隨機(jī)變換偽碼的測距設(shè)備及測距方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種隨機(jī)變換偽碼的測距設(shè)備及測距方法，主要解決現(xiàn)有安裝固定偽碼的高度表不適應(yīng)飛機(jī)編隊(duì)飛行的問題，其方案是：預(yù)先設(shè)定n種碼型的偽碼，在高度表運(yùn)行時(shí)，讀取隨機(jī)數(shù)得到更換碼型的時(shí)間和序號(hào)，連續(xù)產(chǎn)生發(fā)射碼和本地碼并串行輸出；在前一發(fā)射碼序列輸出結(jié)束后，根據(jù)隨機(jī)產(chǎn)生的碼型，生成新的發(fā)射碼序列，隨后在前一本地碼序列輸出結(jié)束時(shí)，再生成新的本地碼序列；將本地碼與接收碼作相關(guān)運(yùn)算，當(dāng)運(yùn)算結(jié)果大于系統(tǒng)門限值時(shí)，比較本地碼與發(fā)射碼的相位差，計(jì)算出高度值上送給系統(tǒng)；否則，使本地碼滑向下一個(gè)碼片，重復(fù)相關(guān)運(yùn)算計(jì)算高度。本發(fā)明截獲概率低，能避免飛機(jī)編隊(duì)飛行時(shí)的互相跟蹤，可用于航空航天飛行器中對(duì)飛行高度的測量。
【專利說明】
隨機(jī)變換偽碼的測距設(shè)備及測距方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于測距技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉一種隨機(jī)變換偽碼測距設(shè)備，可用于航空航天飛行器中對(duì)飛行高度的測量，也可用于一般雷達(dá)測距設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]無線電高度表是各種航空航天飛行器上必不可少的電子測距設(shè)備，它能在各種氣候條件下精確測量飛行器離地面或海面的實(shí)際高度，可廣泛應(yīng)用于航空航天等領(lǐng)域，如對(duì)飛機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)高度測量。無線電高度表有主要有三種工作體制:脈沖體制、調(diào)頻連續(xù)波體制以及偽碼連續(xù)波測高體制。
[0003]偽碼測距技術(shù)中一般采用單一偽碼進(jìn)行測距，即通過測距設(shè)備產(chǎn)生偽隨機(jī)碼，再由發(fā)射單元調(diào)制到射頻發(fā)射，目標(biāo)反射的信號(hào)經(jīng)過接收天線進(jìn)入接收單元，混頻后輸出中頻信號(hào)，該中頻信號(hào)送入到信號(hào)處理單元進(jìn)行運(yùn)算，通過比較發(fā)射碼和接收碼的相位差，計(jì)算出高度或距離值。所述偽碼是一組“O” “I”序列，不同的排列順序?qū)?yīng)不同的碼型。
[0004]用上述方法進(jìn)行測高，在飛機(jī)編隊(duì)飛行時(shí)，會(huì)存在以下不足:
[0005]因?yàn)槊考茱w機(jī)裝備至少有一個(gè)高度表，當(dāng)采用偽碼測距體制進(jìn)行測高時(shí)，若每個(gè)高度表采用同一種偽碼碼型，則在編隊(duì)飛行時(shí)，一架飛機(jī)的高度表可能會(huì)跟蹤其他高度表的回波信號(hào)，這種錯(cuò)誤的跟蹤將會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的測高結(jié)果，影響飛機(jī)編隊(duì)飛行安全。
[0006]為解決這一問題，現(xiàn)有技術(shù)采用不同偽碼碼型，即每架飛機(jī)裝備的高度表采用不同偽碼碼型進(jìn)行測高，碼型可由工廠出廠時(shí)確定，也可根據(jù)飛機(jī)編號(hào)在飛行前現(xiàn)場配置，但這一方法又存在兩方面的缺點(diǎn):一方面是偽碼碼型數(shù)量有限，編隊(duì)飛機(jī)數(shù)量多時(shí)，不可避免會(huì)出現(xiàn)重復(fù)碼型；另一方面，每次飛行前要對(duì)每架飛機(jī)分配不同的碼型不僅增大了工作量，而且容易出錯(cuò)。因此如何解決多機(jī)編隊(duì)飛行時(shí)高度表正常跟蹤問題是偽碼測距體制高度表使用中急需解決的一個(gè)重要問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述已有技術(shù)的不足，提出一種隨機(jī)變換偽碼的測距設(shè)備及測距方法，以解決多機(jī)編隊(duì)飛行時(shí)高度表正常跟蹤的問題。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)思路是:通過預(yù)先在測距設(shè)備中設(shè)定一組η種偽碼碼型，使每一設(shè)備能隨機(jī)采用不同碼型發(fā)射，且隨機(jī)變換，來實(shí)現(xiàn)只有本機(jī)可以捕獲跟蹤本機(jī)的發(fā)射碼，而無法跟蹤其他設(shè)備發(fā)射的偽碼的效果，以解決多個(gè)設(shè)備可能因?yàn)椴捎猛淮a型而出現(xiàn)的誤抓問題。
[0009]根據(jù)上述思路，本發(fā)明提出的隨機(jī)變換偽碼的測距設(shè)備，包括:接收天線、發(fā)射天線、發(fā)射單元、接收單元、電源單元、A/D單元、信號(hào)處理單元和接口單元，信號(hào)處理單元由DSP和FPGA芯片組成;信號(hào)處理單元產(chǎn)生的偽碼由發(fā)射單元調(diào)制到射頻，放大后通過發(fā)射天線發(fā)射，從目標(biāo)反射的信號(hào)經(jīng)過接收天線進(jìn)入接收單元，混頻后輸出中頻信號(hào)給A/D單元，A/D單元將采樣信號(hào)送給信號(hào)處理單元，在信號(hào)處理單元中，對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行解調(diào)運(yùn)算，結(jié)合本地偽碼序列進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，得出高度值，并通過接口單元輸出，其特征在于:
[0010]所述FPGA中包括:
[0011]第一發(fā)射碼寄存模塊，用于寄存由DSP產(chǎn)生的偽碼碼型，在第二發(fā)射碼寄存模塊選通時(shí)，將偽碼碼型送入第二發(fā)射碼寄存模塊；
[0012]第二發(fā)射碼寄存模塊，用于寄存由第一發(fā)射碼寄存模塊送入的偽碼碼型，通過數(shù)據(jù)總線送入發(fā)射偽碼序列發(fā)生模塊，同時(shí)等待本地碼元計(jì)數(shù)模塊產(chǎn)生的使能信號(hào)送入本地碼寄存模塊進(jìn)行鎖存；
[0013]發(fā)射碼元計(jì)數(shù)模塊，用于計(jì)數(shù)發(fā)送碼元個(gè)數(shù)，產(chǎn)生第二發(fā)射碼寄存模塊的使能信號(hào)，使第一發(fā)射碼寄存模塊的偽碼碼型送入到第二發(fā)射碼寄存模塊；
[0014]發(fā)射碼NCO模塊，用于產(chǎn)生發(fā)射偽碼序列所需時(shí)鐘；
[0015]發(fā)射偽碼序列發(fā)生模塊，用于產(chǎn)生設(shè)備工作所需的發(fā)射偽碼序列，在發(fā)射碼NCO模塊產(chǎn)生的時(shí)鐘作用下，根據(jù)第二發(fā)射碼寄存模塊送入的碼型數(shù)據(jù)產(chǎn)生發(fā)射偽碼，通過數(shù)據(jù)線串行輸出；
[0016]本地碼寄存模塊，用于寄存由第二發(fā)射碼寄存模塊送入的偽碼碼型，通過數(shù)據(jù)總線送入本地偽碼序列發(fā)生模塊；
[0017]本地碼元計(jì)數(shù)模塊，用于計(jì)數(shù)本地碼元個(gè)數(shù)，產(chǎn)生本地碼寄存模塊的使能信號(hào)，將第二發(fā)射碼寄存模塊的寄存數(shù)據(jù)送入本地碼寄存模塊；
[0018]本地碼NCO模塊，用于產(chǎn)生本地偽碼序列所需時(shí)鐘；
[0019]本地偽碼序列發(fā)生模塊，用于產(chǎn)生本地偽碼序列，在本地碼NCO模塊產(chǎn)生的時(shí)鐘作用下，根據(jù)本地碼寄存模塊寄存的偽碼碼型產(chǎn)生本地偽碼序列，輸出給相關(guān)運(yùn)算模塊；
[0020]解調(diào)運(yùn)算模塊，用于對(duì)AD采樣后的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)運(yùn)算，得到接收的偽碼序列，輸出給相關(guān)運(yùn)算模塊；
[0021 ]相關(guān)運(yùn)算模塊，用于將本地偽碼序列發(fā)生模塊產(chǎn)生的本地偽碼序列和解調(diào)運(yùn)算模塊得到的接收偽碼序列進(jìn)行串行異或運(yùn)算并累加，并將累加結(jié)果和本地碼相位信息送入DSP中進(jìn)行處理；
[0022]所述DSP中包括:
[0023]隨機(jī)碼產(chǎn)生模塊，用于產(chǎn)生準(zhǔn)備更換的碼型的序號(hào)和更換的時(shí)間，在下一時(shí)刻到來時(shí)將選定碼型通過數(shù)據(jù)總線寫入FPGA中的第一發(fā)射碼寄存模塊；
[0024]本地碼移位控制及高度解算模塊，用于根據(jù)相關(guān)運(yùn)算模塊送入的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，即通過比較當(dāng)前發(fā)射碼和本地碼的相位差，換算為距離或高度值后輸出；同時(shí)控制本地碼NC0、本地碼元計(jì)數(shù)模塊和解調(diào)運(yùn)算模塊，使測距設(shè)備能夠持續(xù)跟蹤正確的高度距離。
[0025]根據(jù)上述思路，本發(fā)明提出的隨機(jī)變換偽碼測距方法，包括:
[0026]I)在DSP中預(yù)先設(shè)定一組碼型不同的偽碼，在設(shè)備工作時(shí)，隨機(jī)選擇一種偽碼碼型，并隨機(jī)選擇時(shí)間將該偽碼碼型送入寄存器寄存；
[0027]2)每個(gè)偽碼碼型產(chǎn)生一個(gè)偽碼序列，每個(gè)偽碼序列包括排列順序不同的碼元，設(shè)備工作時(shí)，分別連續(xù)產(chǎn)生用于發(fā)射的偽碼序列和本地偽碼序列并串行輸出，發(fā)射偽碼序列對(duì)載波進(jìn)行數(shù)字調(diào)制并發(fā)射該已調(diào)信號(hào)；在前一發(fā)射偽碼序列輸出結(jié)束后，寄存器寄存的偽碼碼型再生成新的發(fā)射偽碼序列；
[0028]3)接收端接收已調(diào)信號(hào)的回波信號(hào)，變?yōu)橹蓄l信號(hào)；
[0029]4)對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行解調(diào)運(yùn)算，得到接收的偽碼信號(hào)；
[0030]5)在生成新的發(fā)射偽碼序列后，且在前一本地偽碼序列輸出結(jié)束時(shí)，寄存器寄存的偽碼碼型再生成新的本地偽碼序列；
[0031]6)將接收的偽碼信號(hào)與當(dāng)前本地偽碼序列進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，即將接收的偽碼信號(hào)與當(dāng)前的本地偽碼序列進(jìn)行串行異或運(yùn)算并累加；
[0032]7)根據(jù)相關(guān)運(yùn)算結(jié)果控制生成新的本地偽碼序列和解調(diào)運(yùn)算，使當(dāng)前的本地偽碼序列與接收的偽碼信號(hào)同步，即使累加值最大；
[0033]8)在當(dāng)前本地偽碼序列與當(dāng)前接收偽碼信號(hào)同步的狀態(tài)下，由本地偽碼序列與發(fā)射偽碼序列之間的相位差Φ求得發(fā)射偽碼序列在空間傳播的時(shí)間t，進(jìn)而計(jì)算出距離或高度值:R = C*t/2，其中C為光速，t = Φ *τ，τ為碼元寬度。
[0034]本發(fā)明由于在在DSP中預(yù)先設(shè)定一組碼型不同的偽碼，在設(shè)備工作時(shí)，隨機(jī)選擇一種偽碼碼型，并隨機(jī)選擇時(shí)間將該偽碼碼型送入寄存器寄存，產(chǎn)生碼型隨機(jī)變化的偽碼，完成偽碼測距，因而與現(xiàn)在固定碼型完成偽碼測距相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0035]1.在飛機(jī)裝備兩部以上高度表或者飛機(jī)編隊(duì)飛行時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)互相跟蹤的情況；
[0036]2.截獲概率非常低；
[0037]3.很好的解決了偽碼測距體制的無線電高度表技術(shù)中偽碼數(shù)量不足的問題，不再需要對(duì)每架飛機(jī)分配不同的碼型，減少了工作量且不會(huì)出錯(cuò)，大大降低了這種體制高度表的裝機(jī)難度；
[0038]4.避免高度表偽碼相關(guān)產(chǎn)生的副瓣相關(guān)峰，防止誤抓；
[0039]5.避免片斷碼相關(guān)出現(xiàn)峰值引起的誤判。
【附圖說明】
[0040]圖1為現(xiàn)有無線電尚度表的原理不意圖；
[0041]圖2為本發(fā)明中的信號(hào)處理單元結(jié)構(gòu)圖；
[0042]圖3為本發(fā)明隨機(jī)變換偽碼測距流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043]參照?qǐng)D1，現(xiàn)有無線電高度表包括:接收天線、發(fā)射天線、接收高頻電纜、發(fā)射高頻電纜、射頻收發(fā)組件、電源單元、A/D單元、信號(hào)處理單元和接口單元，其中:信號(hào)處理單元，包括DSP+FPGA信號(hào)處理模式;射頻收發(fā)組件，包括發(fā)射單元和接收單元。
[0044]信號(hào)處理單元產(chǎn)生固定的發(fā)射偽碼序列，由射頻收發(fā)組件的發(fā)射單元調(diào)制到射頻，放大后通過發(fā)射高頻電纜傳輸給發(fā)射天線，發(fā)射天線向地面發(fā)射;從地面反射的回波信號(hào)經(jīng)過接收天線，通過接收高頻電纜輸入到接收單元，對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行混頻后輸出中頻信號(hào)，再依次通過帶通濾波、增益控制放大器后進(jìn)行A/D采樣，轉(zhuǎn)化為數(shù)字中頻信號(hào);再送入信號(hào)處理單元進(jìn)行解調(diào)處理，將數(shù)字中頻信號(hào)下變頻到基帶信號(hào)，該基帶信號(hào)即為發(fā)射偽碼序列經(jīng)過時(shí)間延遲后的接收偽碼序列，基帶信號(hào)與本地偽碼進(jìn)行相關(guān)累加運(yùn)算，計(jì)算結(jié)果與門限進(jìn)行比較，大于門限則比較本地偽碼和接收偽碼的相位差，計(jì)算出高度值，通過接口單元上送給系統(tǒng)模塊，否則控制偽碼滑向下一個(gè)碼片，重復(fù)相關(guān)累加運(yùn)算，比較門限，計(jì)算出高度;電源單元主要滿足各個(gè)單元的供電要求。
[0045]上述現(xiàn)有的信號(hào)處理單元中，由于只產(chǎn)生固定的偽碼序列，不適于編隊(duì)飛行的飛機(jī)，這是因?yàn)槊考茱w機(jī)裝備至少有一個(gè)高度表，若采用同一種偽碼碼型，則一架飛機(jī)的高度表可能會(huì)跟蹤其他飛機(jī)高度表的回波信號(hào)，這種錯(cuò)誤的跟蹤將會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的測高結(jié)果，影響飛機(jī)編隊(duì)飛行安全。
[0046]為此，本發(fā)明對(duì)信號(hào)處理單元的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，使其能隨機(jī)變換偽碼，且變換偽碼的時(shí)間是隨機(jī)的，每次變換的偽碼序列也是隨機(jī)的，這樣就保證了飛機(jī)編隊(duì)飛行時(shí)，每一個(gè)高度表的偽碼序列不會(huì)相同，進(jìn)而保證飛機(jī)編隊(duì)飛行的安全。
[0047]參照?qǐng)D2，為本發(fā)明中的信號(hào)處理單元，包括FPGA和DSP，其中FPGA根據(jù)DSP寫入的更換時(shí)間和碼型序號(hào)的數(shù)據(jù)，生成隨機(jī)變化的發(fā)射偽碼和本地偽碼，且對(duì)輸入的數(shù)字中頻信號(hào)進(jìn)行下變頻解調(diào)運(yùn)算，變?yōu)榛鶐盘?hào)，基帶信號(hào)與本地碼進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，將相關(guān)結(jié)果、相位差送入DSP中；DSP通過FPGA送入的相關(guān)結(jié)果、相位差，控制本地偽碼的移動(dòng)及計(jì)算高度值，同時(shí)產(chǎn)生更換碼型的序號(hào)和更換的時(shí)間，在下一時(shí)刻到來時(shí)將選定碼型通過數(shù)據(jù)總線寫入FPGA ο
[0048]所述DSP中，包括:隨機(jī)碼產(chǎn)生模塊12和本地碼移位控制及高度解算模塊13，其中隨機(jī)碼產(chǎn)生模塊12中設(shè)有隨機(jī)更換的偽碼碼型的序號(hào)及隨機(jī)更換的時(shí)間。
[0049]所述FPGA中，包括:第一發(fā)射碼寄存模塊1、第二發(fā)射碼寄存模塊2、發(fā)射碼元計(jì)數(shù)模塊3、發(fā)射碼NCO模塊4、發(fā)射偽碼序列發(fā)生模塊5、本地碼寄存模塊6、本地碼元計(jì)數(shù)模塊7、本地碼NCO模塊8、本地偽碼序列發(fā)生模塊9、解調(diào)運(yùn)算模塊10、相關(guān)運(yùn)算模塊11。
[0050]整個(gè)信號(hào)處理單元的信號(hào)傳遞關(guān)系如下:
[0051]隨機(jī)碼產(chǎn)生模塊12將選定的偽碼碼型通過數(shù)據(jù)總線寫入第一發(fā)射碼寄存模塊I寄存；
[0052]發(fā)射碼元計(jì)數(shù)模塊3產(chǎn)生使能信號(hào)，將第一發(fā)射碼寄存模塊I寄存的偽碼碼型數(shù)據(jù)送入第二發(fā)射碼寄存模塊2，第二發(fā)射碼寄存模塊2鎖存?zhèn)未a碼型數(shù)據(jù)并送入發(fā)射偽碼序列發(fā)生模塊5 ；
[0053]發(fā)射偽碼序列發(fā)生模塊5，在發(fā)射碼NCO模塊4產(chǎn)生的時(shí)鐘作用下，根據(jù)第二發(fā)射碼寄存模塊2送入的偽碼碼型數(shù)據(jù)產(chǎn)生發(fā)射偽碼，通過數(shù)據(jù)線串行輸出給發(fā)射單元；
[0054]本地碼元計(jì)數(shù)模塊7，在本地碼移位控制及高度解算模塊13控制下，產(chǎn)生對(duì)本地碼寄存模塊6的使能信號(hào)，將第二發(fā)射碼寄存模塊2寄存的偽碼碼型數(shù)據(jù)送入到本地碼寄存模塊6，本地寄存器模塊6通過數(shù)據(jù)總線將偽碼碼型數(shù)據(jù)送入本地偽碼序列發(fā)生模塊9;
[0055]本地碼NCO模塊8在本地碼移位控制及高度解算模塊13控制下，產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，并將時(shí)鐘信號(hào)送入本地偽碼序列發(fā)生模塊9;
[0056]本地偽碼序列發(fā)生模塊9，在本地碼NCO模塊8產(chǎn)生的時(shí)鐘作用下，根據(jù)本地碼寄存模塊6寄存的偽碼碼型數(shù)據(jù)產(chǎn)生本地偽碼序列，輸出給相關(guān)運(yùn)算模塊11;
[0057]解調(diào)運(yùn)算模塊10在本地碼移位控制及高度解算模塊13控制下，對(duì)A/D采樣接收信號(hào)進(jìn)行解調(diào)運(yùn)算，得到接收的偽碼序列，輸出給相關(guān)運(yùn)算模塊11;
[0058]相關(guān)運(yùn)算模塊11將本地偽碼序列發(fā)生模塊9產(chǎn)生的本地偽碼序列和解調(diào)運(yùn)算模塊10得到的接收偽碼序列進(jìn)行串行異或運(yùn)算并累加，并將累加結(jié)果和本地偽碼相位信息送入本地碼移位控制及高度解算模塊13中進(jìn)行運(yùn)算、判斷處理；
[0059]本地碼移位控制及高度解算模塊13，根據(jù)相關(guān)運(yùn)算模塊11送入的數(shù)據(jù)進(jìn)行積累運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果與預(yù)定的噪聲電壓門限進(jìn)行比較，若運(yùn)算結(jié)果大于該門限值，則比較此時(shí)本地偽碼和接收偽碼的相位差，計(jì)算出高度值:R=C*t/2，其中C為光速，t = Φ *τ，?為延遲時(shí)間，Φ為相位差，τ為碼元寬度;將計(jì)算出的高度值R通過接口單元上送給系統(tǒng)模塊;否則，控制本地碼NCO模塊8產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)、本地碼元計(jì)數(shù)模塊7產(chǎn)生使能信號(hào)和解調(diào)運(yùn)算模塊10產(chǎn)生控制信號(hào)，使偽碼滑向下一個(gè)碼片，重復(fù)相關(guān)累加運(yùn)算，積累運(yùn)算，比較門限，計(jì)算出高度。
[0060]參照?qǐng)D3，本發(fā)明的隨機(jī)變換偽碼測距方法，按如下過程進(jìn)行:
[0061]步驟1.從預(yù)存隨機(jī)碼產(chǎn)生模塊中隨機(jī)選擇一個(gè)偽隨機(jī)碼序列。
[0062]預(yù)先設(shè)定一組偽隨機(jī)碼，其中含η種碼型，每個(gè)碼型都是一個(gè)16bits的二進(jìn)制數(shù)，高度表運(yùn)行時(shí)，讀取隨機(jī)數(shù)，取隨機(jī)數(shù)的低四位，再加上最小限定數(shù)，即為碼型更換所需計(jì)數(shù)值，再乘以計(jì)數(shù)間隔時(shí)間0.lms，即為下次更換碼型的時(shí)間；
[0063]將計(jì)數(shù)值加上當(dāng)前碼序號(hào)再和0x7進(jìn)行與運(yùn)算，以消去高位防止數(shù)組溢出，得到下次欲更換碼型的序號(hào)；
[0064]根據(jù)更換碼型的時(shí)間將碼型的序號(hào)送入寄存器寄存。
[0065]步驟2.產(chǎn)生發(fā)射碼和本地碼。
[0066]根據(jù)步驟I，每一個(gè)偽碼碼型是一個(gè)本原多項(xiàng)式，高度表選擇10位m序列作為偽碼，有η種偽碼碼型，隨機(jī)選擇其中一種偽碼碼型，通過模件抽頭方法MSRG連續(xù)產(chǎn)生發(fā)射偽碼和本地偽碼并串行輸出，即由1級(jí)移位寄存器通過相應(yīng)反饋抽頭進(jìn)行模2和運(yùn)算;該模件抽頭決定了 η種不同碼類型的偽碼，即對(duì)應(yīng)η種不同的本原多項(xiàng)式，η大于等于8。
[0067]步驟3.發(fā)射單元將發(fā)射碼調(diào)制到射頻，通過發(fā)射天線向地面發(fā)射。
[0068]通過步驟2產(chǎn)生的發(fā)射偽碼對(duì)發(fā)射單元產(chǎn)生的本振信號(hào)進(jìn)行相位調(diào)制，將發(fā)射偽碼調(diào)制到射頻，利用功率放大器放大射頻信號(hào)，射頻信號(hào)通過發(fā)射天線向地面發(fā)射；
[0069]在前一發(fā)射偽碼序列輸出結(jié)束后，根據(jù)步驟I寄存器寄存的偽碼碼型，再生成新的發(fā)射偽碼序列，調(diào)制到射頻，通過發(fā)射天線向地面發(fā)射；
[0070]重新生成的發(fā)射偽碼序列相位不受DSP控制，即發(fā)射偽碼序列輸出完畢后，自動(dòng)重新生成并輸出，且其碼元寬度不變。
[0071]在生成新的發(fā)射偽碼序列后，且在前一本地偽碼序列輸出結(jié)束時(shí)，根據(jù)步驟I寄存器寄存的偽碼碼型，再產(chǎn)生成新的本地偽碼序列，其中，該新的本地偽碼序列產(chǎn)生受DSP控制，其相位不斷調(diào)整，即通過延遲生成本地偽碼序列或改變本地偽碼序列的碼元寬度，來改變本地偽碼序列重新生成的時(shí)間。
[0072]步驟4.接收天線接收回波信號(hào)，通過接收單元變?yōu)橹蓄l信號(hào)。
[0073]接收天線接收地面回波信號(hào)，并將回波信號(hào)送入接收單元，接收單元對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行低噪聲放大、混頻和中頻放大后，變?yōu)橹蓄l信號(hào)。
[0074]步驟5.AD單元對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行采樣，變?yōu)閿?shù)字中頻信號(hào)。
[0075]AD單元對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行采樣，變?yōu)閿?shù)字中頻信號(hào)后，送入解調(diào)運(yùn)算模塊中。
[0076]步驟6.解調(diào)運(yùn)算模塊將數(shù)字中頻信號(hào)下變頻到基帶信號(hào)。
[0077]解調(diào)運(yùn)算模塊將數(shù)字中頻信號(hào)與數(shù)字中頻本振信號(hào)進(jìn)行混頻、濾波后，下變頻為基帶信號(hào)，該基帶信號(hào)即為發(fā)射偽碼序列經(jīng)過時(shí)間延遲后的接收偽碼序列。
[0078]步驟7.基帶信號(hào)與本地偽碼進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算；
[0079]將基帶信號(hào)與當(dāng)前本地偽碼序列進(jìn)行相關(guān)累加運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果和本地偽碼相位信息送入控制及高度計(jì)算模塊；
[0080]步驟8.控制本地偽碼移動(dòng)及高度計(jì)算并輸出高度。
[0081]控制及高度計(jì)算模塊根據(jù)相關(guān)運(yùn)算的數(shù)據(jù)進(jìn)行積累運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果與預(yù)定的噪聲電壓門限進(jìn)行比較:
[0082]若運(yùn)算結(jié)果大于該門限值，則比較此時(shí)本地偽碼和接收偽碼的相位差，計(jì)算出高度值:R = C*t/2，其中C為光速，t = Φ *τ，t為延遲時(shí)間，Φ為相位差，τ為碼元寬為度;再將計(jì)算出的高度值R通過接口單元上送給系統(tǒng)模塊；
[0083]否則，返回步驟6，使本地偽碼滑向下一個(gè)碼片，重復(fù)相關(guān)累加運(yùn)算，積累運(yùn)算，比較門限，計(jì)算出高度。
[0084]本發(fā)明應(yīng)用于偽碼連續(xù)波測高體制高度表，但不限于高度表領(lǐng)域，使用偽碼測距技術(shù)的領(lǐng)域均可使用本發(fā)明所述的方法。
[0085]以上描述僅是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)例，顯然對(duì)于本領(lǐng)域的專業(yè)人員來說，在了解了本
【發(fā)明內(nèi)容】
和原理后，都可能在不背離本發(fā)明原理、結(jié)構(gòu)的情況下，進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種修正和改變，但是這些是基于本發(fā)明思想的修正和改變?nèi)栽诒景l(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種隨機(jī)變換偽碼的測距設(shè)備，包括:接收天線、發(fā)射天線、發(fā)射單元、接收單元、電源單元、A/D單元、信號(hào)處理單元和接口單元，信號(hào)處理單元由DSP和FPGA芯片組成；信號(hào)處理單元產(chǎn)生的偽碼由發(fā)射單元調(diào)制到射頻，放大后通過發(fā)射天線發(fā)射，從目標(biāo)反射的信號(hào)經(jīng)過接收天線進(jìn)入接收單元，混頻后輸出中頻信號(hào)給A/D單元，A/D單元將采樣信號(hào)送給信號(hào)處理單元，在信號(hào)處理單元中，對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行解調(diào)運(yùn)算，結(jié)合本地偽碼序列進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，得出高度值，并通過接口單元輸出，其特征在于: 所述FPGA中包括: 第一發(fā)射碼寄存模塊(I)，用于寄存由DSP產(chǎn)生的偽碼碼型，在第二發(fā)射碼寄存模塊選通時(shí)，將偽碼碼型送入第二發(fā)射碼寄存模塊； 第二發(fā)射碼寄存模塊(2)，用于寄存由第一發(fā)射碼寄存模塊(I)送入的偽碼碼型，通過數(shù)據(jù)總線送入發(fā)射偽碼序列發(fā)生模塊(5)，同時(shí)等待本地碼元計(jì)數(shù)模塊產(chǎn)生的使能信號(hào)送入本地碼寄存模塊(6)進(jìn)行鎖存； 發(fā)射碼元計(jì)數(shù)模塊(3)，用于計(jì)數(shù)發(fā)送碼元個(gè)數(shù)，產(chǎn)生第二發(fā)射碼寄存模塊(2)的使能信號(hào)，使第一發(fā)射碼寄存模塊的偽碼碼型送入到第二發(fā)射碼寄存模塊； 發(fā)射碼NCO模塊(4)，用于產(chǎn)生發(fā)射偽碼序列所需時(shí)鐘； 發(fā)射偽碼序列發(fā)生模塊(5)，用于產(chǎn)生設(shè)備工作所需的發(fā)射偽碼序列，在發(fā)射碼NCO模塊(4)產(chǎn)生的時(shí)鐘作用下，根據(jù)第二發(fā)射碼寄存模塊(2)送入的碼型數(shù)據(jù)產(chǎn)生發(fā)射偽碼，通過數(shù)據(jù)線串行輸出； 本地碼寄存模塊(6)，用于寄存由第二發(fā)射碼寄存模塊(2)送入的偽碼碼型，通過數(shù)據(jù)總線送入本地偽碼序列發(fā)生模塊(9)； 本地碼元計(jì)數(shù)模塊(7)，用于計(jì)數(shù)本地碼元個(gè)數(shù)，產(chǎn)生本地碼寄存模塊(6)的使能信號(hào)，將第二發(fā)射碼寄存模塊(2)的寄存數(shù)據(jù)送入本地碼寄存模塊； 本地碼NCO模塊(8)，用于產(chǎn)生本地偽碼序列所需時(shí)鐘； 本地偽碼序列發(fā)生模塊(9)，用于產(chǎn)生本地偽碼序列，在本地碼NC0(8)模塊產(chǎn)生的時(shí)鐘作用下，根據(jù)本地碼寄存模塊(6)寄存的偽碼碼型產(chǎn)生本地偽碼序列，輸出給相關(guān)運(yùn)算模塊(11); 解調(diào)運(yùn)算模塊(10)，用于對(duì)AD采樣后的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)運(yùn)算，得到接收的偽碼序列，輸出給相關(guān)運(yùn)算模塊(11); 相關(guān)運(yùn)算模塊(11)，用于將本地偽碼序列發(fā)生模塊(9)產(chǎn)生的本地偽碼序列和解調(diào)運(yùn)算模塊(10)得到的接收偽碼序列進(jìn)行串行異或運(yùn)算并累加，并將累加結(jié)果和本地碼相位信息送入DSP中進(jìn)行處理； 所述DSP中包括: 隨機(jī)碼產(chǎn)生模塊(12)，用于產(chǎn)生準(zhǔn)備更換的碼型的序號(hào)和更換的時(shí)間，在下一時(shí)刻到來時(shí)將選定碼型通過數(shù)據(jù)總線寫入FPGA中的第一發(fā)射碼寄存模塊(I); 本地碼移位控制及高度解算模塊(13)，用于根據(jù)相關(guān)運(yùn)算模塊(11)送入的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，即通過比較當(dāng)前發(fā)射碼和本地碼的相位差，換算為距離或高度值后輸出；同時(shí)控制本地碼NCO(S)、本地碼元計(jì)數(shù)模塊(7)和解調(diào)運(yùn)算模塊(10)，使測距設(shè)備能夠持續(xù)跟蹤正確的高度距離。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隨機(jī)變換偽碼的測距設(shè)備，其特征在于，本地碼移位控制及高度解算模塊(13)，包括: 解調(diào)控制子模塊(131)，用于根據(jù)相關(guān)運(yùn)算結(jié)果對(duì)AD采樣后的信號(hào)進(jìn)行載波頻率的捕獲與跟蹤，以由AD采樣信號(hào)得到接收的偽碼序列； 本地碼移位控制子模塊(132)，用于根據(jù)相關(guān)運(yùn)算結(jié)果控制本地偽碼序列的相位，使當(dāng)前的本地偽碼序列與接收的偽碼信號(hào)同步； 高度解算子模塊(133)，用于在當(dāng)前本地偽碼序列與當(dāng)前接收偽碼信號(hào)同步的狀態(tài)下，由兩者之間的相位差求得距離或高度值。3.—種隨機(jī)變換偽碼的測距方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)在DSP中預(yù)先設(shè)定一組碼型不同的偽碼，在設(shè)備工作時(shí)，隨機(jī)選擇一種偽碼碼型，并隨機(jī)選擇時(shí)間將該偽碼碼型送入寄存器寄存； 2)每個(gè)偽碼碼型產(chǎn)生一個(gè)偽碼序列，每個(gè)偽碼序列包括排列順序不同的碼元，設(shè)備工作時(shí)，分別連續(xù)產(chǎn)生用于發(fā)射的偽碼序列和本地偽碼序列并串行輸出，發(fā)射偽碼序列對(duì)載波進(jìn)行數(shù)字調(diào)制并發(fā)射該已調(diào)信號(hào)；在前一發(fā)射偽碼序列輸出結(jié)束后，寄存器寄存的偽碼碼型再生成新的發(fā)射偽碼序列； 3)接收端接收已調(diào)信號(hào)的回波信號(hào)，變?yōu)橹蓄l信號(hào)； 4)對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行解調(diào)運(yùn)算，得到接收的偽碼信號(hào)； 5)在生成新的發(fā)射偽碼序列后，且在前一本地偽碼序列輸出結(jié)束時(shí)，寄存器寄存的偽碼碼型再生成新的本地偽碼序列； 6)將接收的偽碼信號(hào)與當(dāng)前本地偽碼序列進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，即將接收的偽碼信號(hào)與當(dāng)前的本地偽碼序列進(jìn)行串行異或運(yùn)算并累加； 7)根據(jù)相關(guān)運(yùn)算結(jié)果控制生成新的本地偽碼序列和解調(diào)運(yùn)算，使當(dāng)前的本地偽碼序列與接收的偽碼信號(hào)同步，即使累加值最大； 8)在當(dāng)前本地偽碼序列與當(dāng)前接收偽碼信號(hào)同步的狀態(tài)下，由本地偽碼序列與發(fā)射偽碼序列之間的相位差Φ求得發(fā)射偽碼序列在空間傳播的時(shí)間t，進(jìn)而計(jì)算出距離或高度值:R = C*t/2，其中C為光速，t = Φ*τ，τ為碼元寬度。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中步驟I)中在DSP中預(yù)先設(shè)定的一組碼型不同的偽碼，共有η個(gè)成員，每個(gè)成員都是一個(gè)16bits的二進(jìn)制數(shù)。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中步驟2)和5)中寄存器寄存的偽碼碼型再生成新的發(fā)射偽碼序列和本地偽碼序列，是根據(jù)所寄存的偽碼碼型，采用模件抽頭方法MSRG而產(chǎn)生。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中步驟2)中分別連續(xù)產(chǎn)生用于發(fā)射的偽碼序列和本地偽碼序列，是根據(jù)寄存器寄存的偽碼碼型，采用模件抽頭方法MSRG而產(chǎn)生，當(dāng)每種偽碼序列輸出完畢后，再重新生成并輸出，其中本地偽碼序列的產(chǎn)生受DSP控制，其相位不斷調(diào)整，即通過延遲生成本地偽碼序列或改變本地偽碼序列的碼元寬度，來改變本地偽碼序列重新生成的時(shí)間；重新生成的發(fā)射偽碼序列相位不受DSP控制，即發(fā)射偽碼序列輸出完畢后，自動(dòng)重新生成并輸出，且其碼元寬度不變。
【文檔編號(hào)】G01S13/26GK106019268SQ201610424262
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年6月16日
【發(fā)明人】席睿波, 趙傳豐, 杜合金, 楊曉妮
【申請(qǐng)人】陜西長嶺電子科技有限責(zé)任公司