SOC在线性调频连续波高度表中的应用

Ｓ ｎ ｉ ｉｔｉ ＸＩ Ｎ Ｘ Ｏ ｏ ｓｂｕ ｌ ｎ ＬＩ ＦＰＧＡ ．Ａ ｌ ｆ ｃ ｉｎ ｍ ｏｄ ｅ ｒ ｏｎ ｃ ｅ ｏ ｔ ｌ ｕｎ ｔｏ ｕｌｓａ ｅ ｃ ｎｅ ｔ ｄ ｔ ｈｅＰＬＢ ｓ Ａ ｌｉ ｅ ｂｕ ． ｔｍ —
ｔ ｒ ｃ ｒ ｉ ｓ ｏ ｉ ｔ ｓ ａ ｃ ｉ ｎ ｒ ｃ ｎｇ ｃ ｎｔ ｏ ｎ ｏ ｅ ａ ｒｅ ｕｔｈｅｇｈ ｅ ｒ ｈ ｎｇ ａ ｄ ｔ ａ ｋｉ ｏ ｒ ｌａ ｄ ｃ ｍｍ ｕ ｃ ｔｏｎ ｂ ＯＣ． Ｉ ｓ ｔ ｎｉａ ｉ ｙ Ｓ ｔｈａ ｈｅ ｓ ｃａ ｔｅ ｆｈｉ ｈ ｉ ｅ ａ ｉ ｎ，ｓｍｐｌ ｔ ｕｃ ｕｒ ｎ ｇｈ ｓ ａ ｌｔ ． ｐｅ ｉ ｌｉ ｓ ｏ ｇ ｎｔ ｇｒ ｔｏ ｉ ｅ ｓ ｒ ｔ ｅ ａ ｄ ｈｉ ｔ ｂｉ ｙ ｉ Ｋｅ ｒ ：ｌｎｅ ｒ ｆ ｑ ｎｃ ｙ ｗｏ ｄｓ ｉ ａ ｒ ｕｅ ｙ；ａ ｔｍ ｅ ｅ ；ＦＰＧＡ ｌｉ ｔ ｒ
４ ６
制 导
与 引 信
第３ ３卷
自由确定 。
如果所取弧段对应于待细化的中 频窄带， ２ Ｓ 则 ＯＣ 在 调 频 连 续 波 高 度 表 中 的 Ｃ Ｔ就是窄带中各频率点处的频率值。因此， Ｚ 实现
Ｃ Ｔ应用 于窄 带高分 辨 率 的计算 ， Ｚ 是一 种 经典 的 频 域 细化 、 提高测 频精 度 的办法 引。 对 ｚ（ （ ） Ｏ≤ ≤ Ｎ 一 １ ）的 Ｃ Ｔ定义 式为 Ｚ
Ｎ— ｌ
本 高 度 表 设 备 选 用 ＸＬ ＮＸ 的 Ｖｒ ｅ一 Ｉ ｉ ｘ６ ｔ Ｌ ３ Ｔ Ｆ ＧＡ构 建 Ｓ Ｃ， 用 ＨＤ Ｘ１ ０ Ｐ Ｏ 使 Ｌ实 现 Ｓ ＯＣ
为 ２ Ｈｚ ５ｋ 。
１ 线 性 调 频 连 续 波 高 度 表 原 理
１ １ 线性 调频 连续 波 高度表 工 作原理 ．
线性 调频 连续 波高 度表 使用 锯齿 波调 制发 射
频率 ， 发射 信号 的带 宽 和 周期 宽 度 在 测 高 范 围 内 恒定 ， 根据 发射 信 号 与 接 收 信 号 的差 频 变 化 提 取
孟 庆虎 陶青 长 ， 梁 恒。 ， 王 涛 ， 志 ， ｕ
（．凯 迈 （ 阳） 控有 限公 司 ，河南 洛 阳 ４ １ ０ ； ．清华 大 学精密 仪器 与机械 学 系 ； １ 洛 测 ７０９ ２
３ ．清华 大学精 密测试 技术 及仪 器 国家重 点实验 室 ，北京 １ ０ ８ ） ０ ０ ４
摘 要 ： 绍 了一种基 于数 字化 Ｓ Ｃ平 台的线性 调频连续波 高度表 。Ｓ Ｃ在 Ⅺ ＬＮＸ Ｆ — 介 Ｏ Ｏ Ｉ Ｐ Ｇ 中搭建 实现 ， Ａ 主要 包括 Ｃ Ｕ、 Ｐ 中断控 制 、 字信 号处理模 块和 Ｃ Ｎ 总线通 信协议 等模 块 ， 数 Ａ 所
有功 能模块 都挂接在 Ｐ Ｂ总线上 。高度表使 用 Ｓ ｃ 实现信号 处理 、 Ｌ ０ 目标 高度搜 索和跟踪模 式控 制 以及通信 等功能 。采 用这种设计 的高度表 具有集成度 高、 结构 简单和可 靠性 高等优 点 。
技 术 的 研究 。
第１ 期
孟 庆虎 ， ： ＯＣ在 线性调 频连 续 波 高度表 中的应 用 等 Ｓ
４ ５
号与发 射 信号 延迟 时 间为 ｒ 频差 为 ＾ 。 ，
０ 引 言
无 线 电高度 表 主要 用于 精确 测量 飞行 器 与地 面 或海 面 的相对 高度 ， 飞行 器 的 自动着 陆 、 在 自动 导航 、 地形 匹 配 等领 域 得 到 广 泛 应 用［ 。线 性 调 １ ］ 频 高度 表是 无线 电高 度 表 中 的一 种 ， 要 适 合 应 主 用 于 １５ ０ｍ 以下 高度 时 的测量 。随着 Ｆ ＧＡ 集 ０ Ｐ 成 度 和工艺 技术 的发 展 以及 Ｉ Ｐ核 的不 断 丰富 ， 使
本 系统采 用恒 定差 频调 频等 幅 式方法 进行 测
高 ， 过锯 齿 波 调 制 ＶＣ 频 率 步 进 。在 测 高 过 通 Ｏ 程 中 ， 过调整 频 率步进 时 间 Ｔ， 变 频率 步进 斜 通 改 率 ， 调制 信号 的斜 率 随高 度而 变化 ， 使 保持 差频 输 出在 固定 值 ＾ 处 。变化 规 律是 高 度升 高 ， 率增 斜 大 ； 度 降低 ， 率 减 小 。 由于 差 拍 频 固定 ， 高 斜 中频
放 大器 带 宽可 以做 得很 窄 ， 益较 大 ， 增 其灵 敏度 远
Ｐ Ｂ的面 积 ， 有 集成 度 高 、 靠 性 高 、 构 简 单 Ｃ 具 可 结
和 灵 活 性 强 等 优 势 ， 而 提 高 了 整 个 系 统 的 可 从 靠性。
比传 统 的 模 拟 调 频 连 续 波 雷 达 高 度 表 要 高 。而
１ ２ ＣＺＴ精 细 测 频 方 法 ．
从 地 面反射 回来 的接 收 信 号 混 频 后 滤 波 ， 到 差 得 频 信 号 。锯齿 波调频 连 续波 高度 表工 作原 理 如 图
１所 示 。
传统 的频 谱 分析方 法 一般采 用 快速傅 里 叶变 换 （Ｆ Ｔ）算法 ， 先将 信 号 数 字 化 ， Ｆ 首 然后 对 信 号
第 ３ ３卷
第 ２期
制 导 与 引 信
ＧＵＩ ＤＡＮＣ ＆ ＦＵＺ Ｅ Ｅ
Ｖ ｏ１ ３ Ｎ ｏ． ．３ ２
２１ ０ ２年 ６月
Ｊ ｎ ２ １ ｕ ． ０２
文 章 编 号 ： ６ １０ ７ （ ０ ２ ０ —０ ４０ １ ７ —５ ６ ２ １ ） ２０ ４ —４
Ｓ ＯＣ在 线 性调 频 连 续 波 高 度 表 中的应 用
收 稿 日期Leabharlann ｚ０ １１ ２ ２ １－００ 作 者 筒 介 ｔ 庆 虎 （ ９０ ）男 ， 级 工 程 师 ， 孟 １７一 ， 高 主要 从 事 测 试 与 仿 真 技 术 的研 究 ； 青 长 （９ ９ ） 男 ， 士 后 ， 要 从 事 雷 达 信 号 处 陶 １７ 一 ， 博 主 理 技 术 的 研 究 ； 志 恒 （ ９ ９ ） 男 ， 研 究 员 ， 要从 事 雷达 系 统 仿 真 技 术 的 研 究 ； 梁 １６ ， 副 主 王 涛 （ ９４ ） 男 ， 士 ， 要 从 事 雷 达 系 统 仿 真 １８ 一 ， 硕 主
关键 词 ：线性调 频 ； 高度表 ； 场可 编程 门阵 列 现
中 图分类 号 ： ＴＮ４ ７ 文 献标识 码 ： Ａ
Ａｐ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ＯＣ ｎ ｔ ｅ Ｌｉ ｅ ｒ Ｆｒ ｑｕ ｎ ｙ ｐｌｃ ｔｏ ｆ Ｓ ｉ ｈ ｎ ａ ｅ ｅ ｃ Ｃｏ ｉ ｏ ｓ Ｗ ａ ｅ Ａｌｉ ｅ ｅ ｎｔｎｕ ｕ ｖ ｔｍ ｔ ｒ
Ｐ ｅ ｉｉｎ Ｉ ｓ ｒ ｍｅ ｔａ ｄ Ｍ ｅ ｈ ｎ ｌｇ ，Ｔｓｎ ｈ ａＵｎ ｖ ｒ ｉｙ ｒ ｃｓｏ ｎ ｔｕ ｎ ｎ ｃ ａ ｏｏ ｙ ｉｇ ｕ ｉｅ ｓｔ ，Ｂｅｊ ｇ １ ０ ８ ； ｉｎ ０ ０ ４ ｉ
３ Ｓｔ ｔ ｙ Ｌａ ｅ ｉｉ ｎ Ｍ ｅ ｓ ｅ ｎｔＴｅ ｈｎ ｌ ｇｙ ａ ｄ Ｉ ｓ ｒ ｍ ｅ ， ． ａ ｅ Ｋｅ ｂ Ｐｒ ｃｓ ｏ ａ ｕｒ ｍｅ ｃ ｏ ｏ ｎ ｎ ｔ ｕ ｎｔ
用 ＸＩ Ｉ Ｐ Ｌ ＮＸ Ｆ ＧＡ提 供 的 Ｃ Ｕ 软 核 Ｍｉｒ ｌｚ Ｐ ｃｏＢ ａｅ
由于 ｒ为高 频信 号经 历 的时 间 ， 则
ｒ 一
２ Ｈ
（） １
式中： ｃ为 光 速 ； 为测 量 高 度 ， Ｈ 由实 际 高 度 Ｈ。 和 固定 的剩余 高度 Ｈ 组 成 ：
Ｍ ＥＮ Ｇ ｎ — ｕ Ｑｉ ｇ ｈ ， ＴＡＯ ｎ —ｈ ｎ ， ＬＩ ＮＧ ｉｈ ｎ ， Ｗ ＡＮ Ｇ ｏ ＇ Ｑｉ ｇ ｃ ａ ｇ Ａ Ｚｈ— ｅ ｇ Ｔａ 。
（ ． ｉ ａ Ａｉ ｔ — ｒＭ ｉｓｌ ｃ ｄ ｍ ｅ １ Ｃｈ ｎ ｒ ｏ Ａｉ — ｓ ｉ Ａａ ａ ｅ ，Ｌｕ ｙ ｎ ｅ ａ ７ ０ ９ ． ｐ ｒ ｍ ｅ ｔｏ ｅ ｏ ａ ｇ Ｈ ｎ ｎ ４ １ ０ ；２ Ｄｅ ａ ｔ ｎ ｆ
图 １ 调频连续波无线 电高度表波形 图
Ｃ Ｔ突 破 了 Ｄ Ｔ 的局 限性 ， 以 在 Ｚ平 面 Ｚ Ｆ 可 单位 圆上取 一个 自定 义 的 弧段 ， 在 该 弧段 上 进 只 行序 列 Ｚ变换 的均 匀采 样 ， 且 采 样 间 隔也 可 以 而
在 图 中， 射 信 号 如 实 线 所 示 ， 频 周 期 为 发 调 Ｔ， 调频 带宽 为 Ｂ， 收 信 号 如 虚 线 所 示 ， 收 信 接 接
Ｔｓｎ ｈ ａＵｎ ｖ ｒ ｉｙ ｅｊ ｇ １ ０ ８ ，Ｃｈ ｎ ） ｉ ｇ ｕ ｉｅ ｓｔ ，Ｂ ｉｎ ０ ０ ４ ｉ ｉａ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｄｉｃ ｓ ｓ ａ ｋｉ ｄ ｏ ｉ ａ ｒ ｑ ｅ ｙ ｃ ｎｔｎ ｕｓｗａ ｅ ａ ｔｍ ｅ ｅ ａ ｅ ｎ ｄｉ ｔ ｌ ｓ ｒ ｃ ： ｓ ｕｓ ｅ ｎ ｆｌｎｅ ｒｆ ｅ ｕ ｎｃ ｏ ｉ ｕｏ ｖ ｌｉ ｔ ｒ ｂ ｓ ｄ ｏ ｇｉａ ｆａ ｒ ｍｅ Ｓ０Ｃ；Ｓ０Ｃ ｗｈｉｈ ｃ ｓ ｓ ｓｏ ｃ ｏｎ ｉｔ ｆＣＰＵ ，ｉ ｅ ｒ ｐｔｃ ｎｔｏｌｅ ，ＤＳＰ，ＣＡＮ ｎｔ ｒ ｕ ｏ ｒ ｌ ｒ ＢＵＳ ｐｒ ｏ ｏｌ ｎｄ ｏｔ ｃ ａ
Ｈ — Ｈ 。＋ Ｈ Ｔ （） ２
如 图 １所示 ， 据 比例关 系 ， 根 有
＾ ｒ 一争
（ ３ ）
和 Ｐ Ｂ总线 搭建 线 性 调 频 连 续 波 高 度 表 专 用 的 Ｌ 数 字信 号处 理 Ｓ Ｃ， 以将 整 个 系 统包 括 微 处 理 Ｏ 可 器 Ｍｉ ｏＢ ａｅ 片 上总 线 Ｐ Ｂ 片 内存储 、 号 处 ｃ ｌｚ 、 ｒ Ｌ 、 信 理 和 ＩＯ外 围设 备等 集 成 到一 片 Ｆ ＧＡ 中 ， 现 ／ Ｐ 实 软 硬件 的高度 协 同工 作 。 ］ 在 高度 表 设计 和实 现 中采 用 Ｓ ＯＣ， 以减 少 可
高度 信息 。锯 齿 波 调 频 的超 高频 信 号 ， ］ 由发 射
单 元 通过 发射 天线 向地 面发 射 ， 同时 ， 部分 发射 信
号 经 功率 分配 器进 入 接 收 单 元 中 的混 频 器 ， 与 并
此 时 ， 通过 频率 步进 时 间 Ｔ推 导 出 延迟 时 可
间 ｒ并 精确计 算 出飞行器 高度 。由于拍 频 的 测量 影响 到测 高 的精度 ， 以使 用 Ｃ Ｔ精 细测 频 方法 所 Ｚ 可提 高测 频精 度 ， 已达 到提 高测 高精 度 的 目的 。
做 Ｆ Ｔ得 到频 谱 图 ， 此基 础上进 行 离散 频谱 分 Ｆ 在 析 ； 而 ， 用经 典 的 Ｆ Ｔ法 测频 ， 可避 免会 出 然 采 Ｆ 不
现“ 栏 效应 ” 使 得分 析精 度受 到极 大 的 限制 ， 栅 ， 导 致高 度表 在 近距 离时测 量 的相 对误 差较 大 。
且， 由于带 宽较 窄 ， 抗干 扰性 能较 好 。
本 系统 中频 带 宽 为 １ Ｈｚ ０ ｋ 。当 高 度 表 混 频 后 的差 拍 信 号 未 落 入 １ Ｈｚ的 中 频 跟 踪 带 内 ０ｋ 时， 高度 表进 入搜 索状 态 ， 通过 改变 调制 频率 的步 进 时 问 Ｔ， 以改 变频 率 步进斜 率 ， 使得 高度 表 能够 在不 同高 度上 搜 索 ， 当差 拍 信 号 ｆ 一２ Ｈｚ ５ ５ｋ ± ｋ Ｈｚ落 人 中频 带 宽 内时 ， 高度 表 进 入 跟 踪 状 态 ， 通过 微调 频率 步 进 时间 Ｔ， 得拍 频 ， 始 终输 出 使