CN110879387A - 一种基于无线电宽带信号测距仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无线电宽带信号测距仪，包括：位于在起点的主设备和位于终点的从设备，主设备生成两路信号一路为数字宽带信号，另外一路信号为正弦波信号，两路信号进行正交调制合并，形成测距信号，主设备将测距信号发送给从设备，从设备对测距信号进行处理后发回主设备，主设备接收到回传的测距信号，对测距信号进行解调，获得时间信息和本地时间信息计算差得到T0；获得主设备的固有延时T1和从设备的固有延时T2；测距信号在起点和终点之间传输的时间T；基于测距信号在起点和终点之间传输的时间T和测距信号的传输速度，计算获得起点与终点之间的距离；本测距仪实现难度小，在硬件单元上实现了高精度的时间自同步，且测量准确率高。

Description

一种基于无线电宽带信号测距仪

技术领域

本发明涉及测距仪领域，具体地，涉及一种基于无线电宽带信号测距仪。

背景技术

人类对无线电信号的认知由来已久，无线电广泛用于通信，雷达，医疗，测量等领域。在测量上，可利用无线电信号测距，从而实现定位和测速等。无线电信号的传输速度和光速一样，测量两点之间的距离是通过测量无线电信号在两点间的传输时间差(比如TDOA测量)，或者通过回波测量信号的强度(RSSI)计算。现在的测距包含红外测距，超声波测距，雷达测距(无线电反射)，无线电测距(主从测距仪)，激光测距。

超声波传感器一般作用距离较短，普通的有效探测距离都在5-10m之间，精度达到厘米。红外测距仪可以达到最大实现几公里内的距离测量，精度比超声波差，但是容易受到外界环境比如日光，烟雾、灰尘或者其他相近波长光源的干扰。雷达测距需要很大的发射功率，接收机需要很高的灵敏度，如果测试距离越远，需要的功率也越大。激光测距仪采用激光作为载体，由于激光波长(千纳米左右)太短，波长固定，一般采用间接调制，不适合更精细相位的相位测量，比如相差1度或者几度的相位差提取。

发明内容

本发明提供了一种基于无线电宽带信号测距仪，目的是解决现有技术中存在的缺陷，本测距仪实现难度小，测量准确率高。

为实现上述发明目的，本申请提供了一种基于无线电宽带信号测距仪，所述测距仪包括：主设备和从设备，位于在起点的主设备和位于终点的从设备的中的测距信号为多体制信号。主设备生成测距信号的方式为：首先产生两路信号，其中一路编码时间数据经过数字调制成数字宽带信号，另外一路信号为相位连续的正弦波信号，两路信号进行正交调制合并，形成多体制测距信号，主设备将测距信号发送给从设备，从设备对测距信号进行处理后发回主设备；

主设备接收到回传的测距信号，对测距信号进行解调，根据主设备当前内部的时间戳和接收下来的外部时间戳计算差得到Ta(大时间)；计算主设备当前的正弦波和主设备解调下来的正弦波相位差得到Tb(小时间)，主设备和从设备的系统校准时间Tc，测距信号在起点和终点之间传输的时间T＝(Ta+Tb)/2+Tc；大时间按FPGA内时钟计算，精度可达到几个nS，小时间达按照正弦波相位差计算，精度可达到ps。

基于测距信号在起点和终点之间传输的时间T和测距信号的传输速度，计算获得起点与终点之间的距离。

其中，本发明的实现基本原理是测量大时间加小时间，最后减去系统校准时间的方法。主设备发送带有时间信息的波形的多体制信号(即包含大时间信息和小时间信息的宽带无线电信号)，发送的无线信号通过无线传输，经过一定时间到达目的地。目的地从设备实现对无线电信号解调后原样转发。目的端的从设备接收无线电信号，然后下变频，模拟信号从ADC采样进入FPGA，在FPGA内部是实现解调，然后由FPGA原样转发，从DAC输出模拟信号，经过上变频，功放和天线。无线电信号再经过原来的空间路径回传到原点。主设备接收到传输回来无线电信号，解调提取出时间信息和本地时间信息计算差得到T0。另外，需要校准两套设备的固有延时。主设备从DAC发出，然后从ADC接收回FPGA，有个固有延时。这个固有延时T1，通过系统校准。同样，从设备从ADC接收，再从DAC发送出去，这里也有个固有延时，这个固有延时T2，也要通过系统校准。无线电信号在两点间传输的时间T＝(Ta+Tb)/2+Tc。即把总的时间减去转发机信号的校准时间，再减去发射端的校准时间，这个差值时间再除以2，结果就是无线电信号在测量的两点传输时间。算出这个时间后，再乘以无线电传输的速度，这个乘积就是两点间的距离。测距精度由时间精度决定。

优选的，主设备和从设备的硬件组成相同均包括：时差信号处理单元、变频通道、功放单元和天线，；

时差信号处理单元包括：时钟晶体或者外部参考时钟、ADC、DAC、锁相环、DSP和FPGA；时差信号处理单元产生无线电基带调制信号，发射时候通过变频通道把基带信号和本振混频变换到更高频率，根据通信测控和无线电管理需求，选择一次变频或者多次变频变换到所需的中心频率，功放模块根据通信距离需求，选择合适的输出信号功率放大增益。

其中，主从两台无线电测距仪在硬件单元上统一，软件处理上功能不同。高精度无线宽带测距仪实现分为硬件单元和软件流程。该发明的单元突出特点是硬件单元上实现了高精度的时间自同步，上电后的同步由硬件完成，不需要软件再作校准，同步时间测量精度10ps以内(外部参考时钟稳定度10E-9)，同时软件流程提出了用数字调制信号和连续正弦波信号相结合的多体制信号作为时间测量信号的方法。

优选的，FPGA实现与ADC和DAC的数据通信，在FPGA内实现基带信号的调制、解调和波形的变换，FPGA把解调后的数据发送给DSP，由DSP进行最终数据处理。

优选的，FPGA发送的数字波形变成模拟的波形信号，由DAC按照采样时钟频率变换成模拟信号，拟信号送入到变频通道，经过功放放大，由天线发射出去；无线电信号的接收通道从天线接收的无线电信号，经过功率放大器，经过变频通道下变频，由ADC把模拟信号转换数字信号，在FPGA内进行数字波形的解调和波形恢复；FPGA在接收端，把抽取出来的数字信号经过处理，部分数据传输到DSP，在DPS内做时间综合测量。

优选的，主设备中的FPGA将一路时间戳信息经二进制转化后经过差分编码，按照4相位BPSK/QPSK调制，每隔固定的时间间隔，发送端插入帧头；调制的另外一路数据是正弦波，发送调制的时候，主设备中的FPGA1内部将两路信号和正交连续波进行正交调制相加合成一路波形信号，经过DAC输出；在接收端利用复数正交解调还原信号，恢复出两路信号，一路相位连续的正弦波，一路为QPSK信号，对QPSK信号解调，提取出帧头信号和数字序列，在字对齐后，提取出接收信号中当前信号的时间戳信息，在从设备端把信号在FPGA2内部经过放大，转发回主设备端。

优选的，测距信号的总传输时间T＝Ta+Tb+Tc，如果由多普勒频偏，则测距信号的总传输时间T＝Ta+Tb+Tc+Td，其中：Ta为大时间，Tb为小时间，Tc为系统校准时间，Td为多普勒补偿时间。

主设备端把本地的时间和接收的时间计算差值，得到无线电的传输大时间T。这个时间再减去本地发射机的自环校准时间，同时减去远端转发机的自环校准时间。通过时间戳的差值得到的时间无线电信号的传输时间，这个时间是大时间Ta。同时把本地正弦波和解调出来的正弦波进行相位差运算，这个相位差转化成时间差，这个时间差就是更精确的小时间Tb。T＝Ta+Tb。总的时间T等于大时间Ta加上小时间Tb。同时系统校准时间是Tc。T＝Ta+Tb+Tc。

对于系统校准时间Tc的计算。在测试仪器上把两台设备通过外部电缆短接，设置适当的发射信号功率，做收发信号的自环，由于距离近，大时间为0。但是小时间不为0。所以要计算发送的正弦信号和自环回来的解调后的正弦波信号相位差，按照正弦波的频率转化成时间，计算出设备的校准时间Tc。

对于测试相对运动速度大的物体间的距离，解调出来的正弦波频率和发送的正弦波频率进行精确比较，还要作多普勒频率校准，频率校准后时间校准Td。总的时间T等于大时间Ta加上小时间Tb，再加多普勒补偿时间Td，即T＝Ta+Tb+Tc+Td。

优选的，FPGA的型号为XC7VX690T，DSP的型号为TMS320C6671，ADC的型号为TI12D1800，DAC的型号为AD9739。

优选的，外部输入信号经过SMA，再经过巴伦阻抗匹配，输入到ADC，ADC对模拟信号采样，把模拟信号变成数字信号，经过高速LVDS接口，输入到FPGA内部；FPGA通过LVDS把数字信号输入到DAC的数据接口，经过DAC转换，变成模拟信号，模拟信号经过宽带放大器，然后经过巴伦输出到SMA端口。

优选的，时差信号处理单元设有2个时钟进行同步，第一个时钟同步是采样时钟，采样时钟同时输入到ADC和DAC，另外一个时钟同步是在FPGA内部要对ADC、DAC和FPGA数据处理的并行时钟同步。

本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明中的测距仪在硬件单元上实现了高精度的时间自同步，上电后的同步由硬件完成，不需要软件再作校准，硬件单元实现的同步时间测量精度10ps以内(在外部参考时钟稳定度10E-9，相位噪声小于-115dBc/Hz@100Hz)，同时测距仪中的软件采用用数字调制信号和连续正弦波信号相结合的多体制信号作为时间测量信号的方法，算法的测量精度随着参考时钟和相位误差精度提高而更高。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；

图1是本申请中基于无线电宽带信号测距仪的组成示意图；

图2是本申请中基于无线电宽带信号测距仪的硬件框图；

图3是本申请中总的时间T的总体示意图；

图4是解调载波相差为0时解调的正弦波比较示意图；

图5是解调载波相差为1度时解调的正弦比较示意图；

图6是解调载波相差为5度时解调的正弦比较示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

请参考图1，本发明公开了一种高精度无线宽带信号测距仪。测量时差，时差距在1ns就会有30厘米的误差。在待测试距离的两个位置点上分别放置一个设备，总共需要两个设备。在起点的一台设备(称作主设备)，经过天线发送无线电信号，在终点的另外一台设备(称作从设备)通过天线接收，并经过从设备经过放大后转发信号。无线电信号由从设备再回传到主设备。主设备接收到回传的无线电信号，经过处理，提取出相关的时间信息，计算出无线电信号在两点间传输的时间，从而实现测距。主从两台无线电测距仪在硬件单元上统一，软件处理上功能不同。高精度无线宽带测距仪实现分为硬件单元和软件流程。该发明的单元突出特点是硬件单元上实现了高精度的时间自同步，上电后的同步由硬件完成，不需要软件再作校准，同步时间测量精度10ps以内(外部参考时钟稳定度10E-9)，同时软件流程提出了用数字调制信号和连续正弦波信号相结合的多体制信号作为时间测量信号的方法。

硬件单元分成高精度时差处理单元，变频通道，和功放模块和天线，以及高稳定度的时钟晶体或者外部参考时钟(比如铯钟或者铷钟)。高精度时差处理单元包含高速ADC(模数转换器)和高速DAC(数模转换器)，锁相环和DSP(数字信号处理器)和FPGA(可编程逻辑器件)。高精度时差处理单元产生无线电基带调制信号，发射时候通过变频通道把基带信号和高频率本振混频，变换到更高频率。根据通信测控和无线电管理需求，选择一次变频或者多次变频变换到所需的中心频率。功放模块根据通信距离需求，选择合适的输出信号功率放大增益。

下面介绍本发明实施例中重点信号处理流程：

软件单元由DSP负责信号处理流程，FPGA实现与ADC，DAC的高速数据通信，以及在FPGA内实现基带信号的调制，解调，载波相差计算，波形的变换。同时，FPGA把解调后的数据发送给DSP，由DSP进行最终数据计算处理。软件单元的无线电信号发送通道是，FPGA发送的数字波形变成模拟的波形信号，由高速DAC按照采样时钟频率变换成模拟信号，这个模拟信号送入到变频通道，经过功放放大，由天线发射出去。无线电信号的接收通道从天线接收的无线电信号，经过功率放大器，经过变频通道下变频，由高速ADC把模拟信号转换数字信号，再在FPGA内进行数字波形的解调和波形恢复。FPGA在接收端，把抽取出来的数字信号经过处理，部分数据传输到DSP，在DPS内做时间综合测量，最后把测量结果通过网口传输到电脑。

本发明的实现基本原理是测量出大时间和小时间，以及系统校准时间。主设备发送带有时间信息的波形的多体制信号(即包含大时间信息和小时间信息的宽带无线电信号)，发送的无线信号通过无线传输，经过一定时间到达目的地。位于目的端的从设备实现对无线电信号接收、解调后原样转发。目的端的从设备接收无线电信号，然后下变频，模拟信号从ADC采样进入FPGA2，在FPGA2内部是实现解调，然后由FPGA2原样转发，再从DAC输出模拟信号，经过上变频，功放和天线实现转发。无线电信号再经过原来的空间路径回传到原点。主设备接收到传输回来无线电信号，解调提取出时间信息经过计算得信号传输时间。再减去校准系统时间。

信号从主设备发出，经过从设备转发，再回到主设备，信号经过这段路径的延时，即系统延时。系统延时需要校准。

高精度无线宽带信号测距仪主要组成部分为高精度时差处理单元。下面对这个单元硬件和软件作介绍，基带信号处理单元的硬件具体实现如下：

高精度时差处理单元采用FPGA XC7VX690T和DSP TMS320C6671，以及高速数模转换器去采用美国德州仪器的AD12D1800和高速数模转换器，采用美国模拟器件公司AD9739作为硬件单元。通过高速大宽带的ADC、DAC、时钟锁相环和FPGA、DSP实现软件无线电。从外部输入100M高稳定度参考时钟，时钟芯片采用低相噪，超低抖动的锁相环，产生稳定的时钟。ADC和DAC均工作在1800MHz的采样时钟频率下。

外部输入信号经过SMA，再经过巴伦阻抗匹配，输入到ADC，ADC对模拟信号采样，把模拟信号变成数字信号，经过高速LVDS接口，输入到FPGA内部。FPGA通过LVDS把数字信号输入到DAC的数据接口，经过DAC转换，变成模拟信号，模拟信号经过宽带放大器，然后经过巴伦输出到SMA端口。

单元的自动校准需要在高精度时差信号处理单元要进行2类时钟的同步，第一类时钟同步是高速采样时钟，本发明中时1800MHz的采样时钟同时输入到高速ADC和DAC。另外一类时钟同步是在FPGA内部要对ADC，DAC，FPGA数据处理的并行时钟同步，这在FPGA内部实现。同步数据处理的并行时钟相位和高速采样时钟保持固定的相位，高精度时差信号处理单元的硬件方框图如2。

软件信号处理的具体实现如下：

在FPGA内部生成多体制信号，包含2路及以上的信号，信号的带宽100M以内。两路信号中，其一路经过数字调制比如BPAK(QPSK等)调制成2个相位(4个相位)的数字宽带信号。数字调制信号作为大时间。另外一路信号为相位连续的正弦波信号，该路信号作为小时间。把这两路信号正交调制合并，形成新调制信号，用于测距。

调制的大数据是时间戳，是递增的数字的数据字，这个数据字的位宽是32位或者64位(按照二进制数计算)，而且这个数字是递增的序列。这个递增的数据序列是按照FPGA的时钟产生的，把这个序列作为FPGA1内部的时间戳数据。这个时间戳要发送出去。如果需要测量更远的距离，需要的时间戳信息数字越大，数的位宽越宽，比如从32位数据扩张到64位的数。把这个时间戳信息，经二进制转化后，经过差分编码，按照4相位BPSK/QPSK调制，每次调制1～2个位(bit)。同时加上帧头，帧头的时间长度是固定的波形的整数周期，长度比如32个波形。每隔固定的时间间隔，发送端插入帧头。通过在发送端插入帧头，在接收端通过对波形识别很容易提取出帧头，能分辨出数据的起始位置，从而方便进行接收端数据字的对齐。把数据字按32位或者64位对齐后才能还原出时间戳数据。调制的另外一路数据是正弦波(这个是小时间)，发送调制的时候，FPGA1内部，再把这两路信号和正交连续波进行正交调制相加合成一路波形信号，经过DAC输出。FPGA内正交调制的本振信号频率可以根据频率需求灵活设置，最大可以到900MHz。这样调制后输出信号带宽为BPSK/QPSK信号带宽，信号中同时包含有相位连续的正弦波和携带数字信息的多体制调制信号。在接收端利用复数正交解调还原信号，恢复出两路信号，一路相位连续的正弦波，一路为QPSK信号。对QPSK信号解调，提取出帧头信号和数字序列，在字对齐后，提取出接收信号中当前信号的时间戳信息。在从设备端，把接收下来的数据依据实际测量需要，要把信号在FPGA2内部经过放大，数字的纠错，再转发回主设备端。

主设备端把本地的时间和接收的时间计算差值，得到无线电的传输总时间T。通过时间戳的差值得到的时间无线电信号的传输时间，这个时间是大时间Ta。同时把本地正弦波和解调出来的正弦波进行相位差运算，这个相位差转化成时间差，这个时间差就是更精确的小时间Tb。总的时间T等于大时间Ta加上小时间Tb，T＝Ta+Tb，如图3。这个时间除以2再减去系统校准时间。同时系统校准时间是Tc。T＝(Ta+Tb)/2+Tc。图3左上方是主站发送的时间戳包含大时间和连续正弦波；图3左方下是接收到的时间戳和连续正弦波。图3右上边是从站接收时间信息；图3的右下方波形是转发的时间信息。

对于系统校准时间Tc的计算。在测试仪器上把两台设备通过外部电缆短接，设置适当的发射信号功率，做收发信号的自环，由于距离近，大时间为0。但是小时间不为0。所以要计算发送的正弦信号和自环回来的解调后的正弦波信号相位差，按照正弦波的频率转化成时间，计算出设备的校准时间Tc。

对解调出来的正弦波频率和发送的正弦波频率进行精确比较，如果频率不一致，还要作多普勒频率校准，频率校准后时间校准Td。总的时间T等于大时间Ta加上小时间Tb，再加多普勒补偿时间Td，即T＝Ta+Tb+Tc+Td。

整个主机和从机采用统一高稳定度时钟参考源，可认为系统之间参考不存在频率差异，相位差异通过设置固定偏移纠正或者采用锁相环校准，锁相环的相位精度必须满足系统指标要求，比如签相精度达到0.01度。时间测量的高精度取决于小时间，即信号中包含的接收和发送的正弦波信号的精度误差以及硬件单元自身的误差。本发明中高精度时差处理单元上测量的时间精度达到10ps内(外部参考时钟稳定度10E-9，相位噪声小于-115dBc/Hz@100Hz)。

用于测量小时间按的正弦波信号的经过了上下变频，从基带产生的正弦波信号经过上变频后，在接收端经过下变频。而经过上下变频后的基带正弦波，由于经过发射和接收的上下变频后，频率和相位都会发生变化。但是，由于发射和接收射频载波时由锁相环倍频对本地时钟倍频后产生，同时分频后送给时差处理单元，保证锁相环和参考时钟同相。在整个系统中采用高稳定度时钟，通常为10E-12以上(取决于应用精度)，所以主机(从机)的射频频率和基带时钟相位始终是统一的。主设备和从设备之间，采用高稳定的参考时钟，它们各自的频率源于外参考倍频，所以倍频后的载波频率也一致。但是它们各自采用的参考输入的相位有差异，会导致射频的载波的相位差异。而这种差异在解调后，通过三角函数计算，最后转换成基带的相位差异。解调后Q路基带信号的三角函数表示为：

I路基带信号的三角函数表示为：

θ为QPSK调制相位，Δf为本震和载波的频差，t为接收时间，

为载波相位差。

另外一个相位变化是由于载波在测试点间由于距离引起的载波相位差。假设测试主从设备间的距离R，无线电信号的波长λ，则接收点距离发射点载波相位差为：

这些相位差最终都要通过计算消除或者补偿。

请参考图4，图4为解调载波相差为0时解调的正弦波比较示意图，其中，横坐标表示时间，纵坐标表示幅度。

请参考图5，图5为解调载波相差为1度时解调的正弦比较示意图，其中，横坐标表示时间，纵坐标表示幅度。

请参考图6，图6为解调载波相差为5度时解调的正弦比较示意图，其中，横坐标表示时间，纵坐标表示幅度。

对于参考时钟的稳定度带来的系统误差，假定晶体稳定度为1E-12，对于1G的载波，带来1/1000Hz，转换成角度，即0.36度误差。如果发送的正弦波为100Mhz，周期为10ns，即10000ps。参考时钟带来的系统误差就是10000*0.36/360＝10ps。如果系统误差要求更高，则将提高进一步提高晶体稳定度。

在外部时钟晶体加电后，等晶体稳定后，再把主从机系统复位，等锁相环锁定后，由于晶体的相位差异保持恒定，接收和发射机晶体恒定相差带来的基带正弦波相位差异也保持恒定。通过计算出相位误差，提取出载波相位差，并消除载波相位误差，然后作自环作校准，整个系统的时间测量差异，就只取决于基带单元的同步精度和外参考时钟输入稳定度。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种基于无线电宽带信号测距仪，其特征在于，所述测距仪包括：主设备和从设备，其中，位于在起点的主设备和位于终点的从设备发送的测距信号均为多体制信号；主设备生成两路信号，其中一路信号为编码时间数据经过数字调制成数字宽带信号，另外一路信号为相位连续的正弦波信号，两路信号进行正交调制合并，形成多体制测距信号及测距信号，主设备将测距信号发送给从设备，从设备对测距信号进行处理后发回主设备；

主设备接收到回传的测距信号，对测距信号进行解调，根据主设备当前内部的时间戳和接收下来的外部时间戳计算差得到Ta；计算主设备当前的正弦波和主设备解调下来的正弦波相位差得到Tb，主设备和从设备的系统校准时间Tc，测距信号在起点和终点之间传输的时间T＝(Ta+Tb)/2+Tc；

基于测距信号在起点和终点之间传输的时间T和测距信号的传输速度，计算获得起点与终点之间的距离。

2.根据权利要求1所述的基于无线电宽带信号测距仪，其特征在于，主设备和从设备的硬件组成相同均包括：时差信号处理单元、变频通道、功放单元和天线；

时差信号处理单元包括：时钟晶体或者外部参考时钟、ADC、DAC、锁相环、DSP和FPGA；时差信号处理单元产生无线电基带调制信号，发射时候通过变频通道把基带信号和本振混频变换到更高频率，根据通信测控和无线电管理需求，选择一次变频或者多次变频变换到所需的中心频率，功放模块根据通信距离需求，选择合适的输出信号功率放大增益。

3.根据权利要求2所述的基于无线电宽带信号测距仪，其特征在于，FPGA实现与ADC和DAC的数据通信，在FPGA内实现基带信号的调制、解调和波形的变换，FPGA把解调后的数据发送给DSP，由DSP进行最终数据处理。

4.根据权利要求3所述的基于无线电宽带信号测距仪，其特征在于，FPGA发送的数字波形变成模拟的波形信号，由DAC按照采样时钟频率变换成模拟信号，拟信号送入到变频通道，经过功放放大，由天线发射出去；无线电信号的接收通道从天线接收的无线电信号，经过功率放大器，经过变频通道下变频，由ADC把模拟信号转换数字信号，在FPGA内进行数字波形的解调和波形恢复；FPGA在接收端，把抽取出来的数字信号经过处理，部分数据传输到DSP，在DPS内做时间综合测量。

5.根据权利要求2所述的基于无线电宽带信号测距仪，其特征在于，主设备中的FPGA1将一路时间戳信息经二进制转化后经过差分编码，按照2相/4相位BPSK/QPSK调制，每隔固定的时间间隔，发送端插入帧头；调制的另外一路数据是正弦波，发送调制的时候，主设备中的FPGA1内部将两路信号和正交连续波进行正交调制相加合成一路波形信号，经过DAC输出；到达从设备，从接收端利用复数正交解调还原信号，恢复出两路信号，一路相位连续的正弦波，一路为QPSK信号，对QPSK信号解调，提取出帧头信号和数字序列，在字对齐后，提取出接收信号中包含此信息发送的时间，在从设备端把信号在FPGA2内部经过放大，转发回主设备端，主设备经过变频通道，最终FPGA1接收，并解调出信号。

6.根据权利要求1所述的基于无线电宽带信号测距仪，其特征在于，测距信号的总传输时间T＝(Ta+Tb)/2+Tc，Ta为时间戳的差，Tb为相位差，Tc为系统校准时间。

7.根据权利要求1所述的基于无线电宽带信号测距仪，其特征在于，测距信号的总传输时间T＝(Ta+Tb)/2+Tc+Td，Ta为时间戳的差，Tb为相位差，Tc为系统校准时间，Td为多普勒补偿时间。

8.根据权利要求2所述的基于无线电宽带信号测距仪，其特征在于，FPGA的型号为XC7VX690T，DSP的型号为TMS320C6671，ADC的型号为TI 12D1800，DAC的型号为AD9739。

9.根据权利要求2所述的基于无线电宽带信号测距仪，其特征在于，外部输入信号经过SMA，再经过巴伦阻抗匹配，输入到ADC，ADC对模拟信号采样，把模拟信号变成数字信号，经过高速LVDS接口，输入到FPGA内部；FPGA通过LVDS把数字信号输入到DAC的数据接口，经过DAC转换，变成模拟信号，模拟信号经过宽带放大器，然后经过巴伦输出到SMA端口。

10.根据权利要求2所述的基于无线电宽带信号测距仪，其特征在于，时差信号处理单元设有2个时钟进行同步，第一个时钟同步是ADC/DAC采样时钟，采样时钟同时输入到ADC和DAC，另外一个时钟同步是在FPGA内部要对ADC、DAC和FPGA数据处理的并行时钟同步。

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