SAR雷达成像点目标仿真——RD算法和CS算法（程序+注释）
SAR雷达成像点目标仿真，包含RD算法和CS算法的原理+Matlab程序，程序每一行均有注释，适合入门以τ的时闫发射啁啾脉冲,然后切换天线开关接收回波信号。脉冲重复间隔为l发接收图雷达发射脉冲串的时序当雷达不处于发射状态时,它接收反射回波。发射和接收回波的时间序列如图所示在机载情况下,每个回波可以在脉冲发射间隔内直接接收到。但是在星载情况下,由于距离过大,某个脉冲的回波要经过个脉冲间隔才能接收到。这里仿真为了方便,默认为机载情況脉冲回波时间图脉冲雷达的发射与接攻周期假设为信号持续时间,下标表示距离向:为重复频率,为重复周期,等于。接收序列中,τ衣示发射第个脉冲时,目标回波相对于发射序列的延时。雷达的发射序列数学表达式为式式中,表示矩形信号,为距离向的信号调频率,为载频。雷达回波信号由发射信号波形,天线方向图,斜距,目标,环境等因素共同决定,若不考虑环境因素,则单点目标雷达回波信号可写成式所示:其中,G表示点目标的雷达散射截面,表示点目标天线方向图双向幅度加权,z表示载机发射第个脉冲时,电磁波再次回到载机时的延时r,带入式中得式就是单点目标叵波信号模型,其中,是分量,它决定距离向分辨率;为多普勒分量,它决定方位向分辨率对于任意一个脉冲,回波信号可表小为式所小我们知道,由于随慢时间的变化而变化,所以计算机记录到的回波数据存储形式如图所示:贴棘·●鲁通ib●幽●中@中●●●。●●鲁●●ed●●i●●一●●:b●t老!y·●●●●●Outuinh0ib●●●●·:·:·;D●●中·!达脉冲长度斜距(军样数或单元置)图目标照射时间内,单个点目标回波能量在信号处理器的二维存储器中的轨迹4距离徙动及校正根据图可知,在倾斜角为零或很小的时侯,目标与雷达的瞬时距离为,根据几何关系可知,,根据泰勒级数展开可得:由式可知,不同慢时间对应着不同的并且是一个双曲线形式或者近似为个二次肜式。如图所示,同一目标的回波存储在计算机里不在同一直线上,存在距离徙动从而定义距离徙动量:为了进行方位向的压缩,方位向的回波数据必须在同一条直线上,也就是说必须校止距离徙动Δ。由式()可知,不同的最近距离对应着不同的▲,因此在时域处理距离徙动会非常麻烦。因此,对方位向进行傅里叫变换,对距离向不进行变换,得到新的域。由于方位向的频率即为多普勒频率,所以这个新的域也称为距离多普勒域将斜距写成多普勒的函数,即。众所周知,对最近距离为的点目标回波多普勒是倾斜角b的函数,即=2,斜距,于是6:≈所以距离多普勒域中的我距离徙动为Δ,可发现它不随慢时间变换同一最短距离对应着相同大小的距离徙动。因此在距离多普勒域对一个距离徙动校正就是对一组具有相同最短距离的点目标的距离徙动校止,这样可以节省运算量。为了对距离徙动进行校正,需要得到距离徙动单元,即距离徙动体现在存储单元中的移动数值,距离徙动单元可以表示为△这个值通常为一个分数,由于存储单元都是离散的,所以不同通过在存储单元简单的移动得到准确的值。为了得到准确的徙动校正值,通常需要进行插值运算。本仿真釆用了两种插值方法最近邻点插值和插值,下面分别进行介绍。最近邻点插值法的优点是简单而快速,缺点是不够精确。Δ其中为整数部分为小数部分,整数部分徙动可以直接通过平移消除,对于小数部分则通过四舍五入的方法变为或者,这样就可以得到较为精确的插值插值原理如下:在基带信号下,卷积核是函数插值信号为即为所有输入样本的加权平均。可通过频域来理解,如图所示,采样信号频普等于以采样率重复的信号频谱。为了重建信号,只需要一个周期频谱(如基带周期),因此需要理想矩形低通滤波器在频域中提取基带频谱(如图)所示。凵知该理想滤波器在时域中是函数。由于频域相乘相当于时域卷积,故插值可以通过与核的卷积来实现信号频谱幅度理想低通滤波器-101频率图理憇低通滤波器怎样对采样信号进行插值5点目标成像 matlab仿真5.1距离多普勒算法距离多普勒算法(是在年至年为民用星载提出的,它兼顾了成熟、简单、髙效和精确等因素,至今仍是使用最广泛的成像算法。它通过距离和方位上的频域操作,到达了高效的模块化处理要求,同吋又具有了一·维操作的简便性。图示意了的处理流程。这里主要讨论小倾斜角及短孔径下的基本处理框当数据处在方位时域时,可通过快速卷积进行距离压缩。也就是说,距离后随即进行距离向匹配滤波,再利用距离完成距离压缩。回波信号为:距离向压缩后的信号为:通过方位将数据变换至距离多普勒域,多普勒中心频率估计以及大部分后续操作都在该域进行。方位向傅里叶变换后信号为:在距离多普勒域进行随距离时间及方位频率变化的,该域中同距离上的组日标轨迹相互重合。将距离徙动曲线拉直到与方位频率轴平行的方向。这里可以采用最近邻点插值法或者插值法,具体插值方法见前面。假设插值是精确的,信号变为:通过每一距离门上的频域匹配滤波实现方位压缩。为进行方位压缩,将后的乘以频域匹配滤波器最后通过方位将数据变换回时域,得到压缩后的复图像。复原后的图像为:正达原始教据距离压缩方位向傅里叶变换距离徙动校正方位压方位向傅里叶逆变及多视叠加压缩数据图距离多普勒算法流程图5.2 Chirp Sca l ing算法距离多普勒算法具有诸多优点,但是距离多普勒算法有两点不足:首先,当用较长的核函数提高距离徙动校正()精度时,运算量较大:其次,二次距离压缩()对方位频率的依赖性问题较雉解决,从而限制了其对某些大斜视角和长孔径的处理精度。算法避免」中的插值操作,通过对信号进行频率调制,实现了对该信号的尺度变换或平移图显示了算法处理流程。这里主要讨论小倾斜角及短孔径下的基本处理框图。主要步骤包括四次和三次相位相乘。通过方位向将数据变换到距离多普勒域。通过相位相乘实现操作,使所有目标的距离徙动轨迹·致化。这是第步相位相乘。用以改交线调频率尺度的二次相位函数为通过距离向将数据变到二维频域。通过与参考函数进行相位相乘,同吋完成距离压缩、和‘致这是第二步相位相乘。用于距离压缩,距离徙动校正的相位函薮写为:通过距离向将数据变回到距离多普勒域。通过与随距离变化的匹配滤波器进行相位相乘,实现方位压缩。此外,由于步骤中的操作,相位相乘中还需要附加一项相位校正。这是第三步相位相乘。补偿由引起的剩余相位函数是:最后通过方位向将数据变回到二维时域,即图像域雷达原始数据SAR信号域方位向傅里叶变换第一步相位相乘补余RCMC中的距离多Chirp sealing操作普勒域距离向傅里叶变换第一步相位相乘参考函数相乘用于距离压细、SRC和一致RCMC频域距离向傅里叶逆变美第三步(最后方位压缩及相位校王步)相位相乘距离多晋勒域方位向傅里叶道变换SAR图像域压缩数据图算法流程图简而言之,算法是将徙动曲线逐一校正,算法是以某一徙动曲线为参考,在域内消除不同距离门的徙动山线的差异,令这些曲线成为一组相互平行的曲线,然后在二维频率域內统一的去掉距离徒动。通俗一点就是,算法是将弯曲的信号一根根矫直,而算法是先把所有信号都掰得一样弯,然后再统一矫直。6仿真结果6.1使用最近邻点插值的距离多普勒算法仿真结果本文首先对个点目标的回波信号进行了仿真,个点目标构成了矩形的个顶点和中心,其坐标分别如下,格式为(方位向距离向后向反射系数):图的上图是距离向压缩后的图像,从图中可以看到条回波信号(其中有几条部分重合,但仍能看出米)目标回波信号存在明显的距离徙动,需要进行校正。图的下图是通过最近邻点插值法校正后的图像,可以看出图像基本被校正为直线。配萬向压缩,未交正距离徒动的图像距高可距离压缩,权E距高徒动日的图像L图距离向压缩后最近邻点插值的结果图为进行方位向压缩后形成的图像,可以明显看出个点日标,并且个点日标构成了矩形的四个顶点及其中心。方位向压缩后的图像图通过最近邻点插值生成的点目标图像6.2使用最近邻点插值的距离多普勒算法仿真结果图上图为通过距离压缩后的图像,图的下图为通过插值法校止后的图像。距离甸压缩,未校正距离徙动的图像距离向距离向压缩,校止离徙动后的图像距离向图距离向压缩后插值的结果图为进行方位向压缩后形成的图像,可以明显看出个点目标,并且个点目标构成了矩形的四个顶点及其中心。方位向缩后的图像图通过插值生成的点目标图像6.3 Chirp Scal ing算法仿真结果可样,在中,对个点目标的回波信号进行了仿真,个点目标构成了矩形的个顶点和中心,其坐标分别如下,格式为(方位向距离向后向反射系数):
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PID控制超详细教程(含软硬件上位机，很好）
PID控制超详细教程(含软硬件上位机，很好）SUNPLUS调节控制做电机速度控制月录页模拟控制模拟控制原理数字控制位置式算法增量式算法控制器参数整定凑试法临界比例法经验法采样周期的选择参数调整规则的探索自校正控制器软件说明软件说明档案构成界面子程序说明程序范例程序程序流程与说明中断子流稈与说明使用资源硬件使用资源说明实验测试响应曲线参考文献SUNPLUS调节控制做电机速度控制修订记录日期版本编写及修订者编写及修订说明初版错误校正SUNPLUS调节控制做电机速度控制模拟控制将偏差的比例()、积分()和微分()通过线性组合构成控制量用这一控制量对被控对象进行控制,这样的控制器称控制器、模拟控制原理在模拟控制系统中,控制器最常用的控制规律是控制。为了说明控制器的工作原理,先看个例子。如图—所示是一个小功率直流电机的调速原理图。给定速度与实际转速进行比较,其差值,经过控制器调整后输出电压控制信号经过功率放大后,驱动直流电动机改变其转速。+控器直流电机图小功率直流电机调速系统常规的模拟控制系统原理框图如图—所示。该系统由模拟控制器和被控对象组成。图中是给定值是系统的实际输岀值,给定值与实际输出值构成控制偏差式-)作为控制的输入,作为控制器的输出和被控对象的输入。所以模拟控制器的控制规律为式其中:控制器的比例系数搾制器的积分时间,也称积分系数控訇器的微分时间,也称微分系数比例积分被控对象微分图—模拟控制系统原理图比例部分SUNPLUS调节控制做电机速度控制比例部分的数学式表示是:在模拟控制器中,比例环节的作用是对偏差瞬闩作岀反应。偏差一旦产生控制器立即产生控制作用,使控制量向减少偏差的方冋变化。控制作用的强弱取决于比例系数,比例系数越大,控制作用越强,则过渡过程越快,控制过程的静态偏差也就越小;但是越大,也越容易产生振荡,破坏系统的稳定性。故而,比例系数选择必须恰当,才能过渡时间少,静差小而又稳定的效果。、积分部分积分部分的数学式表小是从积分部分的数学表达式可以知道,只要存在偏差,则它的控制作用就不断的增加;只有在偏差时,它的积分才能是一个常数,控制作用才是一个不会增加的常数。可见,积分部分可以消除系统的偏差积分环节的调节作用虽然会消除静态误差,但也会降低系统的响应速度,增加系统的超调量。积分常数越大,积分的积累作用越弱,这时系统在过渡时不会产生振荡;但是增大积分常数会诚慢静态误差的消除过程,消除偏差所需的时间也较长,但可以减少超调量,提髙系统的稳定性.当较小时,则积分的作用较强,这时系统过渡时间中有可能产生振荡,不过消陰偏差所需的时间较短。所以必须根据实际控制的只体要求来确定。、微分部分微分部分的数学式表示是实际的控制系统除了希望消除静态误差外,还要求加快调节过程。在偏差岀现的瞬间,或在偏差变化的瞬间,不但要对偏差量做岀立即响应(比例环节的作用),而∏要根据偏差的变化趋势预先给岀适当的纠正。为了实现这一作用,可在控制器的基础上加入微分环节,形成控制器。微分环节的作用使阻止偏差的变化。它是根据偏差的变化趋势(变化速度)进行控制。偏差变化的越快,微分控制器的输出就越大,并能在偏差值变大之前进行修正。微分作用的引入,将有助于减小超调量,克服振荡,使系统趋于穩定,特別对髙阶系统非常有利,它加快了系统的跟踪速度但微分的作用对输入信号的噪声很敏感,对那些噪声较人的系统一般不用微分,或在微分起作用之前先对输入信号进行滤波。微分部分的作用由微分时间常薮决定。越大时,则它抑制偏差变化的作用越强棫小时,则它反抗偏差变化的作用越弱。微分部分显然对系统稳定有很大的作用。适当地选择微分常数,可以使微分作用达到最优由于计算机的出现,讣算机进入了控制领或。人们将模拟控制规律引入到计算机中来。对(式—)的控制规律进行适当的变換,就可以用软件实现控制,即数字搾制。SUNPLUS调节控制做电机速度控制数字控制数字式控制算法可以分为位置式和增量式控制算法。位置式算法由于计算杋控制是一种采样控制,它只能根据样时矧的偏差计算控制量,而不能像模拟控制那样连续输岀控制量量,进行连续控制。由于这·特点(式)中的积分项和黴分项不能直接使用,必须进行离散化处理。离散化处理的方法为:以作为采样周期,作为采样序号,则离散采样时间对应着连续时间,用矩形法数值积分近似代替积分,用一阶后向差分近似代膂微分,可作如下近似变换:≈1T〔k=0,1,2.e()h(门-Tag(),()-以(k-1)7]8-1di(式上式中,为了衣示的方便,将类似于简化成等。将(式-)代入(式一),就可以得到离散的表达式为(式一)或+(式其米样序号,一,,第次釆样时刻的计算机输出值:第次采样时刻输入的偏差值第—次采样时刻输入的偏差值:积分系数,微分系数,如果采样周期足够小,则〔式—)或(式—)的近似计算可以获得足够精确的结果,离散控制过程与连续过程十分接近。(式—)或(式一)表示的控制算法式直接按(式一)所给出的控制规律定义进行计算的,所以它给出了全部控制量的大小,因此被称为全量式或位置式控制算法这种算法的缺点是:由于全量输出,所以每次输出均与过去状态有关,计算时要对进行累加,SUNPLUS调节控制做电机速度控制工作量人;并且,因为计算杋输岀的对应的是执行机构的实际位置,如果计算机岀现故障,输岀的将大幅度变化,会引起执行机构的大幅度变化,有可能因此造成严重的生产事枚,这在实生产际中是不允许的。増量式探制算法可以避免着重现象发生。增量式算法所谓增量式是指数宇控制器的输岀只是控制量的增量Δ。当执行机构需要的控制量是增量,而不是位置量的绝对数佶时,可以使用增量式控制算法进行控制。增量式控制算法可以通过(式一)推导出。由(式一)可以得到控制器的第个采样时刻的输出值为+∑+式将(式一)与(式一)相减并整理,就可以得到增量式控制算法公式为△(式其中由(式—)可以看出,如果计算机控制系统采用恒定的采样周期日确定只要使用前后三次测量的偏差值,就可以由(式—)求出控制量。增量式控制算法与位置式算法(式一)相比,计算量小的多,因此在实际中得到广泛的应用而位置式搾制算法也可以通过增量式控制算法推岀递推计算公式:△式(式—)就是目前在计算机控制中广泛应用的数字递推控制算法控制器参数整定搾制器参数整定:指决定调节器的比例系数、积分时间、微分时间和采样周期的SUNPLUS调节控制做电机速度控制具体数值。整定的实质是通过改变调节器的参数,使其特性和过程特性相匹配,以改善系统的动态和静态指标,取得最佳的控制效果。整定调节器参数的方法很多,归纳起来可分为两大类,即理论计算整定法和工程整定法。理论计算整定法有对数频率特性法和根轨迹法等;工程整定法冇凑试法、临界比例法、经验法、衰减曲线法和响应曲线法等。工程整定法特点不需要事先知道过程的数学模型,直接在过程控制系统中进行现场整定方法简单、计算简便、易于掌握凑试法按照先比例()、再积分()、最后微分()的顺序。置调节器积分时间∞,微分时间在比例系数按经验设置的初值条件下,将系统投入运行,由小到大整定比例系数求得满意的衰减度过渡过程曲线引入积分作用(此时应将上述比例系数设置为)。将由大到小进行整定若需引入微分作用时,则将按经验值或按(~)设置,并由小到人加入临界比例法在闭坯控制系统甲,将调节器置纯比例作用卜,从小到大逐渐改变调节器的比例系教,得到竿幅振荡的过渡过程。此时的比例系数称为临界比例系数相邻两个波峰间的时间间隔,称为临界振荡周期二界比例度法步骤:将调节器的积分时间置于最大(∞),微分时间置零),比例系数适当,平衡操作一段时问,把系统投入自动运行、将比例系数逐渐增大,得到等幅振荡过程,记卜临界比例系数和临界振蕩周期值根据和值,采用经验公式,计算出调节器各个参数,即、和的值。按先再最后的操作程序将调节器整定参数调到计算值上。若还不够满意,可再作进步调整。临界比例度法整定注意事项:有的过程控制系统,临界比例系数很大,使系统接近两式控制,调节阀不是全关就是全开,对工业生产不利有的过程控制系统,当调节器比例系数调到最大刻度值时,系统仍不产生等幅振荡,对此,就把最大刻度的比例度作为临界比例度进行调节器参数整定经验法用凑试汯确定参数需要经过多次反复的实验,为了减少凑试次数,提高工作效率,可以借鉴他人的经验,并根据‘定的要求,事先作少量的实验,以得到若「基准参数,然后按照经验公式用这些基准参数导出控制参数,这就是经验法。临界比例法就是一种经验法。这种方法首先将控制器选为纯比例控制器,并形成闭环,改变比例系数,使系统对阶跃输入的响应达到临界状态,这时记下比例系数、临界振荡周期为,根SUNPLUS调节控制做电机速度控制据一提供的经验公式,就可以由这两个基准参数得到不同类型控制器的参数,如表一所示。衣—临界比例法确定的模拟控制器参数控制器类型这种临界比例汯使针对模拟ˆ控制器,对于数字控制器,只要釆样周期取的较小,原则上也同样使用。在电动机的控制中,可以先采用临界比例法,然后在采用临界比例法求得结果的基础上,用凑试法进一步完善表一的控制参数,实际上是按衰减度为时得到的。通常认为的衰减度能兼顾到稳定性和快速性。如果要求更大的衰减,则必须用凑试法对参数作进一步的调整。采样周期的选择香农()采样定律:为不失真地复现信号的变化,采样频率至少应大于或等于连续信号最高频率分量的二倍。根据采样定律可以确定采样周期的上限值。实际采样周期的选择还要受到多方面因素的影响,不同的系统采样周期应根据具体情况米选择。采样周期的选择,通常按照过程特性与丨扰大小适当来选取采样周期:郾对于响应快、(如流量、压力)波动大、易受干扰的过程,应选取较短的采样周期:反之,当过程响应慢(如温度、成价)、滞后人时,可选取较长的采样周期采样周期的选取应与参数的整定进行综合考虑,采样周期应远小于过程的扰动信号的周期,在执行器的响应速度比较慢时,过小的采样周期将失去意义,因此可适当选大ˉ点;在计算机运算速度允许的条件下,采样周期短,则控制品质好;当过程的纯滞后时间较长时,一般选取采样周期为纯滞后时间的参数调整规则的探索人们通过对控制理论的认识和长期人工操作经验的总结,可知参数应依据以卜儿点来适应系统的动态过程。在偏差比较大时,为使尽快消除偏差,提高响应速度,冋时为了避免系统响应岀现超调,取大值,取零;在偏差比较小时,为继续减小偏差,并防止超调过大、产生振荡、稳定性变坏,值要减小,取小值;在偏差很小时,为消除静差,克服超调,使系统尽快稳定,值继续减小,值不变或稍取大。当偏差与偏差变化率同号时,被控量是朝偏离既定值方向变化。因此,当被控量接近定值时,反号的比列作用阻碍积分作用,避免积分超调及随之而来的振荡,有利于控制;而当被控量远未接近各定值并向定值变化时,则由于这两项反向,将会减慢控制过程。在偏差比较大时,偏差变化率与偏差异号时,值取零或负值,以加快控制的动态过程。偏差变化率的大小表明偏差变化的速率,越大,取值越小,取值越大,反之亦然。同时,要结合偏差大小来考虑
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