Programvare for modellering og simulering av radar

Abstract

I prosjektet Luftbåren overvåking er det blitt utviklet et program for å modellere ulike typer radarer og kjøre simuleringer i gitt terreng og omgivelser med valgte mål for å beregne en radars ytelse. Programmet er implementert som objektorientert Matlab-kode. Den foreløpige versjonen 1.0 har visse begrensninger, men tanken er å utvide på sikt til et enda mer kapabelt verktøy som kan brukes over et bredt spekter av konfigurasjoner med tanke på typer antenner, miljømessige forhold, signalbehandling osv. Programmets hovedfokus er på simuleringer utført ved hjelp av stokastiske numeriske verdier. Det har i denne versjonen vært lagt vekt på et sjøscenario hvor clutter fra sjø formes ved hjelp av ulike modeller med bestemte statistiske fordelinger. Atmosfærisk propageringsfaktor beregnes ved bruk av Advanced Propagation Model (APM) og angivelse av en rekke miljøparametere. De forskjellige programmeringstekniske sidene ved programmet blir også beskrevet i rapporten, noe som vil kunne være til hjelp for fremtidig utvikling og fungere som en teknisk rettet referansebok. Simuleringene styres av hvor radarbeamen rettes for hver puls og hvor målet befinner seg i forhold til denne. Det mottatte signalet bygges opp med bidrag fra støy, clutter og nivå av tilbakespredt energi fra mål ved hvert tidspunkt/puls. Programmet benytter statistiske variasjoner i bidragene fra puls til puls som følge av angitt Swerling-modell for mål, sjøclutterets korrelasjonsegenskaper, clutterets statistiske fordelingsfunksjoner og termisk støy. Beregninger av deteksjon gjør bruk av de valg som er angitt for MTI-filter, puls-integrasjon, CFAR og tersklingsnivåer. I rapporten blir det presentert et sjøscenario med beskrivelse av angitte parametere og resultater i form av forskjellige plot. Til slutt er det vist en sammenligning med simulatorkjøring gjennomført mot standard radar i SADM (Ship Air Defence Model) som viser god overensstemmelse mellom de to programmene i dette scenarioet.

A program has been developed that models different radars and runs simulations in given terrain and environment alongside a target to quantify the radar performance. An object-oriented version of Matlab has been used as the programming environment. Certain restrictions apply in the first version 1.0. However, we plan to develop an even more capable toolkit that can represent a broader set of radars with respect to processing techniques, antennas, environment models etc. The programs emphasis is on numerical simulations with stochastic variables. In this first implementation attention has been aimed at an open sea scenario where sea clutter models, their statistical distribution functions and correlation characteristics have been incorporated. The computation of atmospheric propagation factors are undertaken by using the Advanced Propagation Model (APM). The report additionally describes the program technical aspects of the code which would be aid in further development of the code and as a reference guide. For each pulse the radar beam directs its energy in different directions in a rotating radar antenna model. The antenna beam pointing as a function of time and the position of the target relative to the beam drives the simulation forward. The received signal is built from contributions representing noise, clutter and backscattered energy in the direction of the antenna from the target. Statistical variations from pulse to pulse are simulated based on given Swerling target models, clutter correlation properties, clutter distribution functions and noise statistics. Detection calculations are subject to the input settings related to MTI behavior, pulse-integration, CFAR and detection thresholds. An open sea scenario is presented where parameters and results are described. At the end a comparison with results obtained by use of default radar setup in SADM (Ship Air Defence Model) shows good agreement with the given scenario description.