CN107064922A - 一种多通道测高无线电高度表 - Google Patents

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杨健
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Abstract

本发明属于无线电测高技术领域，涉及一种多通道测高无线电高度表。其特征在于：它包括AGC放大器(1)、第一混频器(2)、第一滤波器(3)、低速AD转化器(4)、FFT变换器(5)、CPU(6)、DDS信号发生器(7)、DA转换器(8)、第二混频器(9)、第二滤波器(10)、功率放大器(11)、第二射频开关(12)、第一射频开关(13)、本振开关(14)和频率源(15)。本发明提出了一种多通道测高无线电高度表，实现了对多个方向的天线通道进行电磁波的发射与接收以及回波信号的处理，满足了弹射座椅弹射出舱后对不同方向的反射面同时进行高度测量的需要。

Description

一种多通道测高无线电高度表
技术领域
本发明属于无线电测高技术领域，涉及一种多通道测高无线电高度表。
背景技术
无线电高度表是利用电磁波进行距离探测的机载设备，目前无线电高度表多采用调频连续波或脉冲压缩测高体制。高度表通过定向天线向地面以一定角度辐射连续波或脉冲形式的电磁波，电磁波经过空间的传输经地面反射后被接收天线所接收，高度表利用电磁波传输的时间延迟计算出飞行器距离地面的高度。目前高度表收发机的射频收发单元只能实现一路射频信号的发射与接收，由于高度表的测高是通过天线定向辐射电磁波来实现，而定向天线具有方向性，只能以一定角度向被测反射面进行辐射电磁波，实现特定方向上的距离测量。在实际应用中，例如弹射座椅弹射出仓后，需要对不同方向的反射面同时进行高度测量，目前的无线电高度表无法完成这种任务。
发明内容
本发明的目的是：提出一种多通道测高无线电高度表，以便实现对多个方向的天线通道进行电磁波的发射与接收以及回波信号的处理，满足弹射座椅弹射出仓后对不同方向的反射面同时进行高度测量的需要。
本发明的技术方案是：一种多通道测高无线电高度表，其特征在于：它包括AGC放大器1、第一混频器2、第一滤波器3、低速AD转化器4、FFT变换器5、CPU6、DDS信号发生器7、DA转换器8、第二混频器9、第二滤波器10、功率放大器11、第二射频开关12、第一射频开关13、本振开关14和频率源15；AGC放大器1的射频信号输出端与第一混频器2的射频信号输入端2a连接，第一混频器2的信号输出端2b与第一滤波器3的信号输入端连接，第一滤波器3的信号输出端与低速AD转化器4的信号输入端连接，低速AD转化器4的信号输出端与FFT变换器5的信号输入端连接，FFT变换器5的信号输出端与CPU6的信号输入端6a连接，CPU的信号输出端6b与DDS信号发生器7信号输入端连接，DDS信号发生器7信号输出端与DA转换器8的信号输入端连接，DA转换器8的信号输出端与第二混频器9的信号输入端9b连接，第二混频器9的信号输出端9c与第二滤波器10的信号输入端10a连接，第二滤波器10的信号输出端10c与功率放大器11的信号输入端连接，功率放大器11的信号输出端与第二射频开关12的信号输入端12a连接，第一射频开关13的信号输出端13a与AGC放大器1的信号输入端连接,CPU6的控制信号输出端6e与第一射频开关13的控制信号输入端13b连接，CPU6的控制信号输出端6d与第二射频开关14的控制信号输入端14b连接，第一混频器2的信号输入端2c与开关14的信号输出端14a连接，第二滤波器10的信号输出端10b与开关14的信号输入端14c连接，开关14的信号输入端14b与频率源15的信号输出端15a连接，频率源15的信号输入端15c与CPU6的信号输出端6c连接，频率源15的信号输出端15b与第二混频器9的信号输入端9a连接。
本发明的优点是：提出了一种多通道测高无线电高度表，实现了对多个方向的天线通道进行电磁波的发射与接收以及回波信号的处理，满足了弹射座椅弹射出舱后对不同方向的反射面同时进行高度测量的需要。
附图说明
图1是本发明的电路原理结构框图。
具体实施方式
下面对本发明做进一步详细说明。参见图1，一种多通道测高无线电高度表，其特征在于：它包括AGC放大器1、第一混频器2、第一滤波器3、低速AD转化器4、FFT变换器5、CPU6、DDS信号发生器7、DA转换器8、第二混频器9、第二滤波器10、功率放大器11、第二射频开关12、第一射频开关13、本振开关14和频率源15；AGC放大器1的射频信号输出端与第一混频器2的射频信号输入端2a连接，第一混频器2的信号输出端2b与第一滤波器3的信号输入端连接，第一滤波器3的信号输出端与低速AD转化器4的信号输入端连接，低速AD转化器4的信号输出端与FFT变换器5的信号输入端连接，FFT变换器5的信号输出端与CPU6的信号输入端6a连接，CPU的信号输出端6b与DDS信号发生器7信号输入端连接，DDS信号发生器7信号输出端与DA转换器8的信号输入端连接，DA转换器8的信号输出端与第二混频器9的信号输入端9b连接，第二混频器9的信号输出端9c与第二滤波器10的信号输入端10a连接，第二滤波器10的信号输出端10c与功率放大器11的信号输入端连接，功率放大器11的信号输出端与第二射频开关12的信号输入端12a连接，第一射频开关13的信号输出端13a与AGC放大器1的信号输入端连接,CPU6的控制信号输出端6e与第一射频开关13的控制信号输入端13b连接，CPU6的控制信号输出端6d与第二射频开关14的控制信号输入端14b连接，第一混频器2的信号输入端2c与开关14的信号输出端14a连接，第二滤波器10的信号输出端10b与开关14的信号输入端14c连接，开关14的信号输入端14b与频率源15的信号输出端15a连接，频率源15的信号输入端15c与CPU6的信号输出端6c连接，频率源15的信号输出端15b与第二混频器9的信号输入端9a连接。
本发明的工作原理是：多通道测高无线电高度表通过向地面发射射频信号并接收地面反射回来的信号计算载机距地高度，采用调频连续波模式，通过测量发射信号和接收信号的差频来计算高度；高度表的射频收发单元具有多个(6路)收发通道，利用分时切换射频通道的方式，使得射频通道每隔15ms自动切换至下一通道进行测高，高度表能够在90ms内完成全部6路射频通道的测高。
多通道测高无线电高度表硬件具体实现步骤如下：
1、多通道测高无线电高度表分为射频收发单元和信号解算单元，射频收发单元与信号解算单元采用电连接器互连，信号解算单元对射频收发单元进行供电、射频开关定时切换以及工作状态控制。
2、射频收发单元用于调频连续波的发射和接收。调频连续波模式下，射频发射通道将DA转换器输出的中频信号经第二混频器上混频后经过第二滤波器后进行滤波，之后经过功率放大后从发射天线向地面发射，同时，部分功率(直接信号)经本振开关进入接收通道的第一混频器，用于接收信号的下混频；射频接收通道接收接收天线输出的射频信号，经AGC放大器放大后通过第一混频器下混频得到差频信号，经过第一滤波器进行滤波后输出给信号解算电路进行中频信号的处理以及高度的解算。
3、信号解算单元主要用于高度表的电源管理、射频开关的切换控制、差频信号的处理、高度信息的解算。信号解算单元提供无线电高度表所需电源并通过低速AD转换器接收射频处理电路输出的差频信号，AD转换后经FFT变换器将其转换为频谱信号，然后通过CPU解算获取高度信息，同时CPU控制DDS发生器输出线性调频发射信号，然后经DA转换器输出给射频处理单元。另外,射频开关的切换控制通过CPU进行控制，CPU管脚通过发送三路CMOS电平信号的高低电平，定时控制第一射频开关和第二射频开关选通某一射频通道发送与接收，完成射频通道的切换功能。
4、无线电高度表的软件贮存在信号处理单元的CPU中，主要完成高度表工作状态管理、高度信息解算、射频通道切换控制等功能。
无线电高度表工作模式为调频连续波模式。当高度表开始上电工作时，高度表首先在第一射频通道进行高度搜索，共搜索三次，当搜索到有目标后高度表进入调频连续波模式下的跟踪状态，并进行高度解算。每个测高通道的测高时间为15ms,软件每隔15ms定时控制CPU切换射频开关,使高度表进行下一通道的测高任务。
实施例
发明一种多通道测高的无线电高度表，采用调频连续波的测高体制进行高度的测量，通过在高度表的射频收发单元中增加程控射频开关电路，利用FPGA对射频开关的通道进行切换控制，将发射的射频信号分时顺序切换到各个射频通路进行发射与接收。高度表信号处理单元顺序对每一路射频通路的回波信号进行处理并解算出高度值。
调频连续波体制的测高过程中采用FPGA作为核心控制芯片，利用其实现FFT变换、DDS信号发生等功能。信号解算单元接收射频收发单元输出的10KHz～7.5MHz差频信号，并经AD进行采集后通过FFT测频获得高度信息。无线电高度表可以实现0米～2000米的测高，且测高精度可以达到：±0.6m或±2％H(取大者)。
为保证高度表多通道测高的实时性，将单通道测高的时间控制在15ms,单次测高时间为4ms，15ms内将进行3次高度的搜索测量。出现高度目标则对高度目标进行高度解算。15ms后CPU通过控制射频开关电路对射频通路进行切换，使得高度表进行下一射频通道的测量。射频开关的隔离度为>85dB,插入损耗为<0.4dB，切换时间为<20ns,ns级别的转换时间较短，有效减少了通道转换过程中的时间延时。第二射频通道的测高过程与第一通道完全一致，6个射频通道依次进行测高过程，整个测高过程将会在90ms内完成，有效保证了高度表各方向测高的实时性。

Claims (1)

1.一种多通道测高无线电高度表，其特征在于：它包括AGC放大器(1)、第一混频器(2)、第一滤波器(3)、低速AD转化器(4)、FFT变换器(5)、CPU(6)、DDS信号发生器(7)、DA转换器(8)、第二混频器(9)、第二滤波器(10)、功率放大器(11)、第二射频开关(12)、第一射频开关(13)、本振开关(14)和频率源(15)；AGC放大器(1)的射频信号输出端与第一混频器(2)的射频信号输入端(2a)连接，第一混频器(2)的信号输出端(2b)与第一滤波器(3)的信号输入端连接，第一滤波器(3)的信号输出端与低速AD转化器(4)的信号输入端连接，低速AD转化器(4)的信号输出端与FFT变换器(5)的信号输入端连接，FFT变换器(5)的信号输出端与CPU(6)的信号输入端(6a)连接，CPU的信号输出端(6b)与DDS信号发生器(7)信号输入端连接，DDS信号发生器(7)信号输出端与DA转换器(8)的信号输入端连接，DA转换器(8)的信号输出端与第二混频器(9)的信号输入端(9b)连接，第二混频器(9)的信号输出端(9c)与第二滤波器(10)的信号输入端(10a)连接，第二滤波器(10)的信号输出端(10c)与功率放大器(11)的信号输入端连接，功率放大器(11)的信号输出端与第二射频开关(12)的信号输入端连接，第一射频开关(13)的信号输出端(13a)与AGC放大器(1)的信号输入端连接,CPU(6)的控制信号输出端(6e)与第一射频开关(13)的控制信号输入端(13b)连接，CPU(6)的控制信号输出端(6d)与第二射频开关(14)的控制信号输入端(14b)连接，第一混频器(2)的信号输入端(2c)与开关(14)的信号输出端(14a)连接，第二滤波器(10)的信号输出端(10b)与开关(14)的信号输入端(14c)连接，开关(14)的信号输入端(14b)与频率源(15)的信号输出端(15a)连接，频率源(15)的信号输入端(15c)与CPU(6)的信号输出端(6c)连接，频率源(15)的信号输出端(15b)与第二混频器(9)的信号输入端(9a)连接。
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