Thiết kế radar xung monostatic bằng công cụ phased array system toolbox PAST của matlab
Designing A Basic Monostatic Pulse Radar GVHD: TS HOÀNG MẠNH HÀ Nhóm NỘI DUNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ RADAR Thiết kế radar xung monostatic công cụ Phased Array System Toolbox PAST Matlab Giới thiệu chung Radar Thuật ngữ RADAR viết tắt Radio Detection And Ranging, tức dùng sóng vơ tuyến để xác định phương vị khoảng cách tới mục tiêu Monostatic radar hay gọi two-way radar sử dụng anten cho việc truyền nhận Trong suốt khoảng thời gian truyền radar nhận Radar chuyển mạch truyền - nhận chuyển mạch điện gọi duplexer Nguyên lý hoạt động Để đo khoảng cách, radar xung sử dụng nguyên lý : đo khoảng thời gian từ lúc phát sóng điện từ siêu cao tần nhận tín hiệu phản hồi từ mục tiêu Cơng thức tính : d = c.t/2 c : vận tốc truyền sóng (3.10 m/s) t : thời gian truyền sóng (đi phản xạ trở về) d : khoảng cách từ radar tới mục tiêu Sơ đồ khối radar: Duplexer Transmitter antenna Electromagnetic wave aim Display Receiver Duplexer antenna Echo signal Nguyên lý radar xung Xung : đại lượng biến thiên nhanh theo theo quy luật định, đặc trưng tần số f bước sóng λ Hiện nay, radar sử dụng loại xung sau: • • • • • Xung nhọn Xung cưa Xung vuông Xung siêu cao tần (xung radio) Các đặc trưng xung radio : chiều dài xung (τ x), chu kì lặp xung (Tx) Thơng thường hin x = 0.01 ữ às, Tx = 1000 ữ 4000 às Nguyờn lý phỏt xung radar xung: Radar phát xung thời gian τx, sau chờ xung phản xạ trở phát xung với chu kì lặp xung Tx Tín hiệu phản xạ từ mục tiêu trở về, qua anten vào chuyển mạch vào máy thu, khuếch đại, sửa đổi thành tín hiệu điện, đưa sang báo hiển thị Để cho máy phát, máy thu khối thị hoạt động đồng nhau, người ta tạo xung thị từ khối đồng điều khiển tồn trạm radar Để anten dùng chung cho phát thu, người ta tạo chuyển mạch anten tách máy phát máy thu phù hợp lúc phát lúc thu: • • Ngắt máy thu máy phát hoạt động (phát sóng) Ngắt máy phát máy thu hoạt động (thu sóng) Cơng suất phát xung: Cơng suất phát xung Px công suất máy phát thời gian τx Px τx Px = ∫ Pdt Ptb τx τx Tx Cơng suất trung bình P P tb tb máy phát chu kỳ T x T =P τ x x x Do : Ptb Px * τ x = Tx Một số thông số kỹ thuật radar Radar cross-section ( tiết diện radar) Tần số lặp lại xung (pulse repetition frequency) Độ phân giải tầm xa ( range resolution) Tầm xa cực đại (max range) Noise power threshold Pulse Integrator (tích hợp xung) Radar cross-section ( tiết diện radar) RCS: đo khả phản xạ tín hiệu radar mục tiêu theo hướng radar thu RCS đo tỉ số công suất tán xạ ngược steradian theo hướng radar (từ mục tiêu) với mật độ công suất bị chắn mục tiêu Chỉ số RCS lớn khả vật thể bị phát lớn Kí hiệu σ RCS hiểu sau: σ = Projected crosss ection x Reflectivity x Directivity Projected cross section: Reflextivity : Phần trăm công suất chặn từ mục tiêu tái xạ Reflectivity = Directivity : Tỉ số công suất tán xạ ngược lại theo hướng radar với công suất tán xạ ngược đẳng hướng Directivity = = Bộ phát Cơng suất nhiễu thu tính: , τ khoảng duration xung, k số Boltzmann, T nhiệt độ nhiễu Kết : peak_power = 5.2265e+03 htx = phased.Transmitter( 'Gain',tx_gain, 'PeakPower',peak_power, 'InUseOutputPort',true); Phát thu tín hiệu Thiết lập anten hant = phased.IsotropicAntennaElement( 'FrequencyRange',[5e9 15e9]); hantplatform = phased.Platform( 'InitialPosition',[0; 0; 0], 'Velocity',[0; 0; 0]); hradiator = phased.Radiator( 'Sensor',hant, 'OperatingFrequency',fc); hcollector = phased.Collector( 'Sensor',hant, 'OperatingFrequency',fc); Mô hệ thống Mục tiêu htarget{1} = phased.RadarTarget( 'MeanRCS',1.6, 'OperatingFrequency',fc); htargetplatform{1} = phased.Platform( 'InitialPosition',[2000.66; 0; 0]); htarget{2} = phased.RadarTarget( 'MeanRCS',2.2, 'OperatingFrequency',fc); htargetplatform{2} = phased.Platform( 'InitialPosition',[3532.63; 0; 0]); htarget{3} = phased.RadarTarget( 'MeanRCS',1.05, 'OperatingFrequency',fc); htargetplatform{3} = phased.Platform( 'InitialPosition',[3845.04; 0; 0]); Môi trường truyền htargetchannel{1} = phased.FreeSpace( 'SampleRate',fs, 'TwoWayPropagation',true, 'OperatingFrequency',fc); htargetchannel{2} = phased.FreeSpace( 'SampleRate',fs, 'TwoWayPropagation',true, 'OperatingFrequency',fc); htargetchannel{3} = phased.FreeSpace( 'SampleRate',fs, 'TwoWayPropagation',true, 'OperatingFrequency',fc); Sự tổng hợp tín hiệu fast_time_grid = unigrid(0,1/fs,1/prf,'[)'); slow_time_grid = (0:num_pulse_int-1)/prf hrx.SeedSource = 'Property'; hrx.Seed = 2007; rx_pulses = zeros(numel(fast_time_grid),num_pulse_int); % pre-allocate : tạo ma trận zero prt/Ts cột, num_pulse_int hàng for m = 1:num_pulse_int ant_pos = step(hantplatform,1/prf); x = step(hwav); [s, tx_status] = step(htx,x); for n = 3:-1:1 % Update antenna position % Generate pulse % Transmit pulse % For each target tgt_pos(:,n) = step( htargetplatform{n},1/prf); % Update target position [tgt_rng(n), tgt_ang(:,n)] = rangeangle( tgt_pos(:,n), ant_pos); tsig(:,n) = step(hradiator, % Calculate range/angle % Radiate toward target s,tgt_ang(:,n)); tsig(:,n) = step(htargetchannel{n}, tsig(:,n),ant_pos,tgt_pos(:,n)); % Propagate pulse rsig(:,n) = step(htarget{n},tsig(:,n)); % Reflect off target end rsig = step(hcollector,rsig,tgt_ang); rx_pulses(:,m) = step(hrx, rsig,~(tx_status>0)); end % Collect all echoes % Receive signal and form % data matrix Ngưỡng phát Trong σ phương sai nhiễu Gauss, trắng N số xung kết hợp sử dụng � hàm gamma npower = noisepow(noise_bw,hrx.NoiseFigure,hrx.ReferenceTemperature); threshold = npower * db2pow(npwgnthresh(pfa,num_pulse_int,'noncoherent')); Kết num_pulse_plot = 2; rangedemoplotpulse(rx_pulses,threshold, fast_time_grid,slow_time_grid,num_pulse_plot); Match Filter matchingcoeff = getMatchedFilter(hwav); hmf = phased.MatchedFilter( 'Coefficients',matchingcoeff, 'GainOutputPort',true); [rx_pulses, mfgain] = step(hmf,rx_pulses); matchingdelay = size(matchingcoeff,1)-1; rx_pulses = buffer(rx_pulses(matchingdelay+1:end),size(rx_pulses,1)); Ngưỡng threshold = threshold * db2pow(mfgain); Công suất thu sau qua Match filter Độ lợi thay đổi theo thời gian range_gates = prop_speed*fast_time_grid/2; htvg = phased.TimeVaryingGain( 'RangeLoss',2*fspl(range_gates,lambda), 'ReferenceLoss',2*fspl(max_range,lambda)); rx_pulses = step(htvg,rx_pulses); Sự mát khơng gian tự tính theo cơng thức sau: rangedemoplotpulse(rx_pulses,threshold, fast_time_grid,slow_time_grid,num_pulse_plot); Noncoherent Integration rx_pulses = pulsint(rx_pulses,'noncoherent'); rangedemoplotpulse(rx_pulses,threshold, fast_time_grid,slow_time_grid,1); Ước lượng vị trí mục tiêu [~,range_detect] = findpeaks(rx_pulses,'MinPeakHeight',sqrt(threshold)); true_range = round(tgt_rng) range_estimates = round(range_gates(range_detect)) Kết true_range = 2001 range_estimates = 2025 3550 3850 3533 3845 CẢM ƠN CÁC BẠN ĐÃ CHÚ Ý LẮNG NGHE ... lượng tín hiệu x(t) Và Thiết kế radar xung monostatic công cụ Phased Array System Toolbox PAST Matlab Phased Array System Toolbox PAST cung cấp thuật tốn cơng cụ cho việc thiết kế, mơ phân tích hệ...NỘI DUNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ RADAR Thiết kế radar xung monostatic công cụ Phased Array System Toolbox PAST Matlab Giới thiệu chung Radar Thuật ngữ RADAR viết tắt Radio Detection And Ranging,... sóng λ Hiện nay, radar sử dụng loại xung sau: • • • • • Xung nhọn Xung cưa Xung vuông Xung siêu cao tần (xung radio) Các đặc trưng xung radio : chiều dài xung (τ x), chu kì lặp xung (Tx) Thơng