一种基于Vivado HLS的叶尖间隙测量系统中的相位获取方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于Vivado HLS的叶尖间隙测量系统中的相位获取方法，属于雷达测距的叶尖间隙测量技术领域。包括：1)产生发射中频信号，再进行上变频；2)微波传感器向目标发射射频信号并接收回波，微波传感器端口将补偿信号反射回；3)将接收的射频信号回波和微波传感器端口反射回来的补偿信号分别进行下变频，得到中频接收信号和中频补偿信号；4)将发射中频信号和下变频后的两路回波中频信号传入采集存储模块；5)FPGA对ADC采集到的信号进行预处理，具体包括正交混频、低通滤波和抽取；6)分别计算发射中频信号和中频接收信号以及中频补偿信号之间的相位差；并计算得到叶尖间隙值。所述方法能够大大降低系统时延。

【技术实现步骤摘要】
一种基于VivadoHLS的叶尖间隙测量系统中的相位获取方法
本专利技术涉及一种基于VivadoHLS的叶尖间隙测量系统中的相位获取方法，属于雷达测距以及叶尖间隙测量

技术介绍
航天飞机上发动机的性能直接影响着飞机性能，为了提高发动机效率同时保证其安全工作，监测叶片与发动机外壳之间的间距非常重要。发动机叶片与壳体之间的距离直接影响发动机的安全和效率。在发动机的运转期间，叶尖间隙会随着转子速度，温度改变以及损耗产生变化，间隙过小有可能使叶片与壳体接触，影响发动机安全，降低使用寿命；叶尖间隙过大会造成大量气体泄漏，降低效率。所以，对发动机叶尖间隙进行主动监测是一个很重要的课题。测量叶尖间隙的方法有很多，包括基于涓电流、超声波、电容、激光、微波的多种测量方法。鉴于实际测量时传感器的使用环境比较复杂，且考虑成本限制，本申请基于一套基于连续波测量的叶尖间隙测量系统，属于连续波测距系统，通过发射射频信号并接收回波计算它们的相位差来实现精密测距。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提高测距系统的信号处理速度，用FPGA对采集来的信号进行预处理来获取相位，提出了一种基于VivadoHLS的叶尖本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Vivado HLS的叶尖间隙测量系统中的相位获取方法，其特征在于：所依托的测距系统主要包括微波传感器、射频模块、采集存储模块和上位机；微波传感器与射频模块通过端口相连，进行射频信号的发射和接收；射频模块主要包含本振单元、发射机、接收机以及环形器；本振产生参考时钟和发射中频信号，发射机中的上变频器将发射中频信号上变频到射频，接收机中的带通滤波器消除回波的多普勒效应，接收机中的下变频器对回波进行模拟下变频，得到中频回波信号；采集存储模块主要包含ADC单元、FPGA单元以及DDR单元；其中，ADC单元对三路中频信号进行采集，由FPGA单元对ADC单元采集的信号进行数字下变频处理搬移到基...

【技术特征摘要】
1.一种基于VivadoHLS的叶尖间隙测量系统中的相位获取方法，其特征在于：所依托的测距系统主要包括微波传感器、射频模块、采集存储模块和上位机；微波传感器与射频模块通过端口相连，进行射频信号的发射和接收；射频模块主要包含本振单元、发射机、接收机以及环形器；本振产生参考时钟和发射中频信号，发射机中的上变频器将发射中频信号上变频到射频，接收机中的带通滤波器消除回波的多普勒效应，接收机中的下变频器对回波进行模拟下变频，得到中频回波信号；采集存储模块主要包含ADC单元、FPGA单元以及DDR单元；其中，ADC单元对三路中频信号进行采集，由FPGA单元对ADC单元采集的信号进行数字下变频处理搬移到基带，进行M倍抽取后，再在DDR单元中缓存后将数据传给上位机；三路中频信号为发射中频信号、中频回波信号以及补偿中频信号；所述测量系统中的各模块连接关系如下：微波传感器与射频模块相连，射频采集模块和采集存储模块相连，采集存储模块与上位机相连；微波传感器与射频模块中的环形器相连；射频模块中的本振单元与发射机相连；环形器分别与发射机和接收机相连；采集存储模块中的ADC单元与FPGA单元相连，FPGA单元与DDR单元相连；采集存储模块通过板卡上的接口与上位机相连；所述测量系统中的各模块的功能如下：微波传感器的功能是向目标发射射频信号并接收其回波，同时微波传感器端口将补偿信号反射回；采集存储模块的功能是实现中频信号的采集和信号预处理；上位机的功能是实现人机交互界面功能以及数据的接收存储，最终解算出叶尖间隙值；射频模块的功能是给采集存储模块提供采样时钟，通过模拟上变频产生测量所需的射频信号，将回波进行模拟下变频。环形器的功能是发射信号和接收信号隔离；本振单元产生用于发射中频信号和ADC采集的参考时钟；发射机对发射中频进行模拟上变频产生射频发射信号和射频补偿信号；接收机对回波进行模拟下变频得到接收中频信号和补偿中频信号；采集存储模块上的ADC对三路中频信号进行采样，并将数据传给FPGA进行信号预处理，FPGA将处理后得到的基带信号经过DDR缓存之后传给上位机；所述相位获取方法，包括如下步骤：步骤1)射频模块产生发射中频信号，再将发射中频信号分别经过上变频得到射频信号和补偿信号，发射中频信号同时直接输出至采样存储模块，用于获取初始相位；步骤2)微波传感器向目标发射射频信号并接收其回波，同时收取微波传感器端口反射回的补偿信号；步骤3)将接收到的射频信号回波和微波传感器端口反射回来的补偿信号分别进行下变频，得到中频接收信号和中频补偿信号；步骤4)将发射中频信号和下变频后的两路回波中频信号，传入采集存储模块；其中，两路回波中频信号指中频回波信号和中频补偿信号；此两路回波中频信号与发射中频信号一起，称为三路中频信号；这三路中频信号均通过采集存储模块中的ADC单元进行采集；其中，ADC单元采集的一路中频信号表示为(1)：其中，m(nTs)为基带信号，n是数字采样点，Ts为采样周期，...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢民，傅雄军，翟登月，王淼，常家云，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11