SystemVue-雷达快速入门演示幻灯片.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,October 2013,使用,SystemVue,快速使用,操作实验,Feb.2014,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.2014,2,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,:,Design,Analysis,Dataset,Sink,Display,启动,SystemVue,Mar.2014,3,启动,SystemVue,缺省的安装目录结构,:,Try the short video demonstrations when you have time.,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,Start Page,Mar.2014,4,起始页面,(Getting Started Dialog),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,Start Page,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.2014,5,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,Part Selector(,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,(Design1 Analysis).,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,Data Flow,template(,射频或数据流模板,),在这里进行原理图设计,Mar.2014,6,RF Architecture Template,工作区配置为进行射频设计和分析,.,可以使用,RF Design,元件修改原理图设计,.,工作区中包含了分析以及图表,RF Design Library:,Part Selector,中的,RF design,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,:RF Architecture analysis(,射频架构分析,),使用,Spectrasys,仿真器,Data Flow,template,Mar.2014,7,Data Flow Template,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.2014,8,软件自带的例子,点击,Open Examples,按钮，会自动跳入例子目录,回到,Start Page,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.2014,9,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.2014,10,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.2014,11,原理图输入,:,Data Flow,设计,滑动面板,Filter By:,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.2014,12,设置,Data Flow,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,Start Time,),都是联动的,.,比如，更改,Time Spacing,值时，其它数值也会跟着变化,.,Mar.2014,13,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.2014,14,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,Spectrum Analyzer sink,自动存储,Time,Phase,和,Power.,Mar.2014,15,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.2014,16,快速浏览基本的功能,Design,(,原理图,),分析控制器,Dataset,Sink,图表,(,数据显示,),Workspace,(,工作区,),Workspace,目录树,:,Mar.2014,17,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,Signal Detection,EW Receiver,ECM,EP,ES,Direction of Arrival,发射接收,单元,测量模块,发射波形,Pulse,Generator,LFM,NLFM,BarkerCode,FrankCode,ZCCode,Tx Front-end,Rx Front-end,DUC,DDC,DAC,ADC,PA,Filter,DDS,T/R Module,环境模型,雷达信号处理,Target,RCS,Clutter,Jammer,Interference,Digital Pulse Compression(PC),Moving Target Indication(MTI),Moving Target Detection(MTD),Pulse Doppler Processing(PD,)2,Constant False Alarm Rate(CFAR),Digital Beam-forming,3D,Space-Time Adaptive Processing (STAP),Step-Frequency Radar Processing,Wideband Receiving,Adaptive PAA,系统,Basic Tx,Basic Rx,Antenna Pattern,Imaging Plot,Detection Rate,False Alarm Rate,DAR/SAR,PD,UWB,FMCW,天线模型,Taylor,Uniform,Cos2,SFR,EW,PAA,MIMO,干扰,实验,1,-SystemVue,软件中的雷达设计库,实验,1,-,PD,雷达系统仿真,的建立,Mar.2014,2014 Agilent Technologies,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,19,实验,1,-,线性调频脉冲源,启动,SystemVue,，选择,Blank,点击菜单,File,Save,或者点击工具条快捷按钮，,保存工作区名为,PD_Radar,Mar.2014,2014 Agilent Technologies,20,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,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,Part Selector A,元件库选择面板中，选择,Radar,库，并从,Signal Source,子类中找到,Radar_LFM,元件，拖入到原理图中。,从,Algorithm,Design,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.2014,2014 Agilent Technologies,Sink,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,Algorithm,Design,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,10e6,22,实验,1,-,线性调频脉冲源,Mar.2014,2014 Agilent Technologies,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,23,实验,1,-,图表和曲线属性,Mar.2014,2014 Agilent Technologies,SLIDE,24,New Graph,=,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,New Graph,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,24,实验,1,-,图表和曲线属性,Mar.2014,2014 Agilent Technologies,1.,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：,25,实验,1,-,线性调频脉冲源参数修改,Mar.2014,2014 Agilent Technologies,1.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,26,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.2014,2014 Agilent Technologies,27,SystemVue,中的,信号,类型转换元件,Mar.2014,2014 Agilent Technologies,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,),28,实验,1,-,信号类型转换,Mar.2014,2014 Agilent Technologies,从,Algorithm Design,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,Algorithm Design,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,29,实验,1,-,简单的放大器模型,Mar.2014,2014 Agilent Technologies,从,Algorithm Design,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,Add Equation,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,30,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,RCS,RCS,：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.2014,2014 Agilent Technologies,31,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,:Const Value,Uniform PDF,Gaussian PDF,Rayleigh PDF,LogNormal PDF,Exponential PDF,Weibull PDF,ChiSquared PDF,Gamma PDF,Beta PDF,F PDF,Binomial CDF,Poisson CDF,Mar.2014,2014 Agilent Technologies,32,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,:Swirling 0,I,II,III,IV,回波,:u(t 2R,0,/c)exp(j2,(f,c,+f,d,)t)exp(-j4,f,c,R,0,/c)A k,u(t):,发射机信号,R,0,:,目标距离,v:,目标径向速度,c:,光速,f,c,:,载波频率,多普勒频率,f,d,:2 v f,c,/c,k:,自由空间传播常数,:RCS,抖动,A:,除空间传播损耗外的衰减,Mar.2014,2014 Agilent Technologies,33,实验,1,-,目标回波模型,回波方程,:u(t 2R,0,/c)exp(j2,(f,c,+f,d,)t)exp(-j4,f,c,R,0,/c)A k,衰减,RCS,传播特性,多普勒,fc+fd,延时,Swerling 0:,恒定,RCS(,目标没有抖动,).Swerling I,和,Swerling II:,2(,Chi-square)2,自由度概率密度分布,Swerling I,每次扫描中目标的变化是独立的,Swerling II,每个脉冲目标的变化是独立的,Swerling III,和,Swerling IV:,2(,Chi-square)4,自由度概率密度分布,Swerling III,每次扫描中目标的变化是独立的,Swerling IV,每个脉冲目标的变化是独立的,Mar.2014,2014 Agilent Technologies,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,34,实验,1,-,目标回波模型,从,Radar Parts,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.2014,2014 Agilent Technologies,Gain=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,35,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.2014,2014 Agilent Technologies,36,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(,)H(,),y(t)=IDFT(Y(,),加窗,Y(,)=S(,)H(,)W(,),控制旁瓣,主瓣扩展,DFT,DFT,DFT,IDFT,DFT,s(t),window,W(,),S(,),reverse/conjugate,x(t),h(t)=,x*(T,M,-t),H(,),y(t),Y(,),匹配滤波器,h(t)=,x*(T,M,-t),s(t):,接收信号,输出,:,y(t)=s(t),卷积,h(t),Mar.2014,2014 Agilent Technologies,37,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,windowing,IFFT,Mar.2014,2014 Agilent Technologies,38,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.2014,2014 Agilent Technologies,39,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,MTD,MTI,降低杂波,指示动目标存在,MTD,速度,接近,/,远离,多目标,实验,1,-,检测,平均律,:xn=|cn|,平方律,:xn=|cn|,2,对数平方律,:xn=ln(|cn|,2,),cn:,距离多普勒矩阵中的复数单元值,xn:,检测后的距离多普勒矩阵中的实数单元值,如果,xn,门限,T,检测到目标,cn,xn,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,P,FA,，最大化,P,D,P,FA,:,虚警概率,P,D,:,检测概率,CFAR,检测,:,指定检测类型和,P,FA,在每一个单元,xn,计算,门限,如果,xn function(T),目标检测,返回,xn;,否则,没有目标,返回,0,会发生虚假检测，希望虚警率,P,FA,CFAR,类型,CA,SOCA,GOCA,Clutter map,实验,1,测量,检测概率,P,D,=,成功检测数,/,总测试数目,虚警率,P,FA,=,虚警数目,/,总测试数目,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,RadarPDRADAR_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,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.2014,2014 Agilent Technologies,典型的安捷伦信号源仪表,频率范围：,100 kHz,至,20,31.8,或,44 GHz,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,/12 G,样点,每通道,128M,或者,2G,样点存储,5 GHz,模拟带宽,高达,80 dBc SFDR,内部数字上变频,支持多段波形存储与回放,45,实验,2,-,信号下载,(E8267D),Mar.2014,2014 Agilent Technologies,E8267D,矢量信号发生器,网络连接,E8267D,信号发生示意图,46,实验,2,-,信号下载,(M8190A),Mar.2014,2014 Agilent Technologies,E8267D PSG,基带,IQ,宽带外部调制器,双通道模式，,IQ,两路基带输出,单通道模式,(,基带射频,),E8257 PSG,基带射频,外部混频器,/,上变频器,SystemVue,软件使用,M8190A,嵌入式计算机或者通过,PCIe,控制卡连接,47,实验,2,-,信号下载,(M8190A),Mar.2014,2014 Agilent Technologies,E8267D PSG,基带,IQ,宽带外部调制器,双通道模式，,IQ,两路基带输出,单通道模式,(,基带射频,),E8257 PSG,基带射频,外部混频器,/,上变频器,SystemVue,软件使用,M8190A,嵌入式计算机或者通过,PCIe,控制卡连接,48,实验,2,-,信号下载,(M8190A,单通道模式,),包络,载波附近,从直流开始,完整信号,SystemVue,软件中调制信号和基带信号的区别,调制信号关注的是载波附近的频谱，窄带信号。存储的,IQ,信号是载波的包络信号,基带信号是实信号，包含从直流开始到载波的所有信息。存储的是完整的时域信号,调制信号存储：,Fc,，,I,，,Q,，,t,基带信号存储：,S,，,t,实验,2,-,信号下载,(M8190A,单通道模式,),线性调频雷达信号产生,幅,度,频率,Fc,调制信号,基带信号,幅,度,频率,上采样,0,0,FcChange,SystemVue,软件线性调频信号经过调制后是包络信号，需要将此信号转换为基带时域信号后，通过单通道发生出去,幅,度,频率,0,Fc,信号存储,Fc,，,I,，,Q,，,t Fc,，,I,，,Q,，,t S,，,t,调制信号,调制信号,基带信号,实验,2,-,信号下载,(M8190A,单通道模式,),线性调频脉冲，,1800M,带宽，载波频率,2G,Hz,无频响修正,经过频响修正后,总结及问答,Mar.2014,2014 Agilent Technologies,52,