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规划雷达网络覆盖地形

此示例显示如何使用传播在地形上进行绘制雷达网络。为包含五个候选单体雷达站点的区域导入DTED级别-1地形数据。雷达方程用于确定是否可以检测目标位置,其中使用长麦米传播模型或地形集成粗地模型™(Tirem™)计算额外的路径损耗。选择最佳三个站点以检测飞行在地上500米处的目标。该方案被更新为绘制在地上250米处飞行的目标。两种情况都显示了雷达覆盖图。

地形数据导入

在美国科罗拉多州博尔德附近导入dted格式的地形数据。地形文件是从美国地质调查局(USGS)提供的“SRTM Void Filled”数据集下载的。该文件为DTED一级格式,采样分辨率约为90米。单个DTED文件定义一个区域,该区域在纬度和经度上都跨度为1度。

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。

观众= siteviewer (“地形”“southboulder”);

展示候选雷达站点

该地区西面是山脉,东面是平坦的地区。雷达将被安置在平原地区以探测山区上空的目标。定义五个放置雷达的候选地点,并在地图上显示它们。候选地点的选择与地图上住宅区以外的当地高点相对应。

在每个位置建立发射机和接收机位置,以模拟单基地雷达,其中雷达天线假定在地面以上10米。

名称=“雷达站点”+ (1:5);Rdrlats = [39.6055 39.6481 39.7015 39.7469 39.8856];rdrlon = [-105.1602 -105.1378 -105.1772 -105.2000 -105.2181];%创建与雷达相关的发射机站点rdrtxs = txsite (“名称”、名称、...“antennaheight”10...“纬度”,rdrlats,...“经度”, rdrlons);%创建与雷达相关的接收站点rdrrxs = rxsite(“名称”、名称、...“antennaheight”10...“纬度”,rdrlats,...“经度”, rdrlons);只显示雷达发射机的位置展示(rdrtxs);

缩放并旋转地图以查看候选雷达站点周围的3-D地形。选择一个网站以查看位置,天线高度和地面高度。

设计单基地雷达系统

设计一个基本的单体脉冲雷达系统,以检测01平方米雷达横截面(RCS)的非波动目标,距离雷达高达35000米,范围分辨率为5米。所需的性能指标是检测(PD)的概率为0.9,误报(PFA)低于1E-6的概率。假设雷达可旋转并支撑在所有方向上的相同天线增益,其中天线增益对应于高度定向的天线阵列。金宝app

pd = 0.9;检测概率PFA = 1E-6;%误报概率maxrange = 35000;最大无歧义范围(m)管理员= 5;%所需范围分辨率(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个脉冲并计算探测目标所需的信噪比。

numpulses = 10;Snrthreshold = altbersheim(Pd,pfa,numpulses);%单位:dBdisp (snrthreshold);
4.9904

定义雷达中心频率和天线增益,假设是高定向天线阵。

fc = 10 e9;%发射频率:10ghzantgain = 38;%天线增益:38dbc = physconst (“光速”);lambda = c / fc;

利用雷达方程计算雷达发射机所需的峰值脉冲功率(瓦)。

pulsebw = c /(2 *管理员);脉冲宽度= 1 / pulsebw;Ptx = radareqpow(λ,maxrange snrthreshold,脉冲宽度,...RCS的,TGTRC,“获得”, antgain);disp (Ptx)
3.1521 e + 05

定义目标位置

定义一个包含2500个位置的网格来表示感兴趣区域内移动目标的地理位置范围。该区域的纬度和经度均为0.5度,包括西部的山脉以及雷达场址周围的一些区域。目标是探测西部山区的目标。

%定义感兴趣的区域Latlims = [39.5 40];lonlims = [-105.6 -105.1];定义感兴趣区域的目标位置网格latlims tgtlatv = linspace (latlims (1), (2), 50);lonlims tgtlonv = linspace (lonlims (1), (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 (“纬度”tgtlats,“经度”,tgtlons));[zmin,zmax] =界限(z);zmean =平均(z);DISP(地面高程(米):最小及最大平均+换行符+...”“+ (Zmin) +”“+ (Zmax) +”“+圆形(Zmean))
地面海拔(米):Min Max平均值1253 3953 2373

目标高度可以参照平均海平面或地面高度来确定。以地面高度为基准,确定目标高度为500米。

百分比以上地面(m)tgtalt = 500;

将感兴趣的区域显示为地图上的纯绿色区域。

查看器。Name =“雷达覆盖范围的兴趣区域”;helperContourMap (rdrtxs tgtlats tgtlons)

用地形计算目标位置的SNR

雷达方程包括可用空间路径损耗,并且具有额外损耗的参数。使用地形传播模型预测地形的额外路径损耗。如果有可用的话,请使用地形集成粗地模型™(Tirem™)从Alion Science中使用,或者使用Longley-Rice(AKA ITM)模型。Tirem™支金宝app持高达1000 GHz的频率,而Longley-米有效,最高可达20 GHz。计算总额外损失,包括从雷达传播到目标,然后从目标回到接收器。

%创建地形传播模型,使用蒂姆或长麦米tiremloc = tiremSetup;如果〜isempty(tiremloc)pm =传播模型(“可以”);别的点= propagationModel (“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雷达接收机对每个目标反射的信号的信噪比。

%计算所有雷达和目标的SNRnumtgts = numel(tgtlats);numrdrs = numel(rdrtxs);Rawsnr = zeros(numtgts,numrdrs);tgtind = 1: numtgtsrdrind = 1:numrdrs rawsnr(tgtind,rdrind) = radareqsnr(lambda,ds(tgtind,rdrind),Ptx,pulsewidth,...“获得”antgain,RCS的,TGTRC,“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,则检测目标。考虑所有雷达站点的组合,并选择产生探测次数最多的三个站点。计算信噪比数据作为在任何选定的雷达站点的接收机可用的最佳信噪比。

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。用蓝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部、东部和南部的直边。覆盖图假设雷达可以在各个方向旋转并产生相同的天线增益,雷达可以同时发射和接收,因此没有最小覆盖范围。

覆盖图在西边有锯齿状部分,其中覆盖区域受到地形效果的限制。出现了西方边缘的光滑部分,其中覆盖范围受到雷达系统的设计范围的限制,这是35000米。

使用蓝色标记显示选定的雷达站点hide(rdrtxs(bestsitenums))显示(rdrrxs(bestsitenums))%绘图雷达覆盖范围查看器。Name =“雷达覆盖”;legendTitle =“信噪比”+换行符+“(D b)”;helperContourMap(rdrtxs, tgtlats, tgtlons, snr, snrthreshold, legendTitle)

改变要积分的脉冲数

基于整合10个脉冲的系统的优化雷达发射机功率和站点位置的分析。现在研究对系统的不同操作模式对雷达覆盖的影响,其中脉冲数变化。计算检测脉冲数量的目标所需的SNR阈值。

计算不同脉冲数对应的信噪比阈值numpulses = 1:10;snrthresholds = 0(1,元素个数(numpulses));K = 1:numel(num脉冲)snrthresholds(K) = albersheim(pd, pfa, num脉冲(K));结束%plot snr阈值与集成的脉冲数情节(numpulses snrthresholds,“- *”) 标题(“检测所需的雷达接收器SNR”)包含(“要积分的脉冲数”) ylabel (“信噪比”(dB)) 网格

显示雷达覆盖图的信噪比阈值对应几个不同数量的脉冲进行集成。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。

查看器。Name =“多信噪比阈值雷达覆盖”;helperContourMap(rdrtxs, tgtlats, tgtlons, snr, snrthresholds([1 2 5 10]), legendTitle)

更新目标高度

更新场景,使目标位置在地面以上250米而不是500米。重新运行上述相同的分析,以选择三个最好的雷达站点并可视化覆盖范围。新的覆盖图表明,减少目标的可见性也会减少覆盖区域。

%目标地面高度(m)tgtalt = 250;[L, ds] = helperPathlossOverTerrain(pm, rdrtxs, rdrrxs, tgtlats, tgtlons, tgtalt);%计算所有雷达和目标的SNRnumrdrs = numel(rdrtxs);Rawsnr = zeros(numtgts,numrdrs);tgtind = 1: numtgtsrdrind = 1:numrdrs rawsnr(tgtind,rdrind) = radareqsnr(lambda,ds(tgtind,rdrind),Ptx,pulsewidth,...“获得”antgain,RCS的,TGTRC,“损失”,l(tgtind,rdrind));结束结束%选择3个雷达网站的最佳组合bestsitenums = helperOptimizeRadarSites(rawsnr, snrthreshold);信噪比= max (rawsnr (:, bestsitenums), [], 2);恢复原始标记隐藏(rdrrxs)显示(rdrtxs)使用蓝色标记显示选定的雷达站点hide(rdrtxs(bestsitenums))显示(rdrrxs(bestsitenums))%绘图雷达覆盖范围查看器。Name =“雷达覆盖”;Helpercontourmap(RDRTXS,TGTLATS,TGTLONS,SNR,Snrthreshold,Legendtitle)

显示多个SNR阈值的雷达覆盖图。

查看器。Name =“多信噪比阈值雷达覆盖”;Helpercontourmap(RDRTXS,TGTLATS,TGTLONS,SNR,SNRTHRESHOLDS([1 2 5 10]),LEGENDTITLE)

结论

单基地雷达系统设计用于在35000米范围内探测0.1平方米雷达截面(RCS)的非波动目标。在5个候选站点中选择雷达站点,以优化感兴趣区域的探测数量。考虑两个目标高度:距地面500米和距地面250米。覆盖图表明了雷达和目标之间的视线可见度对于实现探测的重要性。第二种情况导致目标更接近地面,因此更有可能被雷达视线所遮挡。这可以通过旋转地图来查看地形,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移除导入的地形数据进行清理。

关闭(查看者)removecustomterrain(“southboulder”