相控阵-雷达工具箱

Syslab相控阵雷达工具箱应用

汇报人：黄晨曦、黄上城 日期：2025年11月27日

课程概述

创建、设计、测试和验证无线通信系统： 使用天线和天线阵列设计大规模 MIMO、毫米波和波束成形系统 使用室内和室外传播方案和信道模型在地图上评估现实世界的无线网络性能和指标

PART 01

相控阵系统工程-阵列设计与分析 01

1.1 相控阵设计和分析 – 内容概述

相控阵作为天线、声纳的集合以阵列模式排列将信号转换为电磁波传输到目标，同时还可以将来自源或反射物体的输入能量转换为信号。阵列的性能在许多方面都超过了单个天线的性能，具体表现为一下三个主要优点：

改进的空间分辨率 — 在定位和成像目标时查看更详细的分辨率；

1.2 相控阵设计和分析 – 天线与阵列

天线<典型天线与阵列辐射特性> using TyPhasedArray antenna = phased_IsotropicAntennaElement(;FrequencyRange = [800e6,1.2e9]);fc = 1e9

1.3 相控阵设计和分析 – 阵列响应

在毫米波信道中，通常采用天线阵列的导向矢量描述相邻接收天线之间信号的相位差。 阵列分析<导向矢量与阵列响应> 30°

1.4 相控阵设计与分析 – 信号发射与接收

发射机 辐射器 接收机

PART 02

相控阵系统工程-波形赋型与DOA估计 02

2.1 波束成形和波达方向估计 – 波束赋形

波束赋形 通过对多路信号进行合并，抑制非目标方向信号，增强目标方向信号，能够实现电磁波在特定方向的聚焦，进而能够有效提高接收信号的信噪比。 波束赋型<典型算法>

2.1 波束成形和波达方向估计 – 波束赋形

基于线性约束最小方差（LCMV）准则的波束赋形 LCMV波束赋型调零 using TyPhasedArray

2.1 波束成形和波达方向估计 – 波束赋形

将LCMV波束形成器应用于相控阵，并保留来自目标方向的信号。 单个约束条件的LCMV波束赋形 using TyPhasedArray

2.2 波束成形和波达方向估计 – DoA估计

DoA估计的代表性方法是高分辨空间谱估计，其中包括阵列的信号模型、方向图、空时等效、MUSIC算法、MUSIC算法及改进、ESPRIT算法、LS-ESPRIT以及TLS-ESPRIT、空间平滑法等。 到达角估计<典型算法> using TyPhasedArray;using TySignalProcessing;

2.2 波束成形和波达方向估计 – DoA估计

基于ULA的DoA估计应用 using TyPhasedArray fc = 150.0e6;array = phased_ULA(; NumElements=10, ElementSpacing=1.0);fs=8000.0

PART 03

相控阵系统工程-波形设计与信号合成 03

3.1 波形设计和信号合成 – 匹配滤波

using TyPhasedArray using TyPlot waveform = phased_LinearFMWaveform(; PulseWidth=1e-4, PRF=5e3)

3.2 波形设计和信号合成 – 步进调频信号及其模糊函数

using TyPhasedArray using TyMath using TySignalProcessing

PART 04

相控阵系统工程-检测/距离/多普勒估计 04

4.1 检测、距离和多普勒分析 – 恒虚警检测

using TyPhasedArray using TyMath using TySignalProcessing

4.2 检测、距离和多普勒分析 – 范围响应

创建目标雷达平台 创建发射器与接收器平台 发射端信号处理

4.2 检测、距离和多普勒分析 – 范围响应

目标雷达范围响应 using TyPlot using TyPhasedArray

PART 05

雷达系统工程 05

1.1雷达方程–内容概述

基本雷达，SAR雷达，搜索雷达方程

1.2雷达方程–应用示例

2.1目标检测–Blake图，雷达性能指标图

using TyRadar using TyPhasedArray using TyPlot

1.1检测和跟踪–ROC曲线

接收机工作特征曲线(ROC)通常用于评估雷达或声纳探测器的性能。是在给定信噪比的情况下，检测概率与误警概率的曲线图。

• 指定一个SNR值的向量，rocsnr函数会为每个SNR值计算ROC曲线，对给定的SNR值分别计算Pd和Pfa值

3.1增益和损耗

常用损耗函数

3.2增益和损耗——脉冲积累的增益损耗

通常在脉冲雷达中，单个脉冲无法实现所需的探测性能，而脉冲积累通过对噪声和干扰进行平均，能够显著提高信噪比，进而达到更好的探测性能 相干积累：相干积累即利用接收脉冲之间的相位关系，将信号的幅度叠加，这种方法的好处是可以把所有雷达回波能量直接相加 非相干积累：非相干积累在取信号包络之后进行，在此时丢掉了复信号的信息，只保留了模值，没有了严格的相位关系

4.1环境和杂波——不同环境引起的损耗

自由空间损耗 雨引起的损耗 雾引起的损耗

4.2环境和杂波——海杂波仿真

在对海杂波进行建模，需要去描述海平面状态，可通过下面三个参数描述

1.海浪的高度σ

建立知识规范，营造协同生态

积累工业模型，发展可控平台 融入工业创新，共创先进软件