SystemVue 雷达快速入门

1、Feb. 2014 2014 Agilent Technologies使用使用SystemVue快速使用快速使用操作实验操作实验实验内容实验内容: 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 2014 Agilent Technologies2SystemVue基本使用基本使用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

2、和值)Display = 以图形或者图表形式显示结果. SystemVue的基本要素的基本要素: :DesignAnalysisDatasetSinkDisplay启动启动SystemVueMar. 2014 2014 Agilent Technologies3启动启动 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 PageMar. 2014 2014 Agilent Techn

3、ologies4起始页面起始页面(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 2014 Agilent Technologies5空白工作区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Design

4、s: 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 2014 Agilent Technologies6RF Architecture Template 工作区配置为进行射频设计和分析工作区配置为进行

5、射频设计和分析. . 可以使用可以使用RF Design 元件修改原理图设计元件修改原理图设计. . 工作区中包含了分析以及图表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注: RF Architecture analysis (射频架构分析射频架构分析)使用使用Spectrasys仿真器仿真器Data Flow templateMar. 2014 2014 Agilent Technologies7Data Flow Template 工作区配置为基带设计和分

6、析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已经加入了分析元件以及曲线.ExamplesMar. 2014 2014 Agilent Technologies8软件自带的例子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目录中或者拷贝到其它目录中Mar. 2014 2014 Agilent Technologies9常用菜单和命令常用菜单和命令当某个

7、窗口激活时，在工具条上就的图标就会被激活当某个窗口激活时，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 2014 Agilent Technologies10工作区控制工作区控制 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鼠标右键点击目录或者项目，就会出现菜单项目，就会出现菜单在工作区目录树中可以拷贝在工作区目录树中可以拷贝/

8、/粘粘贴各种项目：设计、分析、图表、贴各种项目：设计、分析、图表、公式和目录等等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 2014 Agilent Technologies11原理图输入原理图输入: : Data Flow设计设计滑动面板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设计中必须包含一个SinkSink元件收集数据元件收集数据注注： Sink元件的快捷键是元

9、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 2014 Agilent Technologies12设置设置Data Flow 仿真分析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仿真运行后会自动创建数据集 (Dataset) !所有的数值所有的数值 ( (除了除了Start Time) ) 都是联动的都是联动的. . 比如，比如，更改更改Time Spacing值时，其它数值也会跟着变化值时，其它数值也会跟着变

10、化.Mar. 2014 2014 Agilent Technologies13运行仿真分析运行仿真分析或者点击右键或者点击右键: : here:Datasets 和图表红色字体红色字体 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有几种方法可以运行仿真: :在仿真分析窗口点击在仿真分析窗口点击: :或者点击主窗口上的图标或者点击主窗口上的图标: :或者使用或者使用TuneTune窗口，选择分析并调谐变量窗口，选择分析并调谐变量 ( (与运行仿真功能相同与运行仿真功能相同):):Mar. 2014 2014 Agilent Technolo

11、gies14Datasets(数据集数据集)运行仿真，会自动建立运行仿真，会自动建立Dataset:dataset中数据变量的中数据变量的名字与原理图中名字与原理图中Sink 元件的名字对应元件的名字对应 .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 2014 Agilent Technologies15图表图表可以在任意目录下添加图表可以在任意目录下添加图表: :选择类型或者数据选择类型或者数据: : 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在图

12、表向导中会给出图表类型和当前可用图表类型和当前可用的数据集或者公式的数据集或者公式在这里可以调整图表属性或者在这里可以调整图表属性或者点击点击 OK OK选择缺省设置。可以选择缺省设置。可以在已有图表中加入另外的数据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或者对已有数据图表进行编辑辑也可以在数据集中直接添加图表Mar. 2014 2014 Agilent Technologies16快速浏览基本的功能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. 2014 2014 Agile

13、nt Technologies17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目标环环境境雷雷达反射截达反射截面杂波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雷达系统电子战系统电子战系统电子战模型电子战模型 Signal Detection EW Receiver ECM , EP, ES Direction of Arrival发射接收发射接收单元单元测量模块测量模块发射波形发射波形 Pulse Generator LFM NLFM BarkerCode FrankCode ZCCode Tx Front-end Rx Front-end DUC DDC DAC

14、ADC PA Filter DDS T/R Module 环境模型环境模型雷达信号处理雷达信号处理 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

15、 (STAP) Step-Frequency Radar Processing Wideband Receiving Adaptive PAA系统系统 Basic Tx Basic Rx Antenna Pattern Imaging Plot Detection Rate False Alarm Rate DAR/SAR PD UWB FMCW天线模型天线模型 Taylor Uniform Cos2 SFR EW PAA MIMO干扰干扰实验实验1 - SystemVue软件中的雷达设计库软件中的雷达设计库实验实验1 -PD雷达系统仿真雷达系统仿真的建立的建立Mar. 2014 2014 A

16、gilent Technologies19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实验实验1 -线性线性调频脉冲源调频脉冲源启动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 2014 Agilent Technologies20实验实验1 -线性调频脉冲源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

17、)连续波调频 (FMCW)超宽带 (UWB)步进频率源SAR 源实验实验1 - 线性调频脉冲源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 Technologies22Sink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Algorith

18、m 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实验实验1 - 线性调频脉冲源线性调频脉冲源Mar. 2014 2014 Agilent Technologies23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实验实验1 -图表和曲线图表和曲线属性属性Mar. 2014 2014 Agilent Technologies24SLIDE 24New Graph

19、= 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实验实验1 -图表和曲线图表和曲线属性属性Mar. 2014 2014 Agilent Technologies251.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(

20、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：实验实验1 -线性调频脉冲线性调频脉冲源参数修改源参数修改Mar. 2014 2014 Agilent Technologies261.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SystemVue中的元

21、件及数据类型中的元件及数据类型每个元件的数据类型可以由每个元件的数据类型可以由元件管脚的箭头颜色可以辨元件管脚的箭头颜色可以辨识出元件的数据类型识出元件的数据类型数据类型数据类型管脚颜色管脚颜色 管脚粗细管脚粗细模型后缀模型后缀标量整形标量整形 黄色黄色 细细 Int 标量标量 浮点浮点数数( (实数实数) ) 蓝色蓝色 细细 变量变量 复数复数 绿色绿色 细细Cx 标量定点数标量定点数 洋红色洋红色 细细 Fxp 整数矩阵整数矩阵黄色黄色 粗粗 Int_M 浮动浮动 ( (实数实数) )矩阵矩阵蓝色蓝色 粗粗 _M 复数矩阵复数矩阵绿色绿色 粗粗Cx_M 包络信号包络信号黑色黑色 细细 En

22、v 任意类型任意类型红色红色 细细 可变类型可变类型 青色青色 细细 Mar. 2014 2014 Agilent Technologies27SystemVue中的中的信号信号类型转换元件类型转换元件Mar. 2014 2014 Agilent Technologies28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)实验实验1 -信号类型转换信号类型转换Mar. 2014 2014 Agilent Technologies29从Algorithm Design库TypeConverters子类中找到CxToEnv元件，拖入到原理图中，连

23、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实验实验1 -简单的放大器模型简单的放大器模型Mar. 2014 2014 Agilent Technologies30从Algorithm Design库Analog/RF子类中找到Ampli

24、fier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实验实验1 - 雷达目标模型雷达目标模型雷达方程:2224rttrmax3nminG PG F FR() P SNR)tt4(L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

25、Mar. 2014 2014 Agilent Technologies31实验实验1 - 雷达散射截面模型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 CDFMar. 2014 2014 Agilent Techno

26、logies32实验实验1 - 目标回波模型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 2R0/c) exp(j2(fc+fd)t) exp(-j4fcR0 /c) A k u(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 : 2 v fc / 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 Technologies33实验实验1 -

27、 目标回波模型目标回波模型回波方程: u(t 2R0/c) exp(j2(fc+fd)t) exp(-j4fcR0 /c) A k RADARTargetIncludeProp=YES IncludePropDurationTime=1e-3s DurationTimeTStep=100e-9s 1/fsRCS_VB=1.0RCS_VA=1.0RCS_Type=Swerling 0 RCS_TypeVt=60 VtAttenuation=1Distance=60000 DistanceRF_Freq=1e+9Hz RF_FreqRADAR_Target_1衰减RCS传播特性多普勒fc+fd延时

28、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 Technologies34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-M

29、odel/Subcircuit就可以看到底层电路实验实验1 - 目标回波模型目标回波模型从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 Technologies35Gain=1000;PRI=10e-3;PulseWidth=10e-6;BB_SamplingRate=10e6;fs=BB_SamplingRate;RF_Freq=2e9;SamplesPerPulse=PulseWidth*fs;PRI_Num=floor(PRI

30、*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实验实验1 - 目标回波模型目标回波模型在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 Technologies36实验实验1 - 匹配滤波器和脉冲压缩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

31、() H() W() 控制旁瓣 主瓣扩展DFTDFTDFTIDFTDFTs(t)windowW()S()reverse / conjugatex(t)h(t) = x*(TM-t)H()y(t)Y()匹配滤波器 h(t) = x*(TM-t) s(t): 接收信号 输出: y(t) = s(t) 卷积 h(t)Mar. 2014 2014 Agilent Technologies37实验实验1 - 匹配滤波和脉冲压缩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 2014 Agilent Technologies38实验实验1 -匹配滤波和脉冲压

32、缩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 Technologies39实验实验1 - 脉冲多普勒脉冲多普勒 (PD) 模型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 多目标实验实

33、验1 - 检测检测平均律: 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cnxn实验实验1 恒虚警率恒虚警率 (CFAR) 检测检测虚警是由于：噪声，杂波，干扰引起的 Neyman-Pearson 准则 设定常数 PFA, ，最大化 PD PFA: 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xn计算 门限 如果 xn function(T) 目标检测, 返回 xn;否则 没有目标, 返

34、回0 会发生虚假检测，希望虚警率 PFACFAR类型 CA SOCA GOCA Clutter mapRADARCFARBeta=1.0Alpha=1.0Pf=1e-6Threshold=PfDetector_Type=SquareGuardCell=4ReferenceCell=32CellSize=4000 PRI_NumCFAR_Type=CACFAR实验实验1 测量测量检测概率 PD = 成功检测数/总测试数目虚警率 PFA = 虚警数目/总测试数目实验实验1 PD雷达检测概率仿真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R

35、adarPDRADAR_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的使用实验实验2 -信号下载信号下载(需要仪表需要仪表)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 Technologies45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

36、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实验实验2 -信号下载信号下载(E8267D)Mar. 2014 2014 Agilent Technologies46E8267D矢量信号发生器网络连接E8267D信号发生示意图实验实验2 -信号下载信号下载(M8190A)Mar. 2014 2014 Agilent Technologies47E8267D 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控制卡连接实验实验2 -信号下载信号下载(M8190A)Mar. 2014 2014 Agilent Technologies48E8267D 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Syst