77GHz多载频MIMO汽车雷达信号处理方法的研究
77GHz多载频MIMO汽车雷达信号处理方法的研究，主要是一分期刊感觉值1分微波学报2017年第33卷增刊8月3 MUSIC角度估计算法从上节可知,由于发射阵元产生不同频率的信号,因此在接收阵元回波上存在一定的频差-距离相位差,在应用算法前首先对其进行预处理补偿,然后使用MUSC算法进行测角。图2阵列形状示意图定义等效阵列的协方差矩阵为4.1动目标等速不等距R=EX]=A(的RA"(O)+an1实验中将2个日标速度设置为等速10ms,其距离和角度参数分别为(30m,2.59)、40m59)。其频其中R为信号协方差矩阵,σ衣示噪声功率,/谱和角度估计结果如图3、图4所示。为单位矩阵。对其进行特征值分解可得R=EAE +EME其中λ,e;(i=1,2,…,MN)分别为升序排列的矩阵R的特征值和对应的特征向量En=span{e,e2,…和E、=span{eM-p+,eM-p+2,……,M}分别表小矩阵R的信号子空间和噪声子空间。在该情况下的 MUSIC空间谱定义为MUSIC(6)=[A( DEEnA(O)(8)由于存在噪声,上式倒数中的数值不为零,而是个很小的值,所以 MUSIC空间谱会出现一个尖峰。通过对θ的不断交化进行谱峰搜索来估计波达角。图3上/下扫频频谱图4计算机仿真本文以毫米波段的多载频MIMO雷达为例,传统雷达取上/下扫频周期为T=10ms,调频带宽B=500MHz,阵列形状如图2所示,发射天线为均匀线阵,间距d=元/2,阵元数M=2,天线问的频率间隔△f=100MHz,发射天线1、2的载波频率分别为77GHz77.1GH。模型采取线阵的结构,且发射天线分别布置在接收天线两端,接收天线间距d=4/2,阵元数N=8图4速度相同距离不同时角度估计结果接收阵元与发射阵元间距h=4/2,所以由MIMO雷达特性可知,最后得到的虚拟阵元数为通过仿真,测得动目标距离和速度信息为MN=16。(30.019m,10.034ms),(40.293m,9.981ms)=MMO为了验证本文所提方法的有效性,本文同时雷达角度佔计仿真结果为(-497°,-2.519),传统雷达引入相同参数指标的单发多收传统雷达做仿真对角度估计结果为(-336°)比实验。216?1994-2018ChinaacAdcmicJOurnalElcctronicPublishingHousc.Allrightsrescrvcd.http://www.cnki.nct微波学报2017年第33卷增刊8月4,2动目标等距不等速进一步验证了该方法的可行性,非常适合运用在实验,将2个日标距离设置为等距35m,汽车防撞雷达这种高分辨、小型化系统上其速度和角度参数分别为(10ms,2.5°),(15m/s,59)。参考文献其最终角度仿真图如图5所示。l]韩峻峰,张惠敏,潘盛辉,林川汽车防撞雷达概述「J广西科技大学学报.201,22(4):54-58传线雨达[2]侯宪美.多载频MIMO高频雷达的波束形成方法硏究[D,哈尔滨工业大学,2014[3]杨明磊,张守宏,陈伯孝,张焕颖.多载频MMO雷达的一和新的信号处理方法山电子信息学报,2009,31(1):147-151[4]田燕妮,张杨,徐晶晶.MMO技术舰载反导探测系统构成方法[J兵工自动化2015(1)4-6图5距离相同速度不同时角度估计结果[5]党宏社,韩崇昭,赵广社.汽车毫米波FMCW雷达中频由仿真结果可知,测得动目标距离和速度信信号的采样与处理[J现代雷达,200,24(4)43-45息为(29.879m,10.07mns),(30.155m,15.102ms)「6]魏星,万建伟,皇甫堪基于长短基线干涉仪的无源定MMO雷达角度估计仿真结果为(-5.01°,2.499),传位系统研究叮现代雷达,2007,29(5):22-25.统雷达角度估计结果为(4.87°,-2739)[7 KRIM H, VIBERG M. Two decades of array signal通过上述两个实验可以看出,在目标邻近的processing research the parametric approach[]. Signal情况下,MIMO雷达可以清晰地分辨出目标所在Proccssing Magazine, IEEE, 1996, 13(4): 67-94方向,而传统雷达则无法区分两个日标或分辨较[8 Duofang C, Baixiao C, Guodong Q. Angle estimation差using ESPrit in MIMO Radar[J. Electron Lett,2008:44(12):770-7715结论9]杨晓玉冯大政. ESPRIT算法在单基地MMO雷达中的应用[J电子科技,2009,22(12)91-本文讨论了7Hz多载频MIMO汽车雷达的[10染浩,崔,代林,余剑.阵列误差条件下MMo信号处理方法,运用线性调频连续波的近程探测雷达测向敏感性分析[微波学报,2015,31(41-8优点特性精准地测量出目标的距离和速度信息并通过MUSC算法准确测量出多运动目标相对季晓宇男,193年生,硕士研究生。主要研究方向:微应的角度,达到精确测向的理想效果,仿真结果波毫米波汽车雷达信号处珥,MMO雷达信号处理。证明了该方汯精度可以达到001°。在系统体积和Em-9191562@q40m参数不变的情况下,利用与传统雷达的仿真对比217?1994-2018ChinaacAdcmicJOurnalElcctronicPublishingHousc.Allrightsrescrvcd.http://www.cnki.nct
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过程控制锅炉汽包水位模糊PID控制的LabVIEW仿真
锅炉汽包水位模糊PID控制的LabVIEW仿真ScientificResearchSystem Simulation Technology Application (Volume 13)Table 1. Rule list of fuzzy control of Kp据、结果显示。当运行程序时,只有前面板出现在计表1.K模糊控制规则表算机的屏幕上,作为虚拟仪器和用户的接口。与其他E仿真语言相比,除了能在 Labview软件中方便地使ECNB NM NS ZO PS PM PB用PID工具包进行模糊PID控制器设计外,在仿真过NB PBPB PMPM PS Z0 ZO程中还能实现对仿真参数的动态修改,只要按照要求NMPB PM PSPS ZO NS在前面板上写入相应的控制参数,便可以进行参数动Ns PPs ZO态修改,相应的更新结果可由前面板以多种方式显小ZO PM PM PS ZO NS NM N出来并可以数据文件形式保存。使仿真过程变得更加PSPSPS ZO NSNS NMNM灵活、便捷。本文所用的前面板如图4所示。PM PS ZO NS NM NⅥNMNBPB ZO ZO NMNM NM NBNB4基于LabⅤIEW的模糊PID控制系统设计美国NI( National Instruments)公司的LabⅤILW口回6,A·逦是基于数据流的图形化编程语言G的开发环境,是仪器控制与数据采集的编程平台,能快速构建实现交互控制系统的图形用户界面,并且它与测量、自动化硬 Figure3. Flow chart of drum water level control system件紧密的结合,具冇完善的数据采集、信号分析和信图3.汽包水位控制系统仿真流程图息显示的解决方案。 LabVIEW中的PD工具包(PIDToolkit提供∫一个完整的模糊控制设计系统,包括:汽包水裨制实验·模糊逻辑控制器设计子程序( Fuzzy Logic Con-roller Design):提供一个友好的图形用户界面(GUI),可以直观地设计和修改模糊控制器的水过低圣汽流量Fe的艰属函数、规则库、推理规则和去模糊方法等等。●」售定设计的结果保存在一个以结尾的文件中,应用冷水入口当诞0程序就谴用此文件。主PTD模糊控制器子程序( Fuzzy Controller.ⅵ):作为程在■a2序的个功能模块(函数),用于在应用程序中实现模糊控制算法。调入控制器子程序( Load Fuzzy Controller.ⅵ)E四常数56将fs文件调入应用稈序功能模块,将指定文件的Figure 4.The front panel of drum level control systemPID参数加载到应用程序的模糊控制器中。图4.汽包水位控制系统前面板框图软件设计由两部分组成,即前面板和流程图。在前面板,用输入控件( Contro)来实现参数的输入,参为了说明该控制策略相对其他控制方法的优越数的显示和程序运行的结果由输出控件( ndicator来性生,同时作了锅炉汽包水位系统常规串级PD控制的完成。流程图是完成程序功能的图形化源代码,通过仿真研究,其外回路和内国路均采用PD控制器,其对控件设置合适的参数和连线建立控制系统。采用模PID控制器的算法为糊PID控制的带前馈的串级三冲量控制系统的流程图u(t)=k,,(e+T Gedt+ la dr)如图3所示。式中:ε为设定值与探制过程返回量之间的偏差,基于 LabView开发的程序面板具有良好的人机K为比例增益,T为积分时间常数,Ta为微分时间常互动的风格,使用简单。前面板提供了丰富的图形控数,u(为控制器输出量。根据图3,设置PID控制器件,可以模拟传统仪器工作方式,在前面板上放置所的参数为K=3、T=150以及a4。两种控制方式的控需要的控件和指示器,实现仪器控制以及较直观的数制效果如图5所示。978-1-935068-81-5c2011 SirEs40o1994-2012cHinaAcademicJournalElectronicpUblishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.netScientifieSystem Simulation Technology Application( Volume 13)° Researcl从图5(a)可以看出,在无扰动情况下,采用普通差,而普通PID则在扰动过大的时候则无法做到这PID进行控制超调量约有30%,而采用模糊PID控制点。在汽包水位的控制过程中,通过在不同时刻施加则将超调量控制在10%以内,并且模糊PD控制更能不同扰动,其阶跃响应图显示岀模糊PD控制都要优有效地减少上升时间与调节时间;在初始状态有扰动于普通的PID控制,对锅炉汽包所存在的“虚假水位的情况下如图5(b)和5(c),模糊PID均比普通PID控控制得更好,达到更令人满意的效果。因此,采用模制具有更小的超调量及更短的调节时间;在第一次稳糊Pυ控制策略比常规P控制策略具有较好的调节定后施加两种扰动时如图5(d所示,模糊PID相比普品质以及较强的鲁棒性和抗干扰能力,而且能在对象通PID不仅响应快,超调小,更有效地消除了稳态误模型失配的情况下表现出较强的适应能力。设定值直世D(a)无扰动(b)加入10%蒸汽扰动(c)加入20给水扰动(d第一次稳定后施加两种扰动Figure 5. Curve: Unit step response of different disturbance图5.不同扰动下的单位阶跃响应曲线5结束语Steam Generator[],Journal of System Simulation, 2004, 16(10)P450-453.提出了使用 Labview构建模糊控制器进行锅炉刘红军,韩璞,工东风,锅炉汽包水位系统 DMC-PID串级控制仿真研究[,系统仿真学报,204,16(10),P450-453汽包八位控制的仿真研究,通过比较两种控制方式,[41 XU Chun-mci, ZHANG Haol, YANG Ping, Nonlincar pid-Pcascade control for boiler drum level [J]. East China Electric可以看出对于锅炉汽包水位,采用模糊PID控制在上Power:2009,37(5),P838~84升时间、超调量、调节时间等控制性能都要优于普通凃春梅,张浩,杨平汽包水位串级二冲量非线性PID控制系统[,华东电力,2009,37(5):838~84PⅠD控制。基于 LabVIew语言采用流程图形式开发的51Chul-lIwan Jung, et al. A real-time self-tuning fuzzy controller应用程序,具有良好的人机交互界面,形象直观的控through scaling factor adjustment for the steam generator of NPl574:53-60制界面,更强的数据处理功能及简便实用的参数显示(6] SONG Zhi-gang; YU Qi-xiang; WANG Yi-ming;ctl, Devclop功能。比使用其他仿真语言(如Maab/ Simulink工具ment of fuzzy controller for parameters adaptation of PID con-troller based on L abvIEW[1, Machinery Design manufacture箱)更容易实现各个模块之间传递数据,仿真过程还2003(4):P11~12.能动态修改仿真参数并实时更新,可以更好地配置控宋智罡,郁其祥,王益明等,基于 LabVIew的PID参数自适应模糊控制器设计山J,机械设计与制造,2003(4:11~12制器参数以达到最优,大大缩短没计周期,提高开发[7] Jin Yihui, Process Control [m, Beijing: TSinghua universily效率,具有较大的工程实用价值。press. 1988金以慧,过程控制[M,北京:清华大学出版社,1998[8 ZHAO Baochun, LUO Zon-gan, LIu Xianghua, Design andReferences(参考文献simulation of fuzzy logic controller based on LabVIEW], Control Engineering of China, 2006, 13(S1 ): 49-52[1] CHEN Hong-wei, XU Zhen-yu, YANG Bo, et al, Analysis of the赵宝纯,骆宗安,刘相华,基于LabⅤIEW的模糊控’器设计Influential Factors to Boiler Drum Level [], Power System En与仿真[,控制工程,2006,13:4952neering,2007,23(02):32-33[9] JiN Zhiqiang, Biao Qiliang, A method of design of PID controller陈鸿伟,许振宇,杨博,等锅炉汽包水位影响因素分析[电based on I abvIEW[], Control Automation, 2005, 21(6): 1-2站系统工程,2007,23(02):32-33金志强,包启亮,一种基于LabⅤIEW的PID控制器设计的[2 ZHOU Jia, CAO Xiao-ling, LIU Yong-wen, Controlling Strategy方法[,微计算机信息,2005,21(6):1-2Analysis of Drum Level in Boiler [J]. Boiler Technology, 2005, [10] National Instrument, Lab VIEW simulation moduler user manual36(03):5~10.IM, Austin: National Instruments, 2004周佳,曹小玲,刘永文,锅炉汽包水位控制策略的现状分炘[11 LI Guo-yng, A New Fu∠ y PID Controller[ J Journal of Sys-「J,锅炒技术,2005,36(03),P5-10tem simulation,2003,15(10):1492-1496[3 IIU Hongjun, HAN Pul, WANG Dongfeng, Simulation Research李国勇,一和新型的模糊PID控制器[J,系统仿頁学报,of DMC-PID Cascade for Water Level System of a Drum boile2003,15(10),P1492-1496978-1-935068-81-502011 Scares.o1994-2012ChinaAcademicJournalelEctronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.ner
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