,“技术”,“街道”);(g,“上”)h_rdrtraj = geoplot3 (g, rdrlat, rdrlon rdralt,“o”,“颜色”(0.6350 0.0780 0.1840),“线宽”6“MarkerSize”6);坎波斯(g, 40.0194565714502, -105.564712896622, 13117.1497971643);camheading (150.8665488888147 g);campitch (-16.023558618352187 g);
研究自由空间范围
对于这个示例,自由空间范围rfs是一个目标的范围指定的信噪比(信噪比)。假设一个大目标10 dBsm雷达截面(RCS)。在这个范围内,自由空间目标信噪比可以计算如下。
曾经= db2pow (10);% RCS (m ^ 2)λ= freq2wavelen (fc);%波长(m)tsnr = radareqsnr(λ,rfs、rdrppower rdrpulsew,…RCS的曾经,“获得”rdrgain)
tsnr = -0.7449
监视雷达,所需的性能指标是检测(Pd)的概率为0.8,假警报(Pfa)的概率低于1 e - 3。使雷达系统设计更可行的,您可以使用一个脉冲集成技术来减少所需的信噪比。对于这个系统,假设64脉冲的非相干积分。一个好的近似的所需的最小信噪比检测指定的Pd和Pfa可以计算的检测能力函数如下。注意,自由空间信噪比满足检测能力的要求。
Pd = 0.8;Pfa = 1 e - 3;minsnr =检测能力(Pd, Pfa, 64);isdetectable = tsnr > = minsnr
isdetectable =逻辑1
的toccgh函数允许您将接收机检测概率转化为跟踪概率。假设默认的追踪,所需的Pd和Pfa翻译以下目标跟踪(Pdt)和概率的概率错误跟踪(击球)。
(Pdt,击球)= toccgh (Pd, Pfa)
Pdt = 0.9608
击球= 1.0405 e-06
Pd和Pfa要求启用跟踪概率约为96%,一个错误的跟踪概率的1 e-6。
情节垂直覆盖
垂直覆盖模式是使用布莱克图表可视化,也称为range-height-angle图表。的范围x设在传播范围和高度y设在相对于原点的射线。
垂直覆盖等值计算使用radarvcd函数。默认的介电常数模型radarvcd基于海面。这样一个模型并不适用于定义的场景中,这是在陆地上。因此,模拟更真实的传播的第一步是选择一个更合适的介电常数。使用earthSurfacePermittivity函数与植被国旗。假设的环境温度21.1摄氏度,这是大约70华氏度。假设重力含水量为0.3。
temp = 21.1;%环境温度(摄氏度)gwc = 0.3;%重量含水量[~,~,epsc] = earthSurfacePermittivity (“植物”、fc、临时gwc);
接下来,指定天线。模拟天线理论sinc天线模式和阴谋。
hBeam = phased.SincAntennaElement (波束宽度的,hpbw);模式(hBeam、fc);
得到高度的模式在0度方位。
elAng = 90:0.01:90;帕特= getVoltagePattern (hBeam fc 0, elAng);
指定大气和计算相应的有效地球半径。由于纬度的雷达在这个例子中是39.5度,中纬度大气模型将是最合适的。假设时间是在夏季。
%设置有效地球半径使用中期纬度大气模型%在夏天[nidx N] = refractiveidx (e3) [0 1,…“LatitudeModel”,“中期”,“季节”,“夏天”);RGradient = (nidx (2) - nidx (1) / 1 e3;Re = effearthradius (RGradient);% m
接下来,使用计算垂直覆盖模式radarvcd函数。
[vcpkm, vcpang] = radarvcd (rdrtowerht fc, rfs。* 1 e - 3,…“SurfaceRelativePermittivity”epsc,…“SurfaceHeightStandardDeviation”30岁的…“植物”,“树”,…“AntennaPattern”帕特,“PatternAngles”elAng,…“TiltAngle”tiltAng,…“EffectiveEarthRadius”再保险,…“MinElevation”minEl,…“ElevationStepSize”elStepSize,…“MaxElevation”,maxEl);
使用表面高度现场获得的表面折射率refractiveidx。
%计算合适的表面(~,Ns) = refractiveidx (surfaceHtAtRadar,“LatitudeModel”,“中期”,“季节”,“夏天”);
绘制垂直覆盖使用blakechart函数。的blakechart轴形成使用中央广播传播实验室(CRPL)参考大气。CRPL模型广泛应用和模型折射率剖面作为一个指数衰减和高度,这已被证明是一个很好的近似为一个正常的大气(大气,不发生异常传播管道)。定制CRPL模型通过设置表面高折射率和折射指数的值适合系统操作的位置和时间。
更新表面折射率和折射指数函数调用的输入。在随后的情节,轮廓是由以前的constant-signal-level计算目标信噪比。
rexp = refractionexp (Ns);blakechart (vcpkm vcpang,“ScalePower”,1“SurfaceRefractivity”Ns,“RefractionExponent”rexp)
可视化三维垂直覆盖地形
下一节计算垂直覆盖在指定方位间隔。垂直覆盖范围和角度转换为高度使用range2height函数使用CRPL方法。然后range-height-angle值转换为笛卡儿。
%初始化笛卡尔X, Y, Z输出numAz =元素个数(azAng);numRows =元素个数(minEl: elStepSize: maxEl) + 1;vcpX = 0 (numRows numAz);vcpY = 0 (numRows numAz);vcpZ = 0 (numRows numAz);wgs84 = wgs84Ellipsoid;%获得垂直覆盖轮廓在笛卡尔坐标系为idx = 1: numAz%得到高程模式在这个方位帕特= getVoltagePattern (hBeam、fc azAng (idx) elAng);%获得地形高度信息[xdir, ydir zdir] = sph2cart(函数(azAng (idx) + azRotation), 0, 1 e3);[xlat, ylon zlon] = enu2geodetic (xdir、ydir zdir, rdrlat, rdrlon, rdralt, wgs84);[~,~,~,htsurf] = los2 (Z, R, rdrlat rdrlon,…xlat、ylon rdralt zlon,“火星科学实验室”,“火星科学实验室”);htstdSurf =性病(htsurf (~ isnan (htsurf)));%计算垂直覆盖模式[vcp, vcpang] = radarvcd (fc、rfs rdrtowerht,…“RangeUnit”,“米”,…“HeightUnit”,“米”,…“SurfaceRelativePermittivity”epsc,…“SurfaceHeightStandardDeviation”htstdSurf,…“植物”,“树”,…“AntennaPattern”帕特,“PatternAngles”elAng,…“TiltAngle”tiltAng,…“EffectiveEarthRadius”再保险,…“MinElevation”,1…“ElevationStepSize”,1…“MaxElevation”,90);%计算高度相关vcpht = range2height (vcp rdrtowerht vcpang,…“方法”,“CRPL”,“MaxNumIterations”2,“宽容”1飞行,…“SurfaceRefractivity”Ns,“RefractionExponent”,rexp);%计算真正的倾斜范围和目标的仰角[~,vcpgeomrt vcpelt] =…height2range (vcpht rdrtowerht vcpang,…“方法”,“CRPL”,…“SurfaceRefractivity”Ns,“RefractionExponent”,rexp);%设置这个值迭代vcpelt = [0; vcpelt (:); vcpang(结束)];vcpgeomrt = [0; vcpgeomrt (:); 0];%公里%转换范围、角度、高度笛卡尔X, Y, Z[vcpX: idx) vcpY (:, idx) vcpZ (:, idx)] = sph2cart (…函数azAng (idx)。* (numRows 1) + azRotation),…函数(vcpelt) vcpgeomrt);结束
笛卡尔垂直覆盖值转换为大地和情节上。三维垂直覆盖显示为一个蓝色的网。
[vcpLat, vcpLon vcpAlt] = enu2geodetic (vcpX、vcpY vcpZ, rdrlat, rdrlon, rdralt, wgs84);[xMesh, yMesh zMesh] = helperCreateMesh (vcpLat, vcpLon vcpAlt);geoplot3 (g, xMesh yMesh zMesh,“线宽”,1“颜色”0.4470 - 0.7410 [0]);
总结
这个例子讨论了计算方法三维垂直覆盖,讨论如何调整分析当地的大气状况。可视化创建垂直雷达系统的性能提供了一些见解,考虑到表面反射和折射的干扰。
辅助函数
%清理通过关闭全球地理和删除导入的%的地形数据。如果isvalid (hTerrain)关闭(hTerrain)结束removeCustomTerrain (“southboulder”)
函数帕特= getVoltagePattern (hBeam fc、azAng elAng)%获得电压模式从天线元素numAz =元素个数(azAng);元素个数=元素个数(elAng);帕特= 0 (numAz元素个数);为ia = 1: numAz为ie = 1:元素个数帕特步(ia () = (hBeam、fc (azAng (ia); elAng (ie)]);结束结束结束函数[xMesh, yMesh zMesh] = helperCreateMesh (x, y, z)%组织输入一个网格,可以使用geoplot3绘制numPts =元素个数(x);xMesh = 0 (2 * numPts, 1);yMesh = 0 (2 * numPts, 1);zMesh = 0 (2 * numPts, 1);[nrows, ncols] =大小(x);idxStart = 1;idxEnd = nrows;为2 = 1:ncols如果国防部(2,2)= = 0 xMesh (idxStart: idxEnd) = x(:,(二);yMesh (idxStart: idxEnd) = y(:,(二);zMesh (idxStart: idxEnd) = z(:,(二);其他的xMesh (idxStart: idxEnd) = flipud (x (:, ii));yMesh (idxStart: idxEnd) = flipud (y (:, ii));zMesh (idxStart: idxEnd) = flipud (z (:, ii));结束idxStart = idxEnd + 1;如果ii ~ = ncols idxEnd = idxStart + nrows 1;其他的idxEnd = idxStart + ncols 1;结束结束为2 = 1:nrows如果国防部(2,2)= = 0 xMesh (idxStart: idxEnd) = x (ii):);yMesh (idxStart: idxEnd) = y (ii):);zMesh (idxStart: idxEnd) = z (ii):);其他的xMesh (idxStart: idxEnd) = fliplr (x (ii):));yMesh (idxStart: idxEnd) = fliplr (y (ii):));zMesh (idxStart: idxEnd) = fliplr (z (ii):));结束idxStart = idxEnd + 1;idxEnd = idxStart + ncols 1;结束结束
引用
巴顿,d K。现代雷达的雷达方程。Artech房子雷达系列。波士顿、质量:Artech房子,2013。
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布莱克,l . V。“无线电射线(雷达)Range-Height-Angle图表”。Naval Research Laboratory, January 22, 1968.
布莱克,l . V。”雷高度计算连续非线性大气折射率剖面。”Radio Science 3, no. 1 (January 1968): 85-92. https://doi.org/10.1002/rds19683185.
另请参阅
blakechart|检测能力|effearthradius|height2range|radareqsnr|radarvcd|range2height|refractiveidx|toccgh
