雷达架构:系统组件和需求分配(第1部分)
这个例子是关于使用Simulink®设计和测试给定一组要求的雷达系统的两部分系列的第一部分。金宝app首先介绍一组最终设计必须满足的性能需求。然后使用Simulink system Composer™开发雷达系统架构。金宝app然后，该示例展示了如何将雷达需求与体系结构和相应的设计连接起来。最后，它展示了如何通过提供体系结构组件的具体实现来创建雷达系统的功能模型。
本系列的第二个示例讨论了模型测试和需求验证。它展示了如何使用Simulink Tes金宝appt™来设置测试套件和运行蒙特卡罗模拟来验证相关的需求。第2部分还探讨了已修改需求的场景。它展示了如何跟踪需求中的更改到相应的设计组件，并对实现和测试进行修改。
性能需求
雷达系统设计通常从一组需求开始。真实世界的雷达系统必须满足几十或数百个要求。在这个例子中，我们考虑一个x波段雷达系统必须满足以下两个性能要求:
R1:雷达必须探测1米雷达横截面(RCS)的转弯1情况目标 在6000 m范围内，探测概率为0.9，虚警概率为1e-6。
R2：当从距离为70米、方位角和仰角相同的两个Swerling 1 Case目标检测到回波时，雷达必须在80%的时间内分辨这两个目标并生成两个唯一的目标报告。
虚拟测试床
作为第一步，该实例展示了如何建立一个雷达系统的虚拟试验台，该试验台将用于实现和测试设计。这个测试平台对于跟踪系统各个组件的性能需求，进行迭代设计更改，以及测试和验证系统的性能非常有用。本示例首先使用System Composer创建一个通用的顶级体系结构模型。然后详细介绍了雷达传感器组件的结构，以及模拟环境和雷达目标的试验台部分。
高层体系结构
体系结构模型只指定系统的概念组件、它们的接口以及它们之间的链接。体系结构模型的组件不需要有具体的实现。正如将在本例中进一步显示的那样，System Composer允许为一些组件定义特定的Simulink行为，而只在体系结构级别指定其他组件。金宝app这样的模块化设计既方便又灵活，因为单个组件的行为可以修改或完全更改，而不需要对系统的其他部分做任何更改。
除了雷达传感器模拟实际雷达传感器的组件，试验台还包括：
电力变电站—为雷达传感器供电。控制中心—通过雷达传感器传递控制命令通信链路接收回雷达数据。目标与环境-模拟雷达波形在环境中的传播以及波形与目标的相互作用。雷达传感器被连接到目标与环境通过一组标记的端口Tx，处方,TargetsPos．Tx和处方链路用来来回传递雷达波形目标与环境．TargetsPos用于将目标位置信息传递给雷达传感器以模拟目标方向上的发射和接收波形。
打开顶层架构。
开放式系统(“slexRadarArchitectureExample”）
雷达传感器
体系结构模型中的每个组件可以进一步分解为子组件。下一步，定义雷达传感器的架构。当雷达传感器分解,权力，Tx，处方，CmdRx,DataTx在顶层定义的端口可以作为外部端口使用。打开雷达传感器组件。
开放式系统(“slexRadarArchitectureExample /雷达传感器”）;
定义以下组件来创建雷达传感器的架构模型:
资源调度器-负责在一个驻留内分配系统资源。它接收来自控制中心通过外部CmdRx端口。指示雷达传感器结构中的控制信号流，资源调度器也链接到内部的每个组件雷达传感器．波形发生器-生成雷达波形样本。发射阵列-将传输的波形传递给目标与环境通过外部Tx端口。接收器阵列-接收反射的波形目标与环境通过外部处方端口。信号处理机—进行波束形成、匹配滤波、脉冲积分并将检测通过数据处理器．数据处理器-创建雷达报告或雷达跟踪并将其传递回控制中心．
雷达传感器的这种结构模型非常通用。它不对发射波形的类型、天线阵列的形状或大小、信号和数据处理链的实现进行任何假设。相同的结构可用于实现各种不同的雷达传感器。此外，此ample只实现所列组件的一个子集，而忽略了资源调度器和数据处理器．
目标与环境
目标与环境可以分解为两个子组件:
目标-输出目标位置和速度。传播-模拟被发射的平面波的传播发射阵列通过环境，从雷达目标反射，并传播回接收器阵列．
开放目标与环境组件。
开放式系统(“slexRadarArchitectureExample /目标和环境”）
需求跟踪
金宝appSimulink Requirements™是一种工具，它提供了一种将需求链接到负责实现相应功能的体系结构组件的方法。当需求或模型发生变化时，Simulink requirements提供了一种方便的方法来跟踪相应测试金宝app的变化，并验证性能和需求始终一致。
启动需求透视应用程序应用程序选项卡。然后导航到需求选项卡并选择需求编辑器．要为模型创建一组新的需求，请单击新需求集．对于本例，创建一个需求集，并将R1和R2添加到其中。在需求编辑器中打开这些需求。
打开(“slreqRadarArchitectureExampleRequirements.slreqx”）
需求编辑器列出了最大范围和范围分辨率要求。在左面板中，它还显示验证和实现每个需求的状态。此时，这两个需求都没有实现，也没有得到验证。为了改变实现需求的状态，将其链接到实现相应功能的体系结构的组件。将两个需求链接到波形发生器和信号处理机．需求透视图还在底部窗格中显示了R1和R2的状态。在将需求链接到组件之后，需求透视图显示R1和R2的状态已经更改为实现。当在“需求”透视图中选择某个需求时，该需求链接到的组件将以紫色框突出显示。链接的组件也将显示在链接部分细节右边的标签。
另一种可视化需求和架构组件之间链接的方便方法是可跟踪矩阵，可以通过单击生成追溯矩阵在需求需求编辑器的选项卡。它清楚地显示了哪些组件负责每个需求的实现。
组件实现
要模拟雷达系统，请为体系结构模型的组件提供具体的行为。System Composer允许你在Simulink中指定某些组件的行为，而不定义其他组件的行为。金宝app这为设计和模拟提供了很大的灵活性，因为您可以使用一些详细建模的组件构建一个功能性和可测试的模型，而其他组件仅在抽象级别定义。此示例仅指定实现雷达信号的生成、传输、接收和处理所需的雷达传感器组件的具体行为。它还提供了具体的实现目标与环境．
为了指定模型中信号的维数，本示例假设目标位置是由一个三行矩阵指定的，tgtpos，目标速度由一个三行矩阵指定，tgtvel，目标RCS由向量指定，tgtrcs．
系统参数
要为雷达传感器组件提供Simu金宝applink行为，首先确定一组能够满足所述要求的雷达设计参数。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将最大量程的客观值和量程分辨率要求设置为R1和R2中指定的期望值。然后对系统参数进行调整，直到红绿灯图显示系统性能满足客观要求为止。得到的雷达设计参数集为:
雷达频率- 10ghz;
峰值功率- 6000w;
脉冲持续时间- 0.4 ；
脉冲带宽- 2.5 MHz;
脉冲重复频率- 20 kHz;
发射脉冲数-10；
天线增益- 26db;
噪声系数- 0db;
在Radar Designer应用程序中打开这个设计。
radarDesigner (“雷达信号发生器\u矩形波形。mat”）
波形发生器
在雷达设计器应用程序中执行的分析假设时间带宽乘积等于1。这意味着传输的波形是未调制的矩形脉冲。使用脉冲波形分析仪app确认导出的波形参数产生所需性能并满足R1和R2。
使用本例中定义的波形参数启动脉冲波形分析仪应用程序。
脉冲波形分析器(“PulseWaveformAnalyzer_RectangularWaveform.mat”）
应用程序显示，距离分辨率和无歧义范围符合要求。
为了在雷达模型中实现此行为，波形发生器组件只需要包含一个生成矩形波形的Simulink块。金宝app连接的输出矩形波形外部阻塞波形连接到发射阵列组件。因为这个例子没有考虑命令信号，链接Cmd输入到终止符。
设置输出信号格式块的属性脉冲．这意味着每个脉冲重复间隔(PRI)1 /脉冲重复频率秒，块产生的列向量为fs /脉冲重复频率复杂波形样本。
发射阵列
的发射阵列组件包含以下Simulink模块:金宝app
发射机-发送由产生的波形波形发生器与指定的峰值功率和发射增益。射程角计算器-计算朝向目标的方向，假设雷达放置在位于原点的静态平台上。目标方向被用作盎输入窄带Tx数组．窄带Tx数组—模拟用于传输窄带信号的天线阵。它输出沿目标方向辐射的发射波形的副本。
通过雷达距离方程分析，确定发射增益为26 dB。设置获得财产发射机并使用天线阵获得额外的6db增益。可以使用传感器阵列分析仪应用程序设计具有所需特性的相控阵天线。在本例中，使用阵列增益约为6db的4元均匀线性阵列。
在传感器阵列分析仪应用程序中打开阵列模型。
传感器阵列分析器(“传感器阵列分析工具”材料）
System Composer要求明确说明输入信号的尺寸、采样时间和复杂性。设置对象的尺寸波形输入[fs /脉冲重复频率1]，样本时间到1 /脉冲重复频率的复杂性“复杂”．的尺寸TargetsPos输入设置为大小(tgtpos)，保持相应的示例时间和复杂度的默认设置。
接收器阵列
窄带Rx数组—接收天线阵列模型。属性中对应的块使用相同的属性进行配置发射阵列组成部分在每个阵列元素处，该块组合从每个目标接收的信号，并在给定目标方向的情况下添加适当的相移，该方向由射程角计算器．输出窄带Rx数组区块是一个[fs /脉冲num_array_elements]矩阵。接收机前置放大器-为接收信号增加20db增益。
的处方输入是接收到的波形样本的矩阵，对应的列大小(tgtpos, 2)目标。的尺寸处方必须设置为[fs/prf大小(tgtpos, 2)，样本时间到1 /脉冲重复频率的复杂性“复杂”．
信号处理机
信号处理机实现一个简单的信号处理链，包括:
相移Beamformer-组合每个阵列元素处的接收信号。本例将波束形成方向设置为侧向。匹配滤波器—进行匹配滤波，提高信噪比。匹配滤波器的系数被设置为与传输波形匹配。时变增益-补偿自由空间传播损失。非相干积分-集成10个接收脉冲的幅度，进一步提高信噪比。
设置的尺寸信号输入[fs /脉冲num_array_elements]，样本时间到1 /脉冲重复频率的复杂性“复杂”．
目标与环境
的目标组件使用单个站台块。
的传播组成部分包括：
自由空间信道-模拟雷达波形的双向传播路径。设置的原点位置和速度输入自由空间ChanneL块为零，表示雷达位于原点，雷达没有移动。通过连接目标位置和速度输入到目标位置和速度TargetsPos和目标层港口。雷达目标-模拟RCS和目标波动效应。由于本例考虑的是波动缓慢的Swerling 1 Case目标，因此设置使现代化输入错误的。还将模拟停止时间设置为10 /脉冲重复频率指示单个模拟运行构成单个相干处理间隔(CPI)。
设置Tx输入[fs/prf大小（tgtpos，2）]，样本时间到1 /脉冲重复频率的复杂性“复杂”．
模拟输出
在Simulink中指定这些块足以获得一个能够产生雷达金宝app探测的雷达系统的模型。在进行模型测试和验证特定性能要求之前，运行仿真并检查它是否产生预期的结果。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];
添加仿真数据检查器以记录信号制造者组件并运行模拟结果如下所示。正如预期的那样，在仿真中有三个不同的顶点对应于三个目标。
%设置模型参数helperslexRadarArchitectureParameters;%运行模拟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)”)；头衔(“信号处理器输出”); 网格在；
总结
本示例是关于如何在Simulink中设计和验证雷达系统的两部分系列文章的第一部分，该系列文章从性能需求列表开始。金宝app介绍了如何利用system Composer构建雷达系统架构，并将其作为雷达系统设计和测试的虚拟试验台。第1部分还展示了如何将性能需求链接到体系结构的组件，以及如何使用Simulink实现组件的行为，以获得功能和可测试的模型。金宝app
本示例的第2部分展示了如何设置测试套件来测试创建的雷达设计，以及如何验证所述的性能要求是否满足。
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