SystemVue-雷达快速入门

实验内容:SystemVue软件环境及使用操作简介实验一：PD雷达系统仿真的建立实验二：信号下载，产生真实信号总结Mar.20141第一页，共51页。SystemVue基本使用…Workspace=工作环境文件.

Design=元件–模型–公式–数学语言等的集合Sink(s)=在设计的节点上收集数据的元件.Analysis=仿真控制器或者发出运行计算指令.Dataset=

分析结果(数据结果的索引和值)Display=以图形或者图表形式显示结果.SystemVue的基本要素:DesignAnalysisDatasetSinkDisplay启动SystemVue…Mar.20142第二页，共51页。启动SystemVue缺省的安装目录结构:……Trytheshortvideodemonstrationswhenyouhavetime.勾选旁的不打开欢迎页面选项避免每次打开此页SystemVue启动欢迎页面点击

Close进入起始页面StartPageMar.20143第三页，共51页。起始页面(GettingStartedDialog)与欢迎页面相同的视频教程SystemVue建立的缺省用户工作区(workspaces)目录：点击

StartPage图标可以随时回到起始页面点击

Cancel

打开空白的工作区…Cancel=打开空白工作区OK=打开缺省DataFlow模板工作区SystemVue起始页面.Mar.20144第四页，共51页。空白工作区工作区的名字就是Blank--直到对工作区进行存储时进行命名PartSelector(元件选择栏)：从元件库中选择元件插入到原理图中…Designs:目录下包含原理图(Design1)以及仿真分析控制器

(Design1Analysis).注:仿真控制器的名字后的括号中(Design1)指明了相对应的原理图(Design1).可以试着更改工作区的名字，或者在工作区目录树中增加其它的元件在起始页面，也可以选择打开

RF

或者

DataFlowtemplate…(射频或数据流模板)在这里进行原理图设计Mar.20145第五页，共51页。RFArchitectureTemplate

工作区配置为进行射频设计和分析.

可以使用RFDesign元件修改原理图设计.

工作区中包含了分析以及图表RFDesignLibrary:PartSelector中的RFdesign库中包含射频设计可以使用的元件，在原理图中不能与基带算法元件混用注:RFArchitectureanalysis(射频架构分析)使用Spectrasys仿真器DataFlowtemplate…Mar.20146第六页，共51页。DataFlowTemplate

工作区配置为基带设计和分析

使用算法模型库以及其它库，包括自己的代码.

已经加入了分析元件以及曲线.Examples…Mar.20147第七页，共51页。软件自带的例子…点击OpenExamples按钮，会自动跳入例子目录回到StartPage例子目录是只读属性.如果做了更改，需要保存到其它目录中或者拷贝到其它目录中Mar.20148第八页，共51页。常用菜单和命令当某个窗口激活时，在工具条上就的图标就会被激活用户界面使用:

图标对应操作命令.

并不是所有的命令都有图标.

鼠标右键点击物体就会出现命令当鼠标停留在图标按钮上时显示帮助信息和快捷键组织窗口布局原理图图标帮助信息绘图图标

Mar.20149第九页，共51页。工作区控制在工作区最顶层(工作区名字处)鼠标右键点击可以添加项目或者在目录的地方鼠标右键点击也可以添加项目鼠标右键点击目录或者项目，就会出现菜单在工作区目录树中可以拷贝/粘贴各种项目：设计、分析、图表、公式和目录等等鼠标右键点击设计图标可以为设计加入新的栏目…如果公式中有错误，会出现错误信息Mar.201410第十页，共51页。原理图输入:DataFlow设计滑动面板FilterBy:输入字符，然后再点击Go，寻找元件双击元件–对元件进行编辑，修改名称，元件参数等等.一个设计至于需要一个可用以仿真的模型符号设计中必须包含一个Sink元件收集数据注：Sink元件的快捷键是S!

捕捉元件管脚或者使用线连接元件

移动元件时，连线也移动.

按下

Alt

按键可以解开元件Mar.201411第十一页，共51页。设置DataFlow仿真分析使用缺省设置或者输入名字.Design=原理图.Dataset=数据集名称根据设计需要设置时间和采样参数仿真运行后会自动创建数据集(Dataset)!所有的数值(除了StartTime)都是联动的.比如，更改TimeSpacing值时，其它数值也会跟着变化.Mar.201412第十二页，共51页。运行仿真分析或者点击右键:here:Datasets和图表红色字体

红色的文本颜色表面发生过一些变化—原理图参数，仿真分析设置等等—也许数据还是有效的有几种方法可以运行仿真:…在仿真分析窗口点击:或者点击主窗口上的图标:或者使用Tune窗口，选择分析并调谐变量(与运行仿真功能相同):Mar.201413第十三页，共51页。Datasets(数据集)…运行仿真，会自动建立Dataset:dataset中数据变量的名字与原理图中Sink元件的名字对应.Sink元件根据设置或者缺省值收集数据。也可以选择自动绘图功能SpectrumAnalyzersink自动存储Time,Phase,和Power.Mar.201414第十四页，共51页。图表…可以在任意目录下添加图表:选择类型或者数据:

向导工具会自动匹配的图表类型和数据在图表向导中会给出图表类型和当前可用的数据集或者公式在这里可以调整图表属性或者点击OK选择缺省设置。可以在已有图表中加入另外的数据或者对已有数据图表进行编辑…也可以在数据集中直接添加图表Mar.201415第十五页，共51页。快速浏览基本的功能…Design(原理图)分析控制器DatasetSink图表(数据显示)Workspace(工作区)Workspace目录树:Mar.201416第十六页，共51页。雷达信号产生射频发射机测量收发单元射频接收机天线信号处理目标环境雷达反射截面杂波射频接收机信号侦测信号处理电子战信号产生雷达系统电子战系统电子战模型

SignalDetection

EWReceiverECM,EP,ESDirectionofArrival发射接收单元测量模块发射波形PulseGeneratorLFMNLFMBarkerCodeFrankCode

ZCCodeTxFront-endRxFront-endDUCDDCDACADCPAFilter

DDST/RModule环境模型雷达信号处理

TargetRCSClutterJammerInterferenceDigitalPulseCompression(PC)MovingTargetIndication(MTI)MovingTargetDetection(MTD)PulseDopplerProcessing(PD)[2]ConstantFalseAlarmRate(CFAR)DigitalBeam-forming3DSpace-TimeAdaptiveProcessing

(STAP)

Step-FrequencyRadarProcessing

WidebandReceiving

AdaptivePAA系统

BasicTxBasicRx

AntennaPatternImagingPlotDetectionRateFalseAlarmRate

DAR/SAR

PDUWBFMCW天线模型TaylorUniformCos^2SFREWPAAMIMO干扰实验1

SystemVue软件中的雷达设计库第十七页，共51页。实验1

PD雷达系统仿真的建立Mar.2014©2014AgilentTechnologies18在SystemVue软件中建立PD雷达的发射/接收及信号处理单元，进行PD雷达检测概率指标的仿真第十八页，共51页。实验1

线性调频脉冲源

启动SystemVue，选择Blank点击菜单FileSave或者点击工具条快捷按钮，保存工作区名为PD_RadarMar.2014©2014AgilentTechnologies19第十九页，共51页。实验1

线性调频脉冲源雷达库中的信号源类脉冲信号

线性调频脉冲信号(LFM)非线性调频信号(NLFM)巴克码(二相编码--Barker)恒相位编码(Frank,P-Code,ZC)连续波

(CW)连续波调频(FMCW)超宽带

(UWB)步进频率源SAR源第二十页，共51页。实验1

线性调频脉冲源在工作区目录树中，选中Design1原理图设计窗口，然后在右侧的PartSelectorA元件库选择面板中，选择Radar库，并从SignalSource子类中找到Radar_LFM元件，拖入到原理图中。从AlgorithmDesign库Sink子类中找到Sink元件，拖入到原理图中，并使用快捷图标将三个元件连接起来Mar.2014©2014AgilentTechnologies21Sink元件的快捷按键是S(s)点击菜单工具栏中的快捷图标运行仿真从AlgorithmDesign库Routers/Resamples子类中找到SetSampleRate元件，拖入到原理图中，并设置其SampleRate参数为10e6第二十一页，共51页。实验1

线性调频脉冲源Mar.2014©2014AgilentTechnologies22在工作区目录树中，鼠标双击数据集项目打开数据集，从仿真结果中可以看出，数据点的间隔时间是100e-9，对应的采样率为10MHz。仿真结果为复数值，在结果显示中列出了其实部和虚部第二十二页，共51页。实验1

图表和曲线属性Mar.2014©2014AgilentTechnologies23SLIDE23NewGraph=缺省图表(直接坐标)Wizard=从当前工作区任意数据集中选择绘图类型/数据组合在数据集窗口，鼠标选中S1，点击右键，可以看到添加图表选项，并选择NewGraph图形显示窗口，使用鼠标中间滚轮可以放大曲线，点击图标栏中的可以切换数据点标志，或者是键盘V移动鼠标靠近曲线，当鼠标形状变为黑色时，点击右键，可以修改显示数据点的形状和大小在显示的图形上大致测量脉冲的重复周期和脉冲宽度第二十三页，共51页。实验1

图表和曲线属性Mar.2014©2014AgilentTechnologies241.双击显示曲线的空白处，打开图表属性窗口，在Variable栏下，编辑S1为real(S1)。之后再点击Add按钮，加入另外一组数据2.再次选择S1，点击OK完成。3.再次在Variable栏下，对显示变量进行编辑，编辑S1为imag(S1)。点击OK结束。显示的结果经过放大后，如图：第二十四页，共51页。实验1

线性调频脉冲源参数修改

Mar.2014©2014AgilentTechnologies251.RADAR_LFM信号源支持參差模式，可以设置不同脉冲重复周期和脉冲宽度的脉冲串。在原理图中，使用鼠标双击RADAR_LFM元件，进行参数编辑2.点击菜单工具栏中的快捷图标运行仿真，观察结果完成后，将Radar_LFM参数恢复到原有状态第二十五页，共51页。SystemVue中的元件及数据类型每个元件的数据类型可以由元件管脚的箭头颜色可以辨识出元件的数据类型数据类型管脚颜色

管脚粗细模型后缀标量整形

黄色

细

Int标量

浮点数(实数)

蓝色

细

变量

复数

绿色

细Cx标量定点数

洋红色

细

Fxp整数矩阵黄色

粗

Int_M浮动(实数)矩阵蓝色

粗

_M复数矩阵绿色

粗Cx_M包络信号黑色

细

Env任意类型红色

细

可变类型

青色

细

Mar.2014©2014AgilentTechnologies26第二十六页，共51页。SystemVue中的信号类型转换元件Mar.2014©2014AgilentTechnologies27信号类型转换元件库将复数信号转换为实部和虚部两路信号将复数信号转换为包络时间信号(加上载波和时间戳)第二十七页，共51页。实验1

信号类型转换

Mar.2014©2014AgilentTechnologies28从AlgorithmDesign库TypeConverters子类中找到CxToEnv元件，拖入到原理图中，连接在SetSampleRate元件之后，并设置其Fc参数为2e9从AlgorithmDesign库Sink子类中分别找到Sink元件和SpectrumAnalyzer元件，拖入到原理图中，连接在CxToEnv之后，完成后的原理图如下运行仿真，并在数据集窗口中，选中频谱显示数据进行显示可以看出，频谱的中心频谱是2e9，就是CxToEnv中设置的频谱，CxToEnv元件的作用是将基带信号调制到载波上第二十八页，共51页。实验1

简单的放大器模型

Mar.2014©2014AgilentTechnologies29从AlgorithmDesign库Analog/RF子类中找到Amplifier元件，拖入到原理图中，连接在CxToEnv元件之后在工作区目录树中,鼠标选中Design1原理图，按右键，点击从AddEquation…,在原理图设计中加入公式页面。点击原理图右下角的Equation中，进入公式编辑窗口，加入公式Gain=1000，回到原理图页面，修改放大器增益为变量Gain第二十九页，共51页。实验1

雷达目标模型雷达方程:目标的雷达反射截面对雷达系统有非常重要的影响目标的

RCSRCS：雷达反射截面Es:雷达在目标处的照射场强

Eo:目标在接收天线处的散射场强

R:雷达和目标之间的距离Mar.2014©2014AgilentTechnologies30第三十页，共51页。实验1

雷达散射截面模型雷达散射截面(RCS):雷达回波的有效面积通常使用统计分布描述RCS的抖动类型:ConstValue,UniformPDF,GaussianPDF,RayleighPDF,LogNormalPDF,ExponentialPDF,WeibullPDF,ChiSquaredPDF,GammaPDF,BetaPDF,FPDF,BinomialCDF,PoissonCDFMar.2014©2014AgilentTechnologies31第三十一页，共51页。实验1

目标回波模型描述雷达接收天线处的目标回波特性，包含RCS,多普勒,延时,衰减及传播特性RCS抖动类型:Swirling0,I,II,III,IV回波:u(t–2R0/c)exp(j2π(fc+fd)t)exp(-j4πfcR0/c)Akσu(t):发射机信号R0:目标距离v:目标径向速度c:光速fc:载波频率

多普勒频率fd:2vfc/ck:自由空间传播常数σ:RCS抖动A:除空间传播损耗外的衰减Mar.2014©2014AgilentTechnologies32第三十二页，共51页。实验1

目标回波模型回波方程:

u(t–2R0/c)exp(j2π(fc+fd)t)exp(-j4πfcR0/c)Akσ衰减RCS传播特性多普勒

fc+fd延时Swerling0:恒定RCS(目标没有抖动).

SwerlingI和SwerlingII:χ2(Chi-square)2自由度概率密度分布SwerlingI每次扫描中目标的变化是独立的SwerlingII每个脉冲目标的变化是独立的

SwerlingIII和SwerlingIV:χ2(Chi-square)4自由度概率密度分布SwerlingIII每次扫描中目标的变化是独立的SwerlingIV每个脉冲目标的变化是独立的

Mar.2014©2014AgilentTechnologies33在原理图中，使用鼠标选中双线框的元件，点击鼠标右键，选择Open->Model/Subcircuit就可以看到底层电路第三十三页，共51页。实验1

目标回波模型从RadarParts库Environmen子类中找到Radar_Target元件，拖入到原理图中，连接在Amplifier元件之后。在Equation页面加入公式Mar.2014©2014AgilentTechnologies34Gain=1000;PRI=10e-3;PulseWidth=10e-6;BB_SamplingRate=10e6;fs=BB_SamplingRate;RF_Freq=2e9;SamplesPerPulse=PulseWidth*fs;PRI_Num=floor(PRI*fs);f0=0;Distance=60e3;Vt=60;RCS_Type=0;DurationTime=PRI;IncludeProp=1;编辑RADAR_Target元件参数，将变量赋给参数，完成后的元件如图所示第三十四页，共51页。实验1

目标回波模型在RADAR_Target元件之后，加入Sink元件，运行仿真，观察经过目标模型后的波形Mar.2014©2014AgilentTechnologies35第三十五页，共51页。实验1

--匹配滤波器和脉冲压缩使用DFT/IDFT进行频域滤波Y(w)=S(ω)H(ω)y(t)=IDFT(Y(ω))加窗Y(ω)=S(ω)H(ω)W(ω)控制旁瓣主瓣扩展DFTDFTDFTIDFTDFTs(t)windowW(ω)S(ω)reverse/

conjugatex(t)h(t)=αx*(TM-t)H(ω)y(t)Y(ω)匹配滤波器

h(t)=αx*(TM-t)s(t):接收信号输出:y(t)=s(t)卷积

h(t)Mar.2014©2014AgilentTechnologies36第三十六页，共51页。实验1

--匹配滤波和脉冲压缩匹配源脉冲压缩匹配滤波+脉冲压缩windowingIFFTMar.2014©2014AgilentTechnologies37第三十七页，共51页。实验1

匹配滤波和脉冲压缩在RADAR_Target元件之后，如下图所示，加入Amplifier，Demod，RectToCx，Radar_MatchSrc，Radar_PC及Sink元件。Radar_MatchSrc输入端连接到LFM的输出，如图设置元件参数，将Sink元件设为收集Samples数据，12000-1点，运行仿真，观察经过脉冲压缩后的波形Mar.2014©2014AgilentTechnologies38第三十八页，共51页。实验1

脉冲多普勒(PD)模型从底层电路可以看出，先进行MTI，之后在进行MTDMTI降低杂波指示动目标存在MTD速度接近/远离

多目标第三十九页，共51页。实验1

检测平均律:x[n]=|c[n]|平方律:x[n]=|c[n]|2对数平方律:x[n]=ln(|c[n]|2)c[n]:距离多普勒矩阵中的复数单元值x[n]:检测后的距离多普勒矩阵中的实数单元值如果x[n]≥门限T检测到目标c[n]x[n]第四十页，共51页。实验1

–恒虚警率(CFAR)检测虚警是由于：噪声，杂波，干扰引起的…Neyman-Pearson准则–设定常数PFA,，最大化PDPFA:虚警概率PD:检测概率CFAR检测:指定检测类型和PFA,在每一个单元x[n]计算

门限如果x[n]≥function(T)

目标检测,返回x[n];

否则

没有目标,返回0会发生虚假检测，希望虚警率≤PFACFAR类型

CASOCAGOCACluttermap第四十一页，共51页。实验1

–测量检测概率PD=成功检测数/总测试数目虚警率PFA=虚警数目/总测试数目第四十二页，共51页。实验1

–PD雷达检测概率仿真在SystemVue软件界面中，点击快捷图标，进入起始页面，在起始页面中打开例子目录选择Radar\PDRADAR_Performance子目录打开PDRADAR_DetectionProbability_AWGN.wsv工作区观察原理图，Equation，Parameter，运行仿真了解Sweep的使用第四十三页，共51页。实验2

信号下载(需要仪表)在前面的实验中，完成了信号的建立。当有安捷伦测试仪表的时候，就可以将仿真数据下载到测试仪表中，产生真实信号。Mar.2014©2014AgilentTechnologies44典型的安捷伦信号源仪表频率范围：100kHz至

20,31.8或44GHz内部基带发生器射频带宽：80MHz外部IQ调制器射频带宽：高达2GHz波形回放存储器：最高64M样点E8267D矢量信号发生器M8190宽带任意波信号发生器14比特/8G采样或12比特/12G样点每通道128M或者2G样点存储

5GHz模拟带宽高达

80dBcSFDR