伪码调相连续波与中断连续波多模式测高设备及测高方法技术

本发明专利技术公开了一种伪码调相连续波与中断连续波多模式测高设备及测高方法，主要解决现有高度表收发隔离困难的问题，其包括接收天线、发射天线、高频电缆、射频收发组件、电源单元、A/D单元、信号处理单元和接口单元。该信号处理单元包括DSP和FPGA；FPGA根据DSP芯片写入的伪码码型和工作模式，生成发射伪码序列和本地伪码序列，且对输入的数字中频信号进行下变频运算变为基带信号，基带信号与本地码进行相关运算，将该运算的结果及相位差送入DSP中，通过DSP控制本地伪码的移动，完成高度值计算。本发明专利技术能对连续波高度表收、发进行隔离，增大了测高范围，降低了截获概率，可用于航空航天飞行器中对飞行高度的测量。

【技术实现步骤摘要】
伪码调相连续波与中断连续波多模式测高设备及测高方法
本专利技术属于测量
，尤其涉一种伪码调相测高设备,可用于航空航天飞行器中对飞行高度的测量和雷达测距。
技术介绍
无线电高度表是各种航空航天飞行器上必不可少的电子测高设备，它能在各种气候条件下精确测量飞行器离地面或海面的实际高度，可广泛应用于航空航天等领域，如对飞机进行实时高度测量。无线电高度表有主要有三种工作体制:脉冲体制、调频连续波体制以及伪码连续波测高体制。现有的伪码测距一般采用连续波进行测距，即通过测距设备产生伪随机码,再由发射单元连续调制到射频发射，目标反射的信号经过接收天线进入接收单元，混频后输出中频信号，该中频信号送入到信号处理单元进行运算，通过比较发射码和接收码的相位差，计算出高度或距离值。所述伪码是一组“0”“1”序列，不同的排列顺序对应不同的码型，这种采用伪码调相连续波体制高度表难以解决高度表天线本身的泄露问题。由于收发连续，没有时间上的可分性，从高度表发射天线泄露到接收天线的信号形成直达波，在高空，地面回波信号强度远低于泄露直达波信号，高度表组件信道增益被泄露信号所抑制，地面回波信号不能得到有效放大，从而大大抑制了这种体制高度表的作用距离。为了克服连续波雷达收发隔离困难的问题，EH.Khan和D.KMitchwell于1991年提出了中断连续波雷达的概念。针对中断连续波雷达，顾红等人提出了“周期方波断续法”替代“正弦调频法”来解决连续波的泄漏问题。该方法就是在收发支路分别设置若干个收发开关，并在大占空比周期脉冲信号控制下使雷达工作在收发异步的中断方式下。所谓中断指的是雷达采用发时不收、收时不发的工作方式。这种方式既不同于传统的连续波方式，也不同于脉冲方式，称为中断连续波方式ICW，也称准连续波方式，是近些年发展起来的一种新体制雷达。很显然，由于在雷达发射的时间段返回的雷达回波不能被接收处理，因此该项技术应用于测距测高时，存在一个相当长的近距盲区，因此从未应用于伪码调相高度表。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种伪码调相连续波与中断连续波多模式测高设备及测高方法，以解决伪码调相连续波高度表收发隔离困难及伪码调相中断连续波高度表的近距盲区问题。本专利技术的技术思路是：根据测高的不同高度设置不同的工作模式：对于低高度采用连续波工作模式，即通过测高设备产生伪随机码,再由发射单元连续调制到射频发射，目标反射的信号经过接收天线进入接收单元，混频后输出中频信号，该中频信号送入到信号处理单元进行运算，通过比较发射码和接收码的相位差，计算出高度或距离值。对于中、高高度采用发射时，接收端不工作的中断连续波工作模式，即不采样信号，发射天线向地面发射一个码周期后，停止发射；然后接收端开始采集信号并进行分析，时间为2～3个码周期，在这段时间内，地面回波已完全返回到天线接收端，随后开始下一次发射，接收端不采样信号，如此周而复始，以解决伪码调相连续波高度表收发隔离困难的问题。所谓码周期，指的是255、511或1023个码元的集合，即一组“0”“1”序列，所谓码元，是指集合或序列中的一个成员。根据上述思路,本专利技术的技术方案如下：1.一种伪码调相连续波与中断连续波多模式测高设备，包括：收发单元、A/D单元、接口单元和信号处理单元，该信号处理单元由FPGA芯片和DSP芯片组成，其特征在于：所述FPGA芯片包括：码型寄存单元，用于寄存DSP芯片产生的伪码码型和工作模式并送入发射伪码产生单元、本地伪码产生单元，同时将工作模式送入发射方波产生模块；发射伪码产生单元，用于产生发射伪码序列，并送入收发单元；本地伪码产生单元，用于产生本地伪码序列和中断信号，并将本地伪码序列送入相关运算模块，将中断信号送入发射方波产生模块；发射方波产生模块，用于根据码型寄存单元送入的工作模式产生符合占空比的方波信号并设置计数初值，该方波信号输出给收发单元以控制辐射输出，该计数初值分别送给码型寄存单元和DSP芯片；解调运算模块，用于对来自A/D单元的数字中频信号进行解调运算，得到接收伪码序列，输出给相关运算模块；相关运算模块，用于对本地伪码序列和接收伪码序列进行相关运算，并将运算结果和本地伪码相位信息送入DSP芯片中进行运算和判断处理；所述DSP芯片包括：码型产生模块，用于将根据高度选择的工作模式及伪码码型通过数据总线写入码型寄存单元；本地码移位控制模块，用于将相关运算模块送入的数据进行积累运算，并将运算结果与预定的噪声门限进行比较，若运算结果大于等于该噪声门限值，则计算此时本地伪码和接收伪码的相位差并送入高度解算模块，否则，控制本地伪码产生单元，使伪码滑向下一个码片，再依次进行相关累加运算、积累运算和比较门限；解调控制模块，用于对相关运算模块送入的运算结果进行频率计算，得出数字本振频率，输出给解调运算模块；高度解算模块，用于根据本地码移位控制模块输入的相位差和发射方波产生模块输入的计数初值，计算出高度值：R＝c*t/2，其中c为光速，t＝(φ+A)*τ，t为延迟时间，A为计数初值，φ为相位差，τ为码元宽度，*为相乘；将计算出的高度值R通过接口单元送给上位系统。2.一种伪码调相连续波与中断连续波多模式测高方法，其特征在于，包括如下步骤：1)设备初始化，根据当前高度选择工作模式和伪码码型，将工作模式和伪码码型通过数据总线写入寄存器寄存，每一个伪码码型是一个本原多项式；2)每个伪码码型产生一个伪码序列，每个伪码序列包括排列顺序不同的码元，设备工作时，分别连续产生用于发射的伪码序列和本地伪码序列并串行输出，发射伪码序列对载波进行调制并发射该已调信号，在前一发射伪码序列输出结束后，寄存器寄存的伪码码型再生成新的发射伪码序列；本地伪码序列用于与基带信号,即接收伪码序列进行相关累加运算；3)发射单元将发射码调制到射频，根据由工作模式确定的发射方波产生逻辑控制，并通过发射天线向地面发射；4)接收天线接收地面回波信号，并将回波信号送入接收单元，接收单元对回波信号进行低噪声放大、混频和中频放大后，变为中频信号；5)A/D单元对中频信号进行采样，变为数字中频信号后，送入解调运算模块中；6)解调运算模块将数字中频信号与数字本振信号进行混频、滤波后，下变频为基带信号，该基带信号即为发射伪码序列经过时间延迟后的接收伪码序列，送入相关运算模块中；7)相关运算模块将基带信号与当前本地伪码序列进行相关累加运算，并将运算结果送入本地码移位控制模块和解调控制模块；8)解调控制模块对相关运算的运算结果进行频率计算，得出数字本振频率，送入到解调运算模块；9)本地码移位控制模块对相关运算的数据进行积累运算，并将运算结果与设定的噪声门限进行比较：如果运算结果大于等于该噪声门限值，则计算此时本地伪码和接收伪码的相位差，并送入高度解算模块；高度解算模块根据输入的相位差和发射方波产生模块输入的计数初值，计算出高度值：R＝c*t/2，并将计算出的高度值R通过接口单元送给上位系统，其中c为光速，t＝(φ+A)*τ，t为延迟时间，A为计数初值，φ为相位差，τ为码元宽度，*为相乘；如果运算结果小于该噪声门限值，则控制本地伪码产生单元，使本地伪码滑向下一个码片，返回步骤7)。与现有技术比较，本专利技术具有以下优点：1.本专利技术由于在DSP芯片中增加了本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种伪码调相连续波与中断连续波多模式测高设备，包括：收发单元(1)、A/D单元(2)、接口单元(3)和信号处理单元，该信号处理单元由FPGA芯片(4)和DSP芯片(5)组成，其特征在于：所述FPGA芯片(4)包括：码型寄存单元(41)，用于寄存DSP芯片(5)产生的伪码码型和工作模式并送入发射伪码产生单元(42)、本地伪码产生单元(43)，同时将工作模式送入发射方波产生模块(44)；发射伪码产生单元(42)，用于产生发射伪码序列，并送入收发单元(1)；本地伪码产生单元(43)，用于产生本地伪码序列和中断信号，并将本地伪码序列送入相关运算模块(46)，将中断信号送入发射方波产生模块(44)；发射方波产生模块(44)，用于根据码型寄存单元(41)送入的工作模式产生符合占空比的方波信号并设置计数初值，该方波信号输出给收发单元(1)以控制辐射输出，该计数初值分别送给码型寄存单元(41)和DSP芯片(5)；解调运算模块(45)，用于对来自A/D单元(2)的数字中频信号进行解调运算，得到接收伪码序列，输出给相关运算模块(46)；相关运算模块(46)，用于对本地伪码序列和接收伪码序列进行相关运算，并将运算结果和本地伪码相位信息送入DSP芯片(5)中进行运算和判断处理；所述DSP芯片(5)包括：码型产生模块(51)，用于将根据高度选择的伪码码型和工作模式通过数据总线写入码型寄存单元(41)；本地码移位控制模块(52)，用于将相关运算模块(46)送入的数据进行积累运算，并将运算结果与预定的噪声门限进行比较，若运算结果大于等于该噪声门限值，则计算此时本地伪码和接收伪码的相位差并送入高度解算模块(54)，否则，控制本地伪码产生单元(43)，使伪码滑向下一个码片，再依次进行相关累加运算、积累运算和比较门限；解调控制模块(53)，用于对相关运算模块(46)送入的运算结果进行频率计算，得出数字本振频率，输出给解调运算模块(45)；高度解算模块(54)，用于根据本地码移位控制模块(52)输入的相位差和发射方波产生模块44输入的计数初值，计算出高度值：R＝c*t/2，其中c为光速，t＝(φ+A)*τ，t为延迟时间，A为计数初值，φ为相位差，τ为码元宽度，*为相乘；将计算出的高度值R通过接口单元(3)送给上位系统。...

【技术特征摘要】
1.一种伪码调相连续波与中断连续波多模式测高设备，包括：收发单元(1)、A/D单元(2)、接口单元(3)和信号处理单元，该信号处理单元由FPGA芯片(4)和DSP芯片(5)组成，其特征在于：所述FPGA芯片(4)包括：码型寄存单元(41)，用于寄存DSP芯片(5)产生的伪码码型和工作模式并送入发射伪码产生单元(42)、本地伪码产生单元(43)，同时将工作模式送入发射方波产生模块(44)；发射伪码产生单元(42)，用于产生发射伪码序列，并送入收发单元(1)；本地伪码产生单元(43)，用于产生本地伪码序列和中断信号，并将本地伪码序列送入相关运算模块(46)，将中断信号送入发射方波产生模块(44)；发射方波产生模块(44)，用于根据码型寄存单元(41)送入的工作模式产生符合占空比的方波信号并设置计数初值，该方波信号输出给收发单元(1)以控制辐射输出，该计数初值分别送给码型寄存单元(41)和DSP芯片(5)；解调运算模块(45)，用于对来自A/D单元(2)的数字中频信号进行解调运算，得到接收伪码序列，输出给相关运算模块(46)；相关运算模块(46)，用于对本地伪码序列和接收伪码序列进行相关运算，并将运算结果和本地伪码相位信息送入DSP芯片(5)中进行运算和判断处理；所述DSP芯片(5)包括：码型产生模块(51)，用于将根据高度选择的伪码码型和工作模式通过数据总线写入码型寄存单元(41)；本地码移位控制模块(52)，用于将相关运算模块(46)送入的数据进行积累运算，并将运算结果与预定的噪声门限进行比较，若运算结果大于等于该噪声门限值，则计算此时本地伪码和接收伪码的相位差并送入高度解算模块(54)，否则，控制本地伪码产生单元(43)，使伪码滑向下一个码片，再依次进行相关累加运算、积累运算和比较门限；解调控制模块(53)，用于对相关运算模块(46)送入的运算结果进行频率计算，得出数字本振频率，输出给解调运算模块(45)；高度解算模块(54)，用于根据本地码移位控制模块(52)输入的相位差和发射方波产生模块44输入的计数初值，计算出高度值：R＝c*t/2，其中c为光速，t＝(φ+A)*τ，t为延迟时间，A为计数初值，φ为相位差，τ为码元宽度，*为相乘；将计算出的高度值R通过接口单元(3)送给上位系统。2.根据权利要求1所述的伪码调相连续波与中断连续波多模式测高设备，其特征在于，码型寄存单元(41)，包括：第一码型寄存模块(411)，用于寄存DSP芯片(5)产生的伪码码型和工作模式，送入到第二码型寄存模块(412)；第二码型寄存模块(412)，用于寄存由第一码型寄存模块(411)送入的伪码码型和工作模式，将伪码码型和工作模式通过数据总线送入发射伪码产生单元(42)和第三码型寄存模块(413)，将工作模式经数据总线送入发射方波产生模块(44)；第三码型寄存模块(413)，用于在第二选通逻辑模块(415)选通时寄存由第二码型寄存模块(412)送入的伪码码型和工作模式，将伪码码型和工作模式通过数据总线送入本地伪码产生单元(43)；第一选通逻辑模块(414)，用于根据发射方波产生模块(44)输入的计数初值，产生使能信号，控制第一码型寄存模块(411)将伪码码型和工作模式送入第二码型寄存模块(412)；第二选通逻辑模块(415)，用于产生使能信号，控制第二码型寄存模块(412)将伪码码型和工作模式送入第三码型寄存模块(413)。3.根据权利要求1所述的伪码调相连续波与中断连续波多模式测高设备，其特征在于，发射伪码产生单元(42)，包括：1023位发射伪码产生模块(421)，用于根据码型寄存单元(41)输入的伪码码型，产生1023位发射伪码序列，并送入发射多路选择器(424)；511位发射伪码产生模块(422)，用于根据码型寄存单元(41)输入的伪码码型，产生511位发射伪码序列，并送入发射多路选择器(424)；255位发射伪码产生模块(423)，用于根据码型寄存单元(41)输入的伪码码型，产生255位发射伪码序列，并送入发射多路选择器(424)；发射多路选择器(424)，用于根据码型寄存单元(41)输入的工作模式，对1023、511及255位发射伪码序列进行选择，并送入收发单元(1)。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：席睿波，任进良，孟宝占，常东胜，温超行，杨晓妮，杜合金，李雄，黄鹂，黄彦清，赵谦，刘剑，姜亨，
申请(专利权)人：陕西长岭电子科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61