Erkennen von Radarsignalen in Echtzeit mithilfe eines NI-PXI

Erkennen von Radarsignalen in Echtzeit mithilfe eines NI-PXI-Systems
"Das echtzeitfähige NI-PXI-System und die
Entwicklungswerkzeuge in LabVIEW waren die
perfekte Lösung für unser Trainings- und
Forschungslabor für die Erkennung von
Radarsignalen in Echtzeit."
- Nguyen Tang Cuong , Lequidon University of Technology (http://www.lqdtu.edu.vn/)
Die Aufgabe:
Entwicklung eines Trainings- und Forschungslabors für die Erkennung der Radarsignale von Luftzielen, um teure Experimente, die zuvor während
der Forschungs- und Entwicklungsphase durchgeführt wurden, zu ersetzen, bevor die entwickelte Erkennungsausrüstung in ein Radarsystem
implementiert wird
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Die Lösung:
Einsatz eines echtzeitfähigen NI-PXI-Systems, der Software NI LabVIEW, des LabVIEW Real-Time Module und weiterer NI-Zusatzpakete für die
Entwicklung der Systemarchitektur für das Trainings- und Forschungslabor zur Erkennung von Radarsignalen in Echtzeit
Autor(en):
Nguyen Tang Cuong - Lequidon University of Technology (http://www.lqdtu.edu.vn/)
Le Hoa Binh - Lequidon University of Technology (http://www.lqdtu.edu.vn/)
Kurzdarstellung
Mithilfe von PXI (http://www.ni.com/pxi/d)-Systemen von NI konnten wir einen innovativen Ansatz entwickeln, der uns den Entwurf und die Konstruktion
des Labors für die Radarsignalerkennung ermöglichte. Für unseren Ansatz nutzten wir ein Programm für Echtzeitsysteme zur Simulation der
Rückstreuung. Dieses Programm dient dazu, die von verschiedenen Luftzielen reflektierten Radarsignale zu berechnen und zu speichern. Der Anwender
kann die folgenden Aktionen ausführen:
a) Auswahl des zu simulierenden Zieltyps aus einer Reihe verfügbarer Typen
b) Festlegen der beliebig wählbaren Ausrichtung des ausgewählten Ziels im Verhältnis zum Radar (Aspekt des Gierwinkels vom Heck, des Nickwinkels,
des Rollwinkels; die Winkel werden gegen den Uhrzeigersinn gerechnet) oder Simulieren eines einfachen Zielflugs über einer kugelförmigen Erde
c) Bestimmen des Radartyps und der Radarparameter
Wir können die berechneten Signale, die vom Ziel reflektiert werden, als Diagramme in den Bereichen Zeit, Frequenz und Aspekt darstellen und sie auf
den Signalgeneratoren des Typs NI PXI-5411 speichern, um echtzeitfähige reflektierte Radarsignale auszugeben.
Mithilfe eines zusätzlichen NI-PXI-Echtzeit-Controllers eines Digitizers des Typs NI PXI-5112 (http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/de/nid/1124) und des
Counters/Timers NI PXI-6602 setzten wir eine Radarerkennung, Nachverfolgung und verschiedene Algorithmen für die Radarsignalerkennung um (z. B.
Bayes’sche Algorithmen, nicht parametrische Algorithmen).
Hard- und Softwareentwicklung für die Erzeugung von echtzeitfähigen reflektierten Radarsignalen
Die Hardware für dieses Projekt besteht aus dem Chassis NI PXI-1000B, dem Echtzeit-Embedded-Controller NI PXI-8184 (oder NI PXI-8175), dem
Counter/Timer PXI-6602 mit 32 bit, dem 100-MHz-Takt- und -Frequenzgenerator NI PXI-5404 sowie zwei Signalgeneratoren des Typs PXI-5411 mit einer
Abtastrate von 40 MS/s.
Mit den Modulen PXI-6602 (http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/de/nid/1124) und PXI-5404 steuern wir die Taktsynchronisation des Radarsystems und
erzeugen die Koordinaten des Luftziels in verschiedenen Koordinatensystemen, die berücksichtigt werden müssen, um die Flugbahn eines beweglichen
Ziels zu simulieren.
Die Entwicklung des Softwaremoduls gestaltete sich dank LabVIEW (http://www.ni.com/labview/d), LabVIEW Real-Time (
http://www.ni.com/labview/realtime/d/) und weiteren NI-Zusatzpaketen einfach. Das entwickelte Softwareprogramm dient zur Eingabe der Ausgangsdaten.
Das hauptsächlich verwendete Dialogfeld hat drei Reiter für die Eingabe aller Parameter. Der Anwender kann den Zieltyp aus einer Reihe verfügbarer
Ziele auswählen und dann die Parameter der Bewegung des Ziels festlegen. Wird das System im Flugmodus verwendet, muss der Anwender die
atmosphärischen Bedingungen, die ursprüngliche Entfernung bis zum Ziel in Kilometern, die Zielhöhe in Metern, den ursprünglichen Zielkurs in Grad und
die Beobachtungszeit in Sekunden auswählen. Diese Radarparameter werden im Radarreiter festgelegt.
Der Anwender muss auch das Lichtsignal auswählen, das entweder ein rechteckiges gepulstes Signal, ein Chirp-Signal mit einer rechteckigen oder
glockenförmigen Einhüllenden oder ein Mehrfrequenzsignal sein kann. Für alle Signale kann der Anwender die Polarisationsart, die partielle Impulsdauer
für die Schrittfrequenz des Signals in Mikrosekunden, die Wellenlänge in Zentimetern, Signalfolgefrequenz in Hertz, den Betriebsmodus des Radars
(Überwachung oder Verfolgung), die Parameter der Antennencharakteristika in der azimutalen Ebene und die Parameter des Beobachtungsfensters des
Radialbereichs festlegen. Für die Chirp-Impulse kann der Anwender auch eine Impulsbandbreite in Megahertz wählen.
Die Ergebnisse der durch Rückstreuung übermittelten Signalberechnung können in einem Zeit-, Frequenz- oder 3D-Bereich angezeigt werden. Der
ausgewählte Datentyp bestimmt, ob nur die Einhüllende des berechneten Signals oder sowohl seine Real- als auch Imaginärteile gezeigt werden. Wenn
der Anwender die Amplitudendaten auswählt, entspricht die Einhüllende des Signals der Ausgabe eines Amplitudendetektors. Werden hingegen die
komplexen Daten ausgewählt, entsprechen die zwei dargestellten Kurven dem Real- (rote Kurve) und dem Imaginärteil (blaue Kurve) des Signals am
Phasendetektorausgang. Ist dies abgeschlossen, können die ausgewählten Daten auf dem Signalgenerator PXI-5411 gespeichert werden, wo die Tests
der echtzeitfähigen, reflektierten Radarsignale durchgeführt werden. Die Ausgänge der zwei PXI-5411-Module werden als zwei Quadraturkanalausgänge
des Phasendetektors bzw. als ein Ausgang eines Amplitudendetektors genutzt.
Hard- und Softwareentwicklung für die Erkennung von echtzeitfähigen Radarsignalen
Das NI-PXI-Echtzeitsystem hat zwei Funktionen in diesem Teil der Anwendung. Eine besteht darin, die simulierten, durch Rückstreuung übermittelten
Radarsignale in Echtzeit zu erfassen und die passenden Signalverarbeitungstechniken zu implementieren, um nützliche Informationen über die
Erkennungsfunktionen und ihre Kombinationen zu gewinnen. Die zweite Funktion des Systems ist die, einen geeigneten Algorithmus für die Erkennung zu
implementieren, um Entscheidungen über den Typ des Luftziels zu fällen (Abbildung 2).
Zusammenfassung
Das NI-PXI-Echtzeitsystem und die Entwicklungswerkzeuge in LabVIEW waren die perfekte Lösung für den Aufbau unseres Trainings- und
Forschungslabors für die Erkennung von Radarsignalen in Echtzeit. Dieses Labor ersetzt teure Experimente für die Erkennung der Radarsignale von
Luftzielen, die durchgeführt werden, bevor wir die entwickelte Erkennungsausrüstung in ein Radarsystem implementieren.
Autor:
Nguyen Tang Cuong
Lequidon University of Technology (http://www.lqdtu.edu.vn/)
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Abb. 1: Die Ergebnisse der durch Rückstreuung übermittelten Signalberechnung für Ziel TU-16 in den Zeit-, Frequenz- und 3D-Bereichen
Abb. 2: Ein Bildschirmausdruck der Ergebnisse der Erkennung für das Nachverfolgen des Radars für das Luftziel TU-16
Rechtliche Hinweise
Diese Kundenlösung („Kundenlösung“) wurde von einem Kunden von National Instruments („NI“) entwickelt. DIESE KUNDENLÖSUNG WIRD IM „IST-ZUSTAND“
ZUR VERFÜGUNG GESTELLT UND NI ÜBERNIMMT KEINERLEI GARANTIEN. AUSFÜHRLICHERE ERLÄUTERUNGEN ZU ANDEREN EINSCHRÄNKUNGEN
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