CN106918802B - 一种高精度雷达码盘方位的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开高精度雷达码盘方位绝对编码计算方法，该方法用于方位向采用机械扫描雷达的方位绝对编码计算。本发明解决了常规方位绝对编码计算方法计算精度低并且对增量脉冲出现毛刺没有纠错能力的问题：方法中通过对增量码A和增量码B拼接成的变量C，设计状态机，根据C的变化规律进行编码计算。相比常规方法，本发明中的方法精度更高，对增量脉冲出现毛刺的适应力更强。

Description

一种高精度雷达码盘方位的计算方法

技术领域

本发明提出了一种新的雷达码盘方位的计算方法，该方法可以有效提高方位向采用机械扫描雷达的方位精度。

背景技术

检测并给出目标的方位信息是雷达的基本功能。对于方位上采用机械扫描的雷达，目标的方位信息是通过方位绝对编码加上角误差得到的。方位绝对编码由码盘发送的清零脉冲，增量脉冲A和增量脉冲B通过计数得到，通常他们的时序关系如图1所示。当增量脉冲A相位超前增量脉冲B四分之一周期时，雷达正转；当增量脉冲A相位落后增量脉冲B四分之一周期时，雷达反转。标准的增量脉冲都是占空比为50％的方波信号。码盘会在雷达转过一圈发送1个清零脉冲和固定个数的增量脉冲，常见的增量脉冲个数为4096。

常规的绝对编码计算方法是：清零脉冲上升沿到来，绝对编码清零。当增量脉冲A的上升沿到来时，判断当前增量脉冲B的值，如果B＝0，则编码值加1；如果B＝1，则编码值减1。以增量脉冲个数4096为例，编码值的变化范围在0到4095之间，相当于将一周360度的范围平均分成4096份，每一份代表一个绝对编码值。

常规的绝对编码计算方法精度较低，并且最大的缺点是：当出现编码计算错误时，没有自纠错能力。由于增量脉冲往往会受到干扰出现毛刺，导致增量脉冲不再是占空比为50％的标准方波，假如图1(a)中的K处出现了一个能被时钟采到毛刺，编码值就会误减1，一直到下一个清零脉冲到来才能重新正确计算编码。这样就会导致错误的方位信息。

发明内容

要解决的技术问题

本发明的目的在于针对常规方位绝对编码计算方法的不足，在雷达转动一圈增量脉冲个数不变的前提下，提出一种高精度的，具有自纠错能力的绝对编码计算方法，以提高雷达在方位向的精度。

技术方案

一种高精度雷达码盘方位的计算方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：设置状态机的四种不同状态：state1，state2，state3，state4；设置绝对编码值M的位宽为N+2，其中N与码盘在雷达转动一圈发送的增量脉冲个数有关，码盘在雷达转动一圈发送的增量脉冲个数可以表示为2的N次方；

步骤2：当清零脉冲上升沿到来时，令工作状态state＝state1，绝对编码值M＝0；

步骤3：在时钟上升沿到来时，判断工作状态state：

如果state＝state1，在工作状态为state1的情况下判断C值，当C＝11，此时再判断D的值：如果D＝10，则M＝M+1，state＝state2；如果D＝01，则M＝M-1，state＝state2；当C不等于11或者C＝11情况下D不是10或01，保持M＝0，state＝state1；所述的C为增量脉冲A和增量脉冲B按位拼成一个2比特数，即C＝{A，B}，将C延时两个时钟周期记为D；

如果state＝state2，在工作状态为state2的情况下判断C值，当C＝01，M＝M+1，state＝state3；当C＝10，M＝M-1，state＝state3；其他情况都保持M＝M，state＝state2；

如果state＝state3，在工作状态为state3的情况下判断C值，当C＝00，此时再判断D的值，如果D＝01，则M＝M+1，state＝state4；如果D＝10，则M＝M-1，state＝state4；当C不等于00或者C＝00情况下D不是01或10，保持M＝M，state＝state3；

如果state＝state4，在工作状态为state4的情况下判断C的值，当C＝10，M＝M+1，state＝state1；当C＝01，M＝M-1，state＝state1；其他条件保持M＝M，state＝state4。

有益效果

本发明提出的一种高精度雷达码盘方位的计算方法，由于充分利用了增量脉冲A和增量脉冲B拼成的2进制数C在雷达正转和反转下的变化规律，在一个完整的增量脉冲周期有4次加1(正转)或减1(反转)运算，使得雷达在方位向的绝对编码精度能够提高4倍，并且在增量脉冲出现毛刺时有很好的纠错能力。

附图说明

图1是雷达在正转和反转时清零脉冲和两个增量脉冲关系示意图；(a)雷达正向转动；(b)雷达反向转动

图2是本发明的实现流程图；

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

实现本发明的技术思路是：首先设置状态机的四种不同状态：state1，state2，state3，和state4，将增量码A和增量码B按位拼成一个2比特数C＝{A，B}，同时将C延时两个时钟周期记为D，当清零脉冲上升沿到来时，绝对编码值M清零。时钟上升沿到来时，判断当前C的值，如果C值符合10,11,01,00,10……的变化规律，则绝对编码值M在每次C值发生变化时加1，而如果C值符合01,11,10,00,01……的变化规律，则绝对编码值M在每次C值发生变化时减1。具体在FPGA中实现，参照图2，本发明的实现步骤如下：

步骤1，参数设置：

1a)状态个数设置的准则：增量脉冲A和增量脉冲B拼成的二进制数C，在雷达正向转动时变化规律为10,11,01,00,10……，反向转动时的变化规律为01,11,10,00,01……。不论正转反转，总是00,01,10,11中的一种，因此设置state1，state2，state3，state4四种不同状态能够表示所有情况，例如：state1＝00，state2＝01，state3＝10，state4＝11或者state1＝0001，state2＝0010，state3＝0100，state4＝1000。

1b)绝对编码位宽设置准则：绝对编码位的宽取决于码盘在雷达转动一圈发送的增量脉冲的个数。通常情况下，码盘在雷达转动一圈发送的增量脉冲个数可以表示为2的N次方，那么绝对编码的位宽取N+2。以一圈4096个增量脉冲为例，则N＝12，绝对编码位宽取14。

步骤2，初次上电初始化工作状态和绝对编码值：

将清零脉冲P延时一个时钟周期，记为P0，判断当P＝1&&P0＝0时，表明清零脉冲的上升沿到来。初次上电到清零脉冲上升沿到来之前这段时间内，编码值M和当前状态state都是未定值。当清零脉冲上升沿到来时，令M＝0，工作状态state＝state1，进入步骤3，开始状态机的逻辑判断。

步骤3，工作状态state＝state1：

如果C＝11，此时再判断D的值。如果D＝10，则M＝M+1，state＝state2；如果D＝01，则M＝M-1，state＝state2。其他条件(当C不等于11或者C＝11情况下D不是10或01)保持M＝0，state＝state1。

步骤4，工作状态state＝state2：

若C＝01，则M＝M+1，state＝state3；若C＝10，则M＝M-1，state＝state3。其他条件保持M＝M，state＝state2；

步骤5，工作状态state＝state3：

如果C＝00，此时再判断D的值。若D＝01，则M＝M+1，state＝state4；若D＝10，则M＝M-1，state＝state4。其他条件(当C不等于00或者C＝00情况下D不是01或10)保持M＝M，state＝state3；

步骤6，工作状态state＝state4：

若C＝10，则M＝M+1，state＝state1；若C＝01，则M＝M-1，state＝state1。其他条件保持M＝M，state＝state4。

上述所有判断都是在时钟上升沿到来时做出的。

由于充分利用了两个增量码的组合数C在完整周期内的变化规律，使得原来只有在增量脉冲上升沿到来时进行一次加1(正转)或减1(反转)运算变成了4次加1(正转)或减1(反转)运算，将方位向的编码精度提高为常规方法的4倍。并且由于状态机的逻辑设计对增量码出现的毛刺有很强的纠错能力，如：图1(a)中的K处出现了一个能被时钟采到的毛刺，常规计算方法会误减1，并且这个错误会一直持续到下一个清零脉冲到来。而本发明中的方法则不会，分析如下：从清零脉冲P到来一直到C＝10这段时间，M＝0，工作状态state＝state1。当C从10跳变到11时，编码进行一次加1运算，工作状态state跳变一次，M＝1，state＝state2，之后维持当前状态。当C从11跳变到01时，编码进行一次加1运算，工作状态state跳变一次，M＝2，state＝state3，如果在K点采到一个毛刺，即此时C＝11，而根据状态机设计，只有在C＝00时，编码值M才会改变，因此，虽然此时增量脉冲有毛刺，但并不影响编码计算结果。上述分析表明，本发明的计算方法对增量脉冲的毛刺有很强的纠错能力。

Claims (1)

1.一种高精度雷达码盘方位的计算方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：设置状态机的四种不同状态：state1，state2，state3，state4；设置绝对编码值M的位宽为N+2，其中N与码盘在雷达转动一圈发送的增量脉冲个数有关，码盘在雷达转动一圈发送的增量脉冲个数可以表示为2的N次方；

步骤2：当清零脉冲上升沿到来时，令工作状态state＝state1，绝对编码值M＝0；

步骤3：在时钟上升沿到来时，判断工作状态state：

如果state＝state1，在工作状态为state1的情况下判断C值，当C＝11，此时再判断D的值：如果D＝10，则M＝M+1，state＝state2；如果D＝01，则M＝M-1，state＝state2；当C不等于11或者C＝11情况下D不是10或01，保持M＝0，state＝state1；所述的C为增量脉冲A和增量脉冲B按位拼成一个2比特数，即C＝{A，B}，将C延时两个时钟周期记为D；

如果state＝state2，在工作状态为state2的情况下判断C值，当C＝01，M＝M+1，state＝state3；当C＝10，M＝M-1，state＝state3；其他情况都保持M＝M，state＝state2；

如果state＝state3，在工作状态为state3的情况下判断C值，当C＝00，此时再判断D的值，如果D＝01，则M＝M+1，state＝state4；如果D＝10，则M＝M-1，state＝state4；当C不等于00或者C＝00情况下D不是01或10，保持M＝M，state＝state3；

如果state＝state4，在工作状态为state4的情况下判断C的值，当C＝10，M＝M+1，state＝state1；当C＝01，M＝M-1，state＝state1；其他条件保持M＝M，state＝state4。