D010.13374f.isn0W3x.201.02.022 第33卷第2期 北京科技大学学报 Vo133 No 2 2011年2月 Journal ofUniversity of Science and Technobgy Bejjing Feb 2011 高炉雷达料面测量信号处理系统改进 陈先中1 尹怡欣)侯庆文12) 李晓理)马健1) 王 猛2) 1)北京科技大学信息工程学院.北京100832)北京科技大学钢铁流程先进控制教育部重点实验室，北京100083 通信作者.Email cx@ust edu cn 摘要研制用于高温恶劣生产环境下新型治金专用雷达.采用改进的调频连续波测量原理，提高了固体雷达料面测量的实 时性。提出一种新的智能时变阈值信号处理方法，解决了因高炉内料面反射系数变化影响雷达测距精确性问题.实验室模拟 仿真固粉态料面测量表明，该治金雷达测量料面的跟踪延时在Q2以内，最大跟踪测量平均误差控制在Q05%.现场测试结 果表明，测量平均误差Q95%,能够实时稳定地跟踪料面变化，满足高炉监控需求. 关键词高炉：雷达：料面测量仪：信号处理 分类号TM931 Improvem ent of a radar signal processng system for burden surface measure m ent in a blast furnace CHEN Xian hong 2),YN Yi-xi 2)HOU Qingwer 2).LIXiao2 MA Jian 2)WANG Meng 1)Schoolof hpmaton Eng ineerng University of Science and Techrokgy Beijing Beijng 100083 Chna 2)Key Laborao of theMnistry of Educa tion ofChina frAdvanced Control fr Iron ad SteelPocess Universit of Scence and Technopgy Beijng Beijing100083 Chima Correspond ng author Email cxt usth edu cn ABSTRACT Menllurgical radar was deve loped wh ich can be used n hgh temperature and hash Production enviromm en ts It adop ted an inp roved frequency modulted contnuous wave pricple and enhanoed the real time perpmance of solid materal levelm easure m et An intelligent tin e varying hresold sgnal processngmetod was proposed p solve he radar rangng accuracy pob km caused by the change of solidmaterial surface reflection coefficient n a blast fumace Measurement results in a solid powder statem ateral sur face siuatpn enviromment n he laborapry shows hat themeasurment tracking de hy of the metallrgical radar iswihna 2s and the maxmu aveage track ng error is less than0 05%.Feld test resu lts show hat he averagem casurment enor is0 9,nd ica tng that hemetallrgical radar is capable of sab ee material surface tracking n real time and can meet the requ irments ofBF moni ring KEY WORDS blast fmaces radar evelmeers sgnal processing 目前测距雷达按工作方式主要分为脉冲雷达和 雷达不是治金专用雷达，普遍存在两个问题：一是固 调频连续波(frequencymodulaed con tinuous wave 体料面跟踪速度慢，平均在5左右：二是测量误差 FMCW)雷达·.MCW雷达具有辐射功率小、测距 大一般在3%一5%的范围内波动.同时，由于对高 精度高及设备集成小型化等众多特点，在工业生产 炉高温含尘变介电常数的料面特性缺乏了解，测量 和民用自动化领域获得了广泛的应用2-.治金行 稳定性极差，经常因数据波动大而死机.本文针对 业高炉生产中也已使用微波雷达进行料面测量试 治炼生产环境下，高炉内部多粉尘，高温和高压给料 验，但目前料面测量雷达均是国外产品.由于上述 面测量带来的问题，改进了固体雷达测量和信号处 收稿日期：2010-02-05 基金项目：国家高技术研究发展计划目标导向资助项目(N92009AA04☑56)片东南大学毫米波国家重点实验室资助项目(NQK200801):北 京市教委重点学科资助项目(N0XK00080537)第 33卷 第 2期 2011年 2月 北 京 科 技 大 学 学 报 JournalofUniversityofScienceandTechnologyBeijing Vol.33 No.2 Feb.2011 高炉雷达料面测量信号处理系统改进 陈先中 1, 2) 尹怡欣 1, 2 ) 侯庆文 1, 2) 李晓理 1, 2) 马 健 1, 2) 王 猛 1, 2) 1) 北京科技大学信息工程学院, 北京 100083 2) 北京科技大学钢铁流程先进控制教育部重点实验室, 北京 100083 通信作者, E-mail:cxz@ustb.edu.cn 摘 要 研制用于高温恶劣生产环境下新型冶金专用雷达.采用改进的调频连续波测量原理, 提高了固体雷达料面测量的实 时性.提出一种新的智能时变阈值信号处理方法, 解决了因高炉内料面反射系数变化影响雷达测距精确性问题.实验室模拟 仿真固粉态料面测量表明, 该冶金雷达测量料面的跟踪延时在 0.2s以内, 最大跟踪测量平均误差控制在 0.05%.现场测试结 果表明, 测量平均误差 0.95%, 能够实时稳定地跟踪料面变化, 满足高炉监控需求. 关键词 高炉;雷达;料面测量仪;信号处理 分类号 TM931 Improvementofaradarsignalprocessingsystem forburdensurfacemeasure￾mentinablastfurnace CHENXian-zhong1 2) , YINYi-xin1 2) , HOUQing-wen1, 2) , LIXiao-li1, 2) , MAJian1 2) , WANGMeng1, 2) 1) SchoolofInformationEngineering, UniversityofScienceandTechnologyBeijing, Beijing100083, China 2) KeyLaboratoryoftheMinistryofEducationofChinaforAdvancedControlforIronandSteelProcess, UniversityofScienceandTechnologyBeijing, Beijing100083, China Correspondingauthor, E-mail:cxz@ustb.edu.cn ABSTRACT Metallurgicalradarwasdevelopedwhichcanbeusedinhightemperatureandhashproductionenvironments.Itadopted animprovedfrequency-modulatedcontinuouswaveprincipleandenhancedthereal-timeperformanceofsolidmateriallevelmeasure￾ment.Anintelligenttime-varyingthresholdsignalprocessingmethodwasproposedtosolvetheradarrangingaccuracyproblemcaused bythechangeofsolidmaterialsurfacereflectioncoefficientinablastfurnace.Measurementresultsinasolid-powderstatematerialsur￾facesimulationenvironmentinthelaboratoryshowsthatthemeasurementtrackingdelayofthemetallurgicalradariswithin0.2s, and themaximumaveragetrackingerrorislessthan0.05%.Fieldtestresultsshowthattheaveragemeasurementerroris0.95%, indica￾tingthatthemetallurgicalradariscapableofstablematerialsurfacetrackinginreal-timeandcanmeettherequirementsofBFmonito￾ring. KEYWORDS blastfurnaces;radar;levelmeters;signalprocessing 收稿日期:2010--02--05 基金项目:国家高技术研究发展计划目标导向资助项目 ( No.2009AA04Z156 );东南大学毫米波国家重点实验室资助项目 ( No.K200801 ) ;北 京市教委重点学科资助项目 ( No.XK100080537 ) 目前测距雷达按工作方式主要分为脉冲雷达和 调频连续波 ( frequency-modulatedcontinuouswave, FMCW)雷达 [ 1] .FMCW雷达具有辐射功率小、测距 精度高及设备集成小型化等众多特点, 在工业生产 和民用自动化领域获得了广泛的应用 [ 2--3] .冶金行 业高炉生产中也已使用微波雷达进行料面测量试 验, 但目前料面测量雷达均是国外产品.由于上述 雷达不是冶金专用雷达, 普遍存在两个问题 :一是固 体料面跟踪速度慢, 平均在 5 s左右 ;二是测量误差 大, 一般在 3% ～ 5%的范围内波动 .同时, 由于对高 炉高温含尘变介电常数的料面特性缺乏了解, 测量 稳定性极差, 经常因数据波动大而死机 .本文针对 冶炼生产环境下, 高炉内部多粉尘 、高温和高压给料 面测量带来的问题, 改进了固体雷达测量和信号处 DOI :10 .13374 /j .issn1001 -053x .2011 .02 .022