CN103297218B - 非相干测量体制下的测距数据处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种非相干测量体制下的测距数据处理方法，利用本发明可解决非相干测控系统中测距的跳周问题，确保系统的测距精度。本发明通过下述技术方案予以实现：在应答机的可编程门阵列FPGA电路中，采用数字电路对上行伪码捕获和载波同步跟踪、数据解调、位同步和帧同步。并从上行解调数据中提取帧计数值。然后用伪码码钟计数法将码片计数转换成位计数、码周期计数和码计数简单的数学转换处理，再采用相位相差180o的双码钟采样法，对码计数和码相位采样并进行时差比对，判别出距离跳变的数值进行算法修正，消除码计数对应的距离跳周，然后将获取的上行伪码的伪距信息实时填入下行测量帧，发回地面测控站协同完成非相干测距。

Description

非相干测量体制下的测距数据处理方法

技术领域

本发明是关于测控领域中，非相干测量体制下的测距数据处理方法。

背景技术

在测控系统中，应答机是通过测量信号往返时延，测出飞行器目标至地面站距离的测距方式，主要有多侧音测距、伪随机码测距和音码混合测距。在测控系统中通常采用扩频伪码双向测伪距方式，上行和下行测距均采用脉冲编码调制-码分多址-二进制相移键控（PCM-CDMA-BPSK），PCM-CDMA-BPSK与上行遥控、下行遥测相互独立，使用码分多址，共用同一载波频点。该非相干测控系统中的测控地面站，测量帧经过编帧扩频后，利用上行链路发送到应答机上，由应答机接收到上行链路信号后进行解扩、解调、帧同步，再利用自身形成的下行测距信息帧同步，对上行信号采样，提取帧计数、位计数、码周期计数、扩频伪码计数和码相位等测距信息，将这些采样信息实时放入下行测量帧送至地面。地面接收到下行测距链路信号后进行解扩、解调、帧同步，提取下行测量帧同步信号，再利用提取的下行帧同步前沿对自身形成的上行信号采样，提取帧计数、位计数、码周期计数、扩频伪码计数和码相位等测距信息。地面设备对应答机传送下来的上行伪距和地面设备测得的下行伪距进行综合计算，完成距离测量。与一般伪码相干测距方式相比，非相干方式的上行伪码及速率与下行伪码及速率不相关，上行信息帧速率、信息速率与下行信息帧速率、信息速率不相关，但上行伪码速率必须是上行信息位速率的整数倍，伪码时钟和信息位时钟同源，下行伪码速率也同样必须是下行信息位速率的整数倍，伪码时钟和信息位时钟同源。当应答机提取上行伪距时，使用非相干的下行测距信息帧同步前沿对上行信号采样，必将带来距离的跳周问题，出现测量值的跳变，位计数、码周期计数和码相位计数都会出现相应的距离跳周问题。码计数的距离跳变值正好是一个码片对应的距离值，码周期的距离跳变值是一个伪码周期对应的距离值，位计数的距离跳变值是一个数据位对应的距离。码计数对应的距离跳变值最小，位计数对应的距离跳变值最大。若码速率为10Mcps，则距离将跳变15m；若数据速率为10kbps，则距离将跳变15km。这种距离的跳周问题将严重影响测控系统的测距精度，甚至出现测量错误。

通常，传统的位计数、码周期计数提取方法是：上行帧同步信号前沿对位计数器清零并启动计数，下行帧同步前沿停止位计数器计数，从而获得位计数值；上行位同步信号前沿对码周期计数器清零并启动计数，下行帧同步信号前沿停止码周期计数器计数，从而获得码周期计数值。由于下行帧同步信号与上行帧同步、上行位同步等信号不相关，不同源，必将导致测量值中出现测量距离的跳周问题，即出现距离的跳大数，出现测量错误。通常，伪码时钟越高，距离跳变值越小。一般，伪码时钟都是MHz量级，对应的距离跳变是m量级，严重影响系统的测距精度，如码速率等于10Mcps，对应的距离跳变值为15m；码速率等于20Mcps，对应的距离跳变值为7.5m。

发明内容

为了解决非相干测控系统中的距离跳周问题，本发明提供一种简单、易实现，测距精度准确可靠的测距数据处理方法。

本发明通过以下措施来达到。一种非相干测量体制下的测距数据处理方法，其特征在于包括如下步骤：在应答机的可编程门阵列FPGA电路中，采用FPGA的可编程数字电路对应答机接收到的上行伪码捕获跟踪、载波同步跟踪、数据解调、位同步和帧同步，并从上行解调数据中提取帧计数值；通过伪距提取电路提取的码片计数值和码相位值即是应答机测量的伪距值，码片计数是通过上行帧同步的前沿启动计数器开始计数，下行帧同步的前沿停止计数器计数，从而获得码片计数值；然后将码片计数值进行简单的乘除法数学转换处理，转换成位计数、码周期计数和码计数；再用相位相差180o的双码钟采样法，对码计数和码相位进行采样和时差比对，对判别出距离跳变的数值，用跳周数据处理算法进行修正，消除码计数对应距离的跳周；然后再将获取的帧计数、位计数、码周期计数、码计数和码相位测距数据信息实时填入下行测量帧，发回地面站，与地面站协同完成系统的非相干测距。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

本发明采用伪码码钟计数法，通过简单的数学转换处理，将码片计数转换成位计数、码周期计数和码计数，避免了位计数、码周期计数出现对应的距离跳周问题，有效避免了测量距离值中的大值跳变量。本发明的伪码码钟计数法，与传统方法相比，简单易实现，并巧妙避免了位计数、码周期计数对应的距离跳周问题。

本发明采用相位相差180o的双码钟采样法，对码计数和码相位进行采样并进行时差比对，判别出距离跳变的数值进行算法修正，有效消除了码计数对应的距离跳周问题，保证了系统的测距精度。这种数据跳周算法，简单易实现，占用FPGA资源少。

附图说明

下面结合附图和实施例对发明进一步说明。

图1是本发明非相干测量体制的测距数据处理转发示意图。

图2是图1码计数对应的跳周数据处理方法的流程框图。

具体实施方式

参阅图1。在以下实施例中，非相干测量体制的测距数据处理方法是在可编程门阵列芯片FPGA内的数字电路实现的。

在应答机的可编程门阵列FPGA电路内，FPGA数字电路将外部输入的数字中频信号分成两路，一路送上行测距伪码捕获跟踪模块，完成上行伪码同步跟踪，另一路与同步后的伪码相乘，完成解扩功能。经过解扩后的中频信号送到上行载波跟踪环进行载波同步和跟踪，从而从上行载波跟踪环的输出端获取数据解调和位同步信号，并根据解调数据和位同步提取上行帧同步，再根据上行帧同步提取上行解调数据中的帧计数，最终获得帧计数、位计数、码周期计数、码计数和码相位。

当输入数字中频信号经过上行测距伪码捕获跟踪环捕获跟踪后，把恢复出的同步伪码信号送入伪距提取电路，伪距提取电路根据上行帧同步的前沿启动码片计数器计数，下行帧同步前沿采样，停止码片计数器计数，同时获取码片计数值和码相位值，此时获得的伪码相位和码片计数值即是伪距信息。然后将获得的码片计数值送入数学转换处理电路进行简单的乘除法数学转换处理，转换成对应的码周期计数、位计数和码计数值。数学转换处理电路在乘除法数学转换处理中，按如下方式进行数学转换：

将测距数据的帧结构定义为：1帧信息包含N位数据，1位数据包含M个码周期，1个码周期包含P个伪码码片，即M表示一个数据位时间内的码周期个数，P表示一个码周期时间内的码片个数。可假设伪距提取电路获取的总码片计数值为A,需要转换获取的码计数值为B，位计数值为C，码周期计数值为D，则有：

C=A÷MP，结果取整……E（余数）

D=E÷P，结果取整……F（余数）

B=F

经过这种简单的数学处理后，可快速获取位计数、码周期计数和码计数值，将码片计数转换成位计数、码周期计数和码计数，这种数学转换处理避免了非相干测量体制中码周期计数、位计数对应的距离跳周问题。

经过上述数学转换处理后的伪距信息，仍然存在码计数对应的距离跳周问题，影响测距精度。因此，当FPGA内部的数字电路获得帧计数、位计数、码周期计数、码计数和码相位等伪距信息后，通过下行伪码钟产生器产生的两路相位相差180o的下行码钟，分别为A、B两路码钟，它们对码计数和码相位信息进行双码钟采样，采样获得的码计数值为M_A和M_B，采样获得的码相位值为P_A和P_B，跳周数据处理算法比较M_A和M_B、P_A和P_B的大小关系，对判别出距离发生跳周的错误数值进行修正，经过跳周数据处理算法消除码计数对应的距离跳周问题，以保证系统的测距精度。经过双码钟采样后的伪距信息经过跳周数据处理算法后，便是无距离跳周的测距信息。下行帧组帧模块根据来自下行伪码钟产生器产生的下行数据钟和经过跳周数据处理算法获取的无距离跳周的测距信息，将测距信息实时填入下行测量帧组帧，完成测距信息的下行组帧处理，经过组帧后的下行测距信息与下行伪码产生器产生的下行伪码相乘，相乘信息对下行载波数字控制振荡器DCO产生的下行载波进行移相键控BPSK调制，将已调信号作为数字中频信号输出。

参阅图2。假设两路相位相差180o的下行码钟，分别为A、B两路码钟，A路码钟采样的码计数值为M_A，码相位为P_A，B路码钟采样的码计数值为M_B，码相位为P_B。跳周数据处理算法开始时，需寄存采样信息M_A和P_A、M_B和P_B，然后比较码计数值是否满足M_A>M_B，若条件为Yes，则再比较码相位值是否满足P_A≤P_B，若条件为Yes，码计数值取M_A，否则码计数值取M_A-1；若M_A>M_B条件为No，再比较码计数值是否满足M_A=M_B，若条件为No，码计数值取M_A，否则再比较码相位是否满足P_A<P_B，若条件为Yes，码计数值取M_A+1，否则码计数值取M_A。经过跳周数据算法处理后的码计数值和码相位值，填入下行测量帧。

Claims (7)

1.一种非相干测量体制下的测距数据处理方法，其特征在于包括如下步骤：在应答机的可编程门阵列FPGA电路中，采用FPGA的可编程数字电路对应答机接收到的上行伪码捕获跟踪、载波同步跟踪、数据解调、位同步和帧同步，并从上行解调数据中提取帧计数值；通过伪距提取电路提取的码片计数值和码相位值即是应答机测量的伪距值，码片计数是通过上行帧同步的前沿启动计数器开始计数，下行帧同步的前沿停止计数器计数，从而获得码片计数值；然后将测距数据的帧结构定义为1帧信息包含N位数据，1位数据包含M个码周期，1个码周期包含P个伪码码片，设伪距提取电路获取的总码片计数值为A,需要转换获取的码计数值为B，位计数值为C，码周期计数值为D，则：C=A÷MP，对结果取整，得到E,其中E为余数,D=E÷P，对结果取整，得到F，其中F为余数,B=F,将码片计数值进行上述简单的乘除法数学转换处理，转换成位计数、码周期计数和码计数；再用相位相差180o的双码钟采样法，对码计数和码相位进行采样和时差比对，对判别出距离跳变的数值，用跳周数据处理算法进行修正，消除码计数对应距离的跳周；然后再将获取的帧计数、位计数、码周期计数、码计数和码相位测距数据信息实时填入下行测量帧，发回地面站，与地面站协同完成系统的非相干测距,其中,M表示一个数据位时间内的码周期个数，P表示一个码周期时间内的码片个数。

2.按权利要求1所述的非相干测量体制下的测距数据处理方法，其特征在于，FPGA数字电路将外部输入的数字中频信号分成两路，一路送上行测距伪码捕获跟踪模块，完成上行伪码同步跟踪，另一路与同步后的伪码相乘，完成解扩功能。

3.按权利要求2所述的非相干测量体制下的测距数据处理方法，其特征在于，经过解扩后的中频信号送到上行载波跟踪环进行载波同步和跟踪，从而从上行载波跟踪环的输出端获取数据解调和位同步信号，并根据解调数据和位同步提取上行帧同步，再根据上行帧同步提取上行解调数据中的帧计数。

4.按权利要求2所述的非相干测量体制下的测距数据处理方法，其特征在于，当输入数字中频信号经过上行测距伪码捕获跟踪后，恢复出的同步伪码信号送到伪距提取电路，伪距提取电路根据上行帧同步的前沿启动码片计数器计数，根据下行帧同步的前沿停止码片计数器计数，从而获取码片计数值，并同时获取码相位值，此时获得的伪码相位和码片计数值即是伪距信息。

5.按权利要求1所述的非相干测量体制下的测距数据处理方法，其特征在于，当FPGA内部的数字电路获得帧计数、位计数、码周期计数、码计数和码相位伪距信息后，使用两路相位相差180o的下行码钟，分别为A、B两路码钟，对码计数和码相位进行双码钟采样，码计数采样值为M_A和M_B，码相位值为P_A和P_B，通过比较M_A和M_B、P_A和P_B的大小关系，判别出距离发生跳周的错误数值进行修正。

6.按权利要求1所述的非相干测量体制下的测距数据处理方法，其特征在于，伪距信息经过跳周处理后，下行帧组帧模块将获取的测距信息实时填入下行测量帧中，完成测距信息的下行组帧处理，经过组帧后的下行测距信息与下行伪码相乘，相乘信息对下行载波DCO进行BPSK调制，将已调信号作为数字中频信号输出。

7.按权利要求1所述的非相干测量体制下的测距数据处理方法，其特征在于，设两路相位相差180o的下行码钟分别为A、B两路码钟，A路码钟采样的码计数值为M_A，码相位为P_A，B路码钟采样的码计数值为M_B，码相位为P_B,码计数的跳周处理算法开始时，需寄存采样信息M_A和P_A、M_B和P_B，然后比较码计数值是否满足M_A>M_B，若条件为Yes，则再比较码相位值是否满足P_A≤P_B，若条件为Yes，码计数值取M_A，否则码计数值取M_A-1；若M_A>M_B条件为No，再比较码计数值是否满足M_A=M_B，若条件为No，码计数值取M_A，否则再比较码相位是否满足P_A<P_B，若条件为Yes，码计数值取M_A+1，否则码计数值取M_A。