CN104977569A - 一种通用型微变形中频信标机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种通用型微变形中频信标机。系统由时钟1，时钟分配器2、FPGA芯片3及其外围电路，n片AD9959芯片51、52、5n以及n个带通滤波器组61、62、6n等构成。时钟1经时钟分配器3送给每片AD9959芯片的参考时钟输入脚，FPGA芯片3包括多路伪码生成电路31、多路正弦波生成电路32、控制逻辑电路33以及串行通信接口电路34等，控制逻辑电路33读取扩频码信号或者正弦波信号，通过串行通信接口电路配置每片AD9959芯片的频率控制字、幅度控制字、相位控制字，从而生成两种微变形信标机信号：(1)中频载波相同但调制有彼此正交的伪码信号；(2)中频载波相同但调制有不同频率的低频正弦波信号。

Description

一种通用型微变形中频信标机
技术领域
本发明属于测量仪器领域，特别是涉及一种通用型微变形中频信标机。
背景技术
专利“一种大型建筑物的变形遥测技术”(专利申请号200810069777.8)和专利“一种多点位移同时测量方法”(专利申请号201510201199.9)提出了两种变形遥测方法。专利1中，各信标机信号为扩频调制信号，即各信标机的载波是相同的，但分别调制有不同的彼此正交的伪随机码，专利2中，各信标机信号为抑制载波双边带调幅信号，即各信标机的载波是相同的，但分别调制有不同频率的正弦波信号。信号调制可以在射频处实现，也可以先在中频处实现，然后再上变频到射频。第2种实现方式与第1种实现方式相比，可以充分利用已有的阵列雷达发射信道(每路中频输入信号与公共射频本振混频，经过带通滤波和功率放大后，送往每个发射天线)，具有研制周期短，开发成本低等优点。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种通用型微变形中频信标机，通过FPGA芯片来控制多片DDS芯片AD9959，来生成多路微变形中频调制信号，各路信号载波同频同相，调制方式为扩频调制或者抑制载波双边带调制。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
系统由时钟、时钟分配器、FPGA芯片及其外围电路、多片AD9959芯片以及多个带通通滤波器组BPF等构成。时钟1为有源晶振，经时钟分配器送给每片AD9959芯片的参考时钟输入脚，AD9959芯片内部各通道之间的同步由芯片本身特性确定，主AD9959芯片的SYNC_OUT输出脚与从AD9959芯片的SYNC_IN输入脚相连，实现片间各通道之间的同步。时钟2为有源晶振，送给FPGA芯片的时钟输入脚。FPGA芯片为主控芯片，其通用IO口与AD9959芯片的串行输入总线接口相连，FPGA芯片内部电路包括多路正交伪码生成电路、多路正弦波生成电路、控制逻辑电路、以及串行通信接口电路等。根据工作模式需要，可分别生成两种微变形信标机信号：(1)中频载波相同，但调制有彼此正交的伪码信号；(2)中频载波相同，但调制有不同频率的低频正弦波信号。
本发明的有益效果在于：(1)使用一种硬件平台实现了两种类型的信标机；(2)可配置能力强，多种参数可调。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为通用型微变形中频信标机电路结构框图；
图2为通用型微变形中频信标机电路工作流程图；
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
图1为通用型微变形中频信标机电路结构框图，如图所示，系统由时钟1、时钟分配器2、FPGA芯片3及其外围电路4、n片AD9959芯片51、52、5n以及n个带通滤波器组61、62、6n等构成。时钟1为25MHz高稳定度的有源晶振，时钟分配器2用于产生多个时钟1的拷贝，时钟1经时钟分配器2送给每片AD9959芯片的参考时钟输入脚。AD9959芯片内部各通道之间的同步由芯片本身特性确定，主AD9959芯片的SYNC_OUT输出脚与从AD9959芯片的SYNC_IN输入脚相连，实现片间各通道之间的同步。FPGA芯片3包括多路伪码生成电路31、多路正弦波生成电路32、控制逻辑电路33以及串行通信接口电路34等。多路伪码生成电路用于产生多路正交的伪码信号，多路正弦波生成电路用于产生多路低频正弦波信号，控制逻辑电路33用于读取扩频码信号或者正弦波信号，通过串行通信接口电路34配置每片AD9959芯片的频率控制字、幅度控制字、相位控制字，从而生成两种微变形信标机信号：(1)中频载波相同但调制有彼此正交的伪码信号；(2)中频载波相同但调制有不同频率的低频正弦波信号。每片AD9959芯片的输出经过带通滤波器组61、62、6n滤波后输出。
图2为通用型微变形中频信标机电路工作流程图，如图所示，系统工作流程包括以下步骤：
步骤s1，系统上电复位；
步骤s2，AD9959初始化设置；
在这一阶段主要完成对每片AD9959的初始化操作：(1)IO口的初始化；(2)寄存器的初始化。IO口的初始化主要包括将片选脚置为高电平，串行时钟脚SCLK，串行数据脚SDIO_0，SDIO_1，SDIO_2，SDIO_3设置为低电平(其中SDIO_0为专用的串行数据管脚),IO_UPDATE设置为0。寄存器的初始化主要包括：(1)功能寄存器1的初始化，设置FR1[22:18]芯片内部锁相倍频倍数，其它位为0；(2)功能寄存器2的初始化，设置第1片AD9959芯片的FR2[7]＝1，FR2[6]＝1，使能自动同步模式，且设置第1片AD9959工作于主控模式；设置其它AD9959芯片的FR2[7]＝1，FR2[6]＝0，使能自动同步模式，使它们工作于从机模式。
步骤s3，模式选择
在这一步，选择信标机工作模式，有两种工作模式选择，扩频模式s4和调幅模式s5。
步骤s4，扩频调制信号生成过程
这一步骤的详细操作过程如下：
步骤s41，写频率控制字，具体如下：向通道选择寄存器CSR写入通道号，然后向频率控制寄存器CFTW0写入频率控制字，完成每个芯片4个通道的载波频率设置。
步骤s42，写幅度控制字，具体如下：向通道选择寄存器CSR写入通道号，然后向频率控制寄存器ACR写入幅度控制字。FPGA输出IO_UPDATE脉冲信号更新寄存器的值。
步骤s43，读扩频码，具体如下：生成多路正交伪随机码信号，控制逻辑电路读取这些信号；
步骤s44，写相位控制字，具体如下：向通道选择寄存器CSR写入通道号，若读取的信号电平为0，则向相位控制字寄存器CPOW0写入相位0度，若读取的信号电平为1，则向相位控制字寄存器CPOW0写入相位180度。FPGA输出IO_UPDATE脉冲信号更新寄存器的值。
步骤s45，停止，具体如下：若执行停止操作，则暂停扩频调制信号电路工作并转到步骤s6退出；若不执行停止操作，则继续周期性地读取扩频码s43，写相位控制字s44，生成扩频调制信号。
步骤s5，抑制载波双边带调幅信号生成
这一步骤的详细操作过程如下：
步骤s51，写频率控制字，具体如下：向通道选择寄存器CSR写入通道号，然后向频率控制寄存器CFTW0写入频率控制字，完成每个芯片4个通道的载波频率设置，FPGA输出IO_UPDATE脉冲信号更新寄存器的值。
步骤s52，读正弦波信号，具体如下：生成多路正弦波信号，控制逻辑电路读取这些信号；
步骤s53，写相位控制字，具体如下：向通道选择寄存器CSR写入通道号，若读取的信号电平大于等于0，则向相位控制字寄存器CPOW0写入相位0度，若读取的信号电平小于0，则向相位控制字寄存器CPOW0写入相位180度。
步骤s54，写幅度控制字，具体如下：向通道选择寄存器CSR写入通道号，将读取的信号取绝对值，然后向幅度控制寄存器ACR写入绝对值。FPGA输出IO_UPDATE脉冲信号更新寄存器的值；
步骤s55，停止，具体如下：若执行停止操作，则暂停扩频调制信号电路工作并转到步骤s6退出，若不执行停止操作，则继续周期性地读取正弦波信号s52，写相位控制字s53，写幅度控制字s54，生成抑制载波双边带调幅信号。
步骤s6，退出，系统停止工作。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (3)

1.一种通用型微变形中频信标机，其特征在于：系统由时钟1、时钟分配器2、FPGA芯片3及其外围电路4、n片AD9959芯片51、52、5n以及n个带通滤波器组61、62、6n等构成。时钟1经时钟分配器2送给每片AD9959芯片的参考时钟输入脚，FPGA芯片3包括多路伪码生成电路31、多路正弦波生成电路32、控制逻辑电路33以及串行通信接口电路34等，控制逻辑电路33读取扩频码信号或者正弦波信号，通过串行通信接口电路配置每片AD9959芯片的频率控制字、幅度控制字、相位控制字，从而生成两种微变形信标机信号：(1)中频载波相同但调制有彼此正交的伪码信号；(2)中频载波相同但调制有不同频率的低频正弦波信号。
2.根据权利要求1所述的一种通用型微变形中频信标机，其特征在于：当电路工作于扩频调制模式时，FPGA控制逻辑电路首先完成每片AD9959芯片的初始化操作，然后向每片AD9959芯片写入频率控制字，设置中频载波频率，写幅度控制字，设置每路信号幅度，接着周期性地读取扩频码生成电路所产生的每路扩频码信号，如读取的信号为0，则向AD9959芯片写相位控制字0度；如读取的信号为1，则向AD9959芯片写相位控制字180度；如此就生成了扩频调制信号。
3.根据权利要求1所述的一种通用型微变形中频信标机，其特征在于：当电路工作于抑制载波双边带调幅模式时，FPGA控制逻辑电路首先完成每片AD9959芯片的初始化操作，然后向每片AD9959芯片写入频率控制字，设置中频载波频率，然后周期性地读取每路正弦波信号，若读取的信号电平大于等于0，则向相位控制字寄存器写入相位0度，若读取的信号电平小于0，则向相位控制寄存器写入相位180度；将读取的信号取绝对值，向幅度控制寄存器写入此绝对值；如此就生成了抑制载波双边带调幅信号。
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