地形雷达网络覆盖规划

这个例子使用了:

打开实时脚本

这个例子展示了如何在地形上使用传播建模来规划雷达网络。导入DTED一级地形数据，该区域包含5个候选单站雷达站。雷达方程用于确定是否可以探测到目标位置，其中使用Longley-Rice传播模型或地形集成粗糙地面模型™(TIREM™)计算额外的路径损失。选择三个最佳地点，以探测在离地面500米高空飞行的目标。该场景被更新为模拟一个在地面以上250米飞行的目标。雷达覆盖图显示了这两种情况。

导入地形数据

导入美国科罗拉多州博尔德附近地区的dted格式地形数据。地形文件是从SRTM Void Filled数据集中下载的，该数据集来自美国地质调查局(USGS)。该文件为DTED一级格式，采样分辨率约为90米。一个DTED文件定义了一个纬度和经度均为1度的区域。

dtedfile =“n39_w106_3arc_v2.dt1”；归因=“SRTM 3弧秒分辨率。数据来自美国地质调查局。”；addCustomTerrain (“southboulder”dtedfile,“归因”归因)

使用导入的地形打开站点查看器。高分辨率卫星地图图像的可视化需要互联网连接。

查看器= siteviewer(“地形”，“southboulder”）;

显示候选雷达地点

该地区西部多山，东部地势平坦。雷达将被放置在平坦的地区，以探测山区上空的目标。定义五个放置雷达的候选位置，并在地图上显示出来。候选位置的选择与地图上居民区以外的本地高点相对应。

在每个位置创建配置的发射机和接收机站点，以模拟单站雷达，其中雷达天线假设高于地面10米。

名称=“雷达站点”+ (1:5);Rdrlats = [39.6055 39.6481 39.7015 39.7469 39.8856];Rdrlons = [-105.1602 -105.1378 -105.1772 -105.2000 -105.2181];创建与雷达关联的发射机站点RDRTXS = txsite(“名称”、名称、.．.“AntennaHeight”10.．.“人肉搜索”rdrlats,.．.“经”, rdrlons);创建与雷达关联的接收站点RDRRXS = rxsite(“名称”、名称、.．.“AntennaHeight”10.．.“人肉搜索”rdrlats,.．.“经”, rdrlons);只显示雷达发射机地点显示(rdrtxs);

缩放和旋转地图以查看候选雷达站点周围的3d地形。选择站点可查看位置、天线高度和地面标高。

设计单机雷达系统

设计一个基本的单稳态脉冲雷达系统，在距离雷达35000米、距离分辨率5米的范围内探测0.1平方米雷达截面(RCS)的无波动目标。理想的性能指标是检测概率(Pd)为0.9，虚警概率(Pfa)低于1e-6。假定雷达是可旋转的，并在所有方向上支持相同的天线增益，其中天线增益对应于高度定向的天线金宝app阵列。

Pd = 0.9;%检测概率Pfa = 1e-6;误报概率%Maxrange = 35000;最大无歧义范围(m)rangers = 5;%所需距离分辨率(m)TGTRCS = .1;所需目标雷达截面(m^2)

使用脉冲积分来降低雷达接收机所需的信噪比。使用10个脉冲并计算检测目标所需的信噪比。

numpulse = 10;Snrthreshold = albersheim(pd, pfa, numpulsed);%单位:dBdisp (snrthreshold);

4.9904

假设一个高定向天线阵列，定义雷达中心频率和天线增益。

Fc = 10e9;发射机频率:10ghzAntgain = 38;%天线增益:38分贝C = physconst(“光速”）;Lambda = c/fc;

利用雷达方程计算所需的雷达发射机峰值脉冲功率(瓦特)。

Pulsebw = c/(2*rangeres);脉冲宽度= 1/脉冲bw;Ptx = radareqpow(lambda,maxrange,snrthreshold,pulsewidth，.．.RCS的tgtrcs,“获得”, antgain);disp (Ptx)

3.1521 e + 05

确定目标位置

定义一个包含2500个位置的网格，以表示感兴趣区域内移动目标的地理位置范围。感兴趣的区域在纬度和经度上都跨越0.5度，包括西边的山脉以及雷达站周围的一些地区。目标是探测位于西部山区的目标。

定义感兴趣的区域Latlims = [39.5 40];Lonlims = [-105.6 -105.1];在感兴趣的区域定义目标位置的网格Tgtlatv = linspace(latlims(1)，latlims(2)，50);Tgtlonv = linspace(lonlims(1)，lonlims(2)，50);[tgtlons,tgtlats] = meshgrid(tgtlonv,tgtlatv);Tgtlons = Tgtlons (:);Tgtlats = Tgtlats (:);

计算目标位置的最小、最大和平均地面高程。

创建与目标位置对应的临时站点数组并查询地形Z =海拔(txsite(“人肉搜索”tgtlats,“经”tgtlons));[Zmin, Zmax] = bounds(Z);Zmean = mean(Z);disp (“地面高程(米):最小最大值平均值”+换行符+.．.”“+ round(Zmin) +”“+ round(Zmax) +”“+圆(Zmean))

地面高程(米):最小最大平均1257 3953 2373

目标高度可参照平均海平面或地面高度来确定。以地面高度为参考，确定目标高度为500米。

%目标离地面高度(m)Tgtalt = 500;

在地图上将感兴趣的区域显示为纯绿色区域。

查看器。Name =“雷达关注范围”；regionData = propagationData(tgtlats,tgtlons，“区域”的(大小(tgtlats)));轮廓(regionData“ShowLegend”假的,“颜色”，“绿色”，“水平”，0)

计算有地形的目标位置的信噪比

雷达方程包括自由空间路径损失，并有一个附加损失的参数。使用地形传播模型来预测地形上的附加路径损失。如果有的话，请使用亨廷顿英格尔斯工业公司的TIREM™，或者使用Longley-Rice (ITM)模型。TIREM™支金宝app持的频率最高可达1000 GHz，而Longley-Rice的有效频率最高可达20 GHz。计算总附加损失，包括从雷达到目标的传播，然后从目标返回到接收机。

使用TIREM或Longley-Rice创建一个地形传播模型tiremloc = tiremSetup;如果~isempty(tiremloc) pm = propagationModel(“可以”）;其他的pm =传播模型(“longley-rice”）;结束计算由于地形和雷达与目标之间的返回距离造成的额外路径损失。[L, ds] = helperPathlossOverTerrain(pm, rdrtxs, rdrrxs, tgtlats, tgtlons, tgtalt);

利用雷达方程计算每个目标反射信号在每个雷达接收机上的信噪比。

计算所有雷达和目标的信噪比Numtgts = nummel (tgtlats);Numrdrs =数字(rdrtxs);Rawsnr = 0 (numtgts,numrdrs);为Tgtind = 1:numtgts为rdrind = 1:numrdrs rawsnr(tgtind,rdrind) = radareqsnr(lambda,ds(tgtind,rdrind)，Ptx,pulsewidth，.．.“获得”antgain,RCS的tgtrcs,“损失”L (tgtind rdrind));结束结束

优化雷达覆盖

如果雷达接收机信噪比超过上述计算的信噪比阈值，则检测到目标。考虑雷达站点的所有组合，并选择产生最多探测次数的三个站点。计算信噪比数据为在任何选定雷达站点的接收机上可用的最佳信噪比。

bestsitenums = helperOptimizeRadarSites(rawsnr, snrthreshold);信噪比= max(rawsnr(:，bestsitenums)，[]，2);

显示雷达覆盖范围，显示信噪比满足检测目标所需阈值的区域。用红色标记显示为最佳覆盖选定的三个雷达站点。

覆盖图显示了与感兴趣区域的界限相对应的北面、东面和南面的直边。覆盖图假设雷达可以在各个方向上旋转并产生相同的天线增益，并且雷达可以同时发射和接收，因此不存在最小覆盖范围。

覆盖地图在西部边缘有锯齿状的部分，覆盖区域受到地形效应的限制。雷达系统的设计距离为35000米，在其覆盖范围受到限制的地方，出现了西部边缘的平滑部分。

使用红色标记显示所选雷达站点查看器。Name =“雷达覆盖”；clearMap(观众)显示(rdrtxs (bestsitenums))%绘图雷达覆盖范围rdrData = propagationData(tgtlats,tgtlons，“信噪比”信噪比);legendTitle =“信噪比”+换行符+“(dB)”；轮廓(rdrData.．.“水平”snrthreshold,.．.“颜色”，“绿色”，.．.“LegendTitle”legendTitle)

改变脉冲数来积分

之前的分析基于集成10个脉冲的系统优化了雷达发射机功率和站点位置。现在研究系统的不同操作模式对雷达覆盖的影响，其中要积分的脉冲数是不同的。计算在不同数量的脉冲下检测目标所需的信噪比阈值。

计算不同脉冲数对应的信噪比阈值numpulse = 1:10;Snrthresholds = 0 (1, nummel (numpulsed));为K = 1: nummel (numpulsed) snrthresholds(K) = albersheim(pd, pfa, numpulsed (K));结束绘制信噪比阈值与要积分的脉冲数的关系情节(numpulses snrthresholds,“- *”)标题(探测所需的雷达接收机信噪比)包含(“要积分的脉冲数”) ylabel (“信噪比”(dB)网格)在；

图中包含一个轴对象。在“探测所需的雷达接收机”中，标题为SNR的轴对象包含一个类型为line的对象。

显示雷达覆盖图的信噪比阈值对应的几个不同数量的脉冲进行积分。增加要积分的脉冲数量会降低所需的信噪比，因此会产生更大的覆盖区域。

%显示最佳网站查看器。Name =多信噪比阈值的雷达覆盖；Show (rdrtxs(bestsitenums)) colors = jet(4);Colors (4，:) = [0 1 0];轮廓(rdrData.．.“水平”，snrthresholds([1 2 5 10])，.．.“颜色”、颜色、.．.“LegendTitle”legendTitle)

更新目标高度

更新场景，使目标位置高于地面250米而不是高于地面500米。重新运行与上述相同的分析，以选择三个最佳雷达站点并可视化覆盖范围。新的覆盖图显示，降低目标的可见性也会降低覆盖面积。

%目标离地高度(m)Tgtalt = 250;[L, ds] = helperPathlossOverTerrain(pm, rdrtxs, rdrrxs, tgtlats, tgtlons, tgtalt);计算所有雷达和目标的信噪比Numrdrs =数字(rdrtxs);Rawsnr = 0 (numtgts,numrdrs);为Tgtind = 1:numtgts为rdrind = 1:numrdrs rawsnr(tgtind,rdrind) = radareqsnr(lambda,ds(tgtind,rdrind)，Ptx,pulsewidth，.．.“获得”antgain,RCS的tgtrcs,“损失”L (tgtind rdrind));结束结束选择3个雷达站的最佳组合bestsitenums = helperOptimizeRadarSites(rawsnr, snrthreshold);信噪比= max(rawsnr(:，bestsitenums)，[]，2);%显示最佳网站查看器。Name =“雷达覆盖”；clearMap(观众);表演(rdrtxs (bestsitenums))%绘图雷达覆盖范围rdrData = propagationData(tgtlats,tgtlons，“信噪比”信噪比);轮廓(rdrData.．.“水平”snrthreshold,.．.“颜色”，“绿色”，.．.“LegendTitle”legendTitle)

显示多个信噪比阈值的雷达覆盖图。

%显示最佳网站查看器。Name =多信噪比阈值的雷达覆盖；显示(rdrtxs (bestsitenums))轮廓(rdrData,.．.“水平”，snrthresholds([1 2 5 10])，.．.“颜色”、颜色、.．.“LegendTitle”legendTitle)

结论

设计了一种单站雷达系统，用于探测距离达35000米、雷达截面为0.1平方米(RCS)的无波动目标。雷达站点从五个候选站点中选择，以优化感兴趣区域的探测数量。考虑两个目标高度:离地500米和离地250米。覆盖图表明为了实现探测，雷达和目标之间的视距能见度的重要性。第二种情况导致目标更接近地面，因此更有可能被雷达挡住视线。这可以通过旋转地图来查看地形，其中非覆盖区域通常位于山脉的阴影区域。

通过关闭站点查看器并删除导入的地形数据进行清理。

关闭(观众)removeCustomTerrain (“southboulder”）