一种基于预测高度的连续波无线电高度表制造技术

本发明专利技术公开了一种基于预测高度的连续波无线电高度表，包含直接数字合成器和预测高度修正模块，直接数字合成器根据DDS控制信号控制使用预测高度h

【技术实现步骤摘要】
一种基于预测高度的连续波无线电高度表


[0001]本专利技术属于无线电测距
，涉及一种航空航天飞行器的无线电高度测量设备，特别涉及一种基于预测高度的连续波无线电高度表，基于预测高度对发射信号进行分段控制并对接收信号进行自相关，从而计算出高度信息。

技术介绍

[0002]无线电高度表是一种测距雷达，对飞机或导弹等高速飞行的设备进行实时真实的高度测量，可广泛应用于航空、航天装备等领域，无线电高度表目前主要有两种工作体制即脉冲体制、调频连续波体制。
[0003]脉冲体制高度表工作原理是通过脉冲产生电路产生发射脉冲，通过微波发射单元将脉冲信号调制到射频并产生大功率射频脉冲，经发射天线辐射到地面或水面，地面或水面返回的射频信号经过接收天线进入微波接收系统，经低噪放和混频后产生中频信号，经增益控制和信号跟踪电路输出视频回波脉冲信号，经高度数据处理和计算电路、接口电路输出高度和状态信息送给飞行器上的其它设备。此类高度表主要用于1500m以上中高高度测量，其优点是相比于连续波体制高度表抗干扰能力强，测高范围大，增加量程容易，高高度测量精度高等；其缺点是低高度易受发射泄漏的影响，处理速度不够快从而导致实时性较差。
[0004]调频连续波高度表是用三角波、锯齿波或正弦波等形式的调制信号加在压控振荡器上，产生频率范围变化很大、与调制信号变化规律相同的高频发射信号，该信号通过发射天线向地面辐射，从地面反射的回波信号通过接收天线进入接收机，与发射信号的一部分能量混频，输出包含高度信息的差频信号。目前比较完善的调频连续波高度表是恒定差拍体制调频连续波高度表。此类高度表主要用于1500m以下低高度测量，其优点是测高分辨率高、误差小、跟踪速度快，适用于飞机进场、着陆时使用，对一定的测高范围，需要的发射功率比脉冲体制高度表小；其缺点是固有抗干扰能力差，测高范围受天线隔离度的限制，高高度易受大功率发射泄漏的影响，测高精度受压控振荡器的线性、最大频偏的影响。
[0005]现有技术中多采用传统控制器，例如单片机。采用单片机无疑能够实现控制功能，主要问题在于单片机需要较为复杂的外围电路，例如晶体振荡器和存储器等，这给系统的可靠性带来隐患，因为越是复杂的电路越容易出现故障，从而限制了其使用环境，得不到推广应用；同时现有调频体制无线电高度表在数据刷新率、实时性、整个飞行过程不允许发出任何错误高度数据等情况面前尚有很大的改进空间。
[0006]随着微电子技术，数字技术及微计算机的飞速发展，无线电高度表进入了数字化，微计算机化的全新时代。近年来基于数字电路的无线电高度表设计是最新发展，即在无线电高度表数据处理与控制中采用FPGA，解决了早期机载无线电高度表存在电路集成度低、不易拆分、可测性差等缺点；同时基于FPGA的高速数据处理能力来采用最优化算法修正预测高度，不断产生新的预测高度，通过闭环关系进行频率跟踪，使差拍信号频率收敛到预定频率点并保持，即使预测高度数据收敛到真实高度的算法，达到系统集成度高，无需外围辅
助电路或者要求极少，具有可靠性高、使用范围广泛的特点，同时具有很高的实时性。

技术实现思路

[0007]本专利技术的专利技术目的在于提供一种基于预测高度的连续波无线电高度表，基于预测高度对发射信号进行分段控制并对反射信号进行自相关的无线电高度计算，用以解决现有调频体制无线电高度表在数据刷新率、实时性、整个飞行过程不允许发出任何错误高度数据的问题；基于预测高度的无线电高度表不用测量调制信号的周期，通过先预测后验证，再修正高度，实时性可以提高很多，基于实时性的提高，精度可以进一步提高并增强可扩展性。
[0008]本专利技术的专利技术目的通过以下技术方案实现：
[0009]一种基于预测高度的连续波无线电高度表，其中的数据处理由FPGA芯片实现，在FPGA芯片上包含直接数字合成器和预测高度修正模块，其中：
[0010]直接数字合成器根据DDS控制信号控制使用预测高度h
i
产生调频斜率为[(C
·
f
b
)/2]/h
i
的线性调频信号供模拟电路进行发送；其中，f
b
为设定的差拍信号的频率，C为光速；
[0011]预测高度修正模块根据从模拟电路上得到频率为f
bi
的差拍信号以一定的步长修正预测高度h
i
，产生下一个预测高度h
i+1
提供给直接数字合成器，如此反复，以接收到的差拍信号的频率f
bi
是否收敛到设定的频率f
b
为判据，当频率f
bi
收敛到设定的频率f
b
并保持时，将预测高度当作真实高度进行输出。
[0012]较佳地，预测高度修正模块对预测高度数据进行统计，按要求的刷新周期按正态分布求取数学期望值作为输出数据。
[0013]较佳地，预测高度修正模块在数学期望值进行输出之前，按公式H
出n
＝H
出n
‑1+(H
n
‑
H
出n
‑1)/k进行平滑，公式中H
n
为第n次求取的数学期望值，H
出n
为第n次需要输出高度数据，H
出n
‑1为第n
‑
1次输出高度数据，k为常数。
[0014]较佳地，FPGA芯片通过多路RapidIO总线输出接口与其它接口交联，对外提供高度和状态信息；通过多路RapidIO总线输入接口与主控系统的接口交联，根据主控系统的控制信息实时进行链路切换。
[0015]较佳地，在FPGA中还根据主控系统的指令上报加电自检、启动自检、周期自检、实时模块故障状态。
[0016]较佳地，在FPGA上至少配置两路或更多的RapidIO总线。
附图说明
[0017]图1为发射频率与时间的关系的示意图。
[0018]图2为本实施例所示的连续波无线电高度表的工作流程示意图。
[0019]图3为本实施例所示的连续波无线电高度表的高速信号连接示意图。
具体实施方式
[0020]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。
[0021]如图1所示的调频连续波无线电点高度表的工作原理，发射信号如图中实线所示，调频周期为T，调频带宽为B(调制范围、频带)，接收信号如图中虚线所示，接收信号与发射
信号延迟时间为τ，则：其中，C为光速，H为测量高度，由实际高度H0和固定的剩余高度H
T
组成H＝H0+H
T
。根据比例关系频差f
b
为：整理后得公式：
[0022]基于上述调频连续波无线电点高度表的工作原理，考虑了这样一个基本思路利用连续波调频体制的基本原理，用预测高度数据实时控制线性调频信号的调频斜率，发射出去的线性调频信号经地面反射后接收回来，与当前发射的线性调频信号混频，得到差拍信号。用最优化算法修正预测高度，不断产本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于预测高度的连续波无线电高度表，其中的数据处理由FPGA芯片实现，在FPGA芯片上包含直接数字合成器和预测高度修正模块，其特征在于：直接数字合成器根据DDS控制信号控制使用预测高度h
i
产生调频斜率为[(C
·
f
b
)/2]/h
i
的线性调频信号供模拟电路进行发送；其中，f
b
为设定的差拍信号的频率，C为光速；预测高度修正模块根据从模拟电路上得到频率为f
bi
的差拍信号以一定的步长修正预测高度h
i
，产生下一个预测高度h
i+1
提供给直接数字合成器，如此反复，以接收到的差拍信号的频率f
bi
是否收敛到设定的频率f
b
为判据，当频率f
bi
收敛到设定的频率f
b
并保持时，将预测高度当作真实高度进行输出。2.根据权利要求1所述的一种基于预测高度的连续波无线电高度表，其特征在于预测高度修正模块对预测高度数据进行统计，按要求的刷新周期按正态分布求取数学期望值作...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊李娜，张豪，闫翔宙，吴敏，魏华波，
申请(专利权)人：中国航空无线电电子研究所，
类型：发明
国别省市：