CN112198539B - 一种罗兰-c大功率半周脉冲波峰和波谷采样的实现方法 - Google Patents

一种罗兰-c大功率半周脉冲波峰和波谷采样的实现方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种罗兰‑C大功率半周脉冲波峰和波谷采样的实现方法，按时间顺序依次生成四个串行数据信号并输入到各自对应的四组半周功率产生器，生成第一至第三采样触发信号，利用ADC采样模块获得第一至第三采样值；对第一至第三采样值进行判断和移相获得第一个半周波的波峰或波谷，根据第一个半周波的波峰或波谷对应的时刻点，生成第四至第六采样触发信号，获得第二个至第四个半周波的波峰值或波谷值。本发明可以有效避免对高速ADC器件的依赖，可以替代传统方案中使用高速ADC对整个四个大功率半周脉冲信号进行全采样而获得峰值和谷值的方法。

Description

一种罗兰-C大功率半周脉冲波峰和波谷采样的实现方法
技术领域
本发明涉及罗兰-C导航系统技术领域，具体涉及一种罗兰-C大功率半周脉冲波峰和波谷采样的实现方法，适用于罗兰-C导航系统控制柜中针对大功率半周脉冲波峰和波谷采样的实现方法。
背景技术
罗兰-C导航系统是一种远程高精度的大型无线电导航系统，在无线电导航系统领域中，它属于陆基、低频、脉冲相位导航体制。其作用距离可达2000公里，工作频率是100kHz，基本组成分为四大部分：地面设施、用户设备、传播媒介和应用方法。地面设施包括形成台链的一组发射台、工作区监测站和台链控制中心。一个台链由若干发射台组成，其中一个发射台为主台，其余各台为副台。发射台发射无线电导航信号，工作区监测站和台链控制中心则监测和控制信号，使信号满足系统要求。
虽然现在卫星导航系统因为全方位、全天候、全时段及高精度等优势而得到广泛的应用，但是其抗干扰能力低，如果因为受到蓄意或无意因素的干扰而出现故障或遭到破坏的话，将会影响到其众多用户的安全航行。所以，单纯的依赖卫星导航系统是不可靠的。而罗兰-C导航系统发展至今，已经建设有比较成熟的一整套系统的基础设施，并覆盖了航海、航空及陆地等世界交通运输的主要航路，其信号功率大，所以不易受到蓄意或无意的干扰。它是人们所熟悉的且是值得高度信任和依赖的导航手段。目前美国、欧洲、俄罗斯、英国、韩国及中国等许多国家在交通运输中的无线电导航政策是，把卫星导航作为主要的导航系统，而把罗兰-C无线电导航作为当卫星导航系统出现故障或被破坏时的冗余和备份系统，从而为交通运输提供导航服务。这也意味着，罗兰-C无线电导航系统依然发挥着重要的作用。
在罗兰-C导航系统的地面设施中，发射台受控于发射机控制柜。为了精确控制发播功率，需要将半周功率产生器合成的四个大功率半周脉冲通过衰减器引入控制柜系统，再通过高速ADC(通常采样率需要达到200Msps以上)对这四个大功率半周脉冲进行全采样，从众多的采样数据中分析出每个大功率半周脉冲的波峰值(或波谷值)。传统的这种方法严重依赖国外的高速ADC芯片。而通过精密移相的采样方法，可以采用5Msps甚至更低采样率的ADC实现对每个大功率半周脉冲的波峰(或波谷)进行准确采样。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的上述问题，提供一种罗兰-C大功率半周脉冲波峰和波谷采样的实现方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种罗兰-C大功率半周脉冲波峰和波谷采样的实现方法，包括以下步骤：
步骤1、按时间顺序依次生成四个串行数据信号并输入到各自对应的四组半周功率产生器，四个串行数据信号中的四个放电触发脉冲等时间间隔设置，四组半周功率产生器依次按照四个放电触发脉冲的时序分别生成对应的四个半周波并整合为两个连续正弦波作为输出波形；
步骤2、设第一个放电触发脉冲的时刻点为t0，第一个半周波的起始时刻点为t1，波形生成延迟时间为t1-t0；四个放电触发脉冲之间的时间间隔为T1/2，T1为正弦波的周期；
步骤3、生成时刻点分别为t0+T-△t、t0+T、t0+T+△t的第一采样触发信号、第二采样触发信号和第三采样触发信号，T为预设采样延迟时间，预设采样延迟时间T的初始值小于t1-t0，△t为采样间隔时间；
步骤4、ADC采样模块由第一采样触发信号、第二采样触发信号和第三采样触发信号触发采集输出波形，获得第一采样值、第二采样值和第三采样值；
步骤5、如果步骤4中的第一采样值、第二采样值和第三采样值两两之间的差值绝对值均小于等于第一设定阈值，则将预设采样延迟时间T增加△t1，第一采样触发信号、第二采样触发信号和第三采样触发信号的时刻点分别为t0+T-△t、t0+T、t0+T+△t，△t1为第一后移时间长度，返回步骤4；
如果步骤4中的第一采样值、第二采样值和第三采样值中有两两之间的差值绝对值大于第一设定阈值，则将此刻的预设采样延迟时间T作为实际采样延迟时间T2，即：此时第一采样触发信号、第二采样触发信号和第三采样触发信号的时刻点分别为t0+T2-△t、t0+T2、t0+T2+△t，进入步骤6；
步骤6、ADC采样模块由第一采样触发信号、第二采样触发信号和第三采样触发信号触发采集输出波形，获得第一采样值、第二采样值和第三采样值；
步骤7、如果步骤6中的第一采样值和第三采样值之间的差值绝对值小于第二设定阈值，则第二采样值即为第一个大功率半周波的峰值或谷值，则进入步骤10；
如果步骤6中的第一采样值和第三采样值之间的差值绝对值大于等于第二设定阈值，则第一采样触发信号、第二采样触发信号和第三采样触发信号的时刻点设置为t0+T2+△t2-△t、t0+T2+△t2、t0+T2+△t2+△t，△t2为第二后移时间长度，进入步骤8；
步骤8、ADC采样模块由第一采样触发信号、第二采样触发信号和第三采样触发信号触发采集输出波形，获得第一采样值、第二采样值和第三采样值；
步骤9、如果步骤8中的第一采样值和第三采样值之间的差值绝对值小于第二设定阈值，则第二采样值即为第一个大功率半周波的峰值或谷值，则进入步骤10；
如果步骤8中的第一采样值和第三采样值之间的差值绝对值大于等于第二设定阈值，则改变第二后移时间长度△t2，定义第二后移时间长度△t2的变化量为△d，变化量△d等于步骤8中的第三采样值和第一采样值的差值与系数KP的乘积，系数KP＝K×P，其中，K为正数系数；P为与罗兰-C相位信号相关的系数：当罗兰-C相位信号为正相位时，P等于1，当罗兰-C相位信号为负相位时，P等于-1，△d为正值，则使△t2变大；△d为负值，则使△t2变小，第一采样触发信号、第二采样触发信号和第三采样触发信号的时刻点设置为t0+T2+△t2-△t、t0+T2+△t2、t0+T2+△t2+△t，返回步骤8；
步骤10、与第二采样触发信号间隔0.5×T1、T1、1.5×T1依次生成第四采样触发信号、第五采样触发信号和第六采样触发信号，ADC采样模块由第四采样触发信号、第五采样触发信号和第六采样触发信号触发采集输出波形，获得第四采样值、第五采样值和第六采样值，第四采样值、第五采样值和第六采样值即为输出波形的第二个半周波、第三个半周波和第四个半周波的峰值或谷值。
如上所述的采样间隔时间△t等于T1/10。
如上所述的第一后移时间长度△t1和第二后移时间长度△t2的变化量△d均小于等于T1/10，△t2小于等于T1/2。
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
使罗兰-C发射控制柜仅需要采用较低采样率的ADC芯片即可准确对四个大功率半周脉冲的波峰和波谷进行采样，从而实现对发播信号功率的精确控制。
附图说明
图1为实施例中四路串行数据信号(SERDA信号)中的放电触发脉冲(DC_TRIG信号)以及合成的四个大功率半周波示意图。
图2为实施例中采样触发信号与四个大功率半周波示意图。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
图1中SERDA1为第一串行数据信号，SERDA2为第二串行数据信号，SERDA3为第三串行数据信号，SERDA4为第四串行数据信号；这四路串行数据信号分别间隔5us。DHC1、DHC2、DHC3和DHC4分别表示合成的四个大功率半周波。根据罗兰-C的四个大功率半周波的产生原理，第一个大功率半周波DHC1的波峰(或波谷，取决于当时的相位)出现在距离第一串行数据信号(即SERDA1)中的放电触发脉冲(DC_TRIG信号)约30us处。
图2中FPGA模块以第一串行数据信号(SERDA1)中的第一放电触发脉冲(DC_TRIG信号)为参考信号，生成四个触发ADC采样模块进行采样的采样触发信号CNV_A、CNV_B、CNV_C和CNV_D，这四个采样触发信号之间均间隔5us，其中CNV_A信号与DC_TRIG信号的时间间隔为T，T的默认初始值为25us。同时在第一个采样触发信号CNV_A的左右各间隔1us处分别产生两个附加采样触发信号CNV_A1与CNV_A2。
一种罗兰-C大功率半周脉冲波峰和波谷采样的实现方法，包括以下步骤：
步骤1、按时间顺序依次生成第一串行数据信号、第二串行数据信号、第三串行数据信号和第四串行数据信号(即四个SERDA信号)并输入到各自对应的四组半周功率产生器，第一串行数据信号中的第一放电触发脉冲、第二串行数据信号中的第二放电触发脉冲、第三串行数据信号中的第三放电触发脉冲和第四串行数据信号中的第四放电触发脉冲等时间间隔设置，四组半周功率产生器依次按照第一放电触发脉冲、第二放电触发脉冲、第三放电触发脉冲和第四放电触发脉冲(即四个DC_TRIG信号)的时序分别生成对应的四个半周波(DHC1、DHC2、DHC3和DHC4)并整合为两个连续正弦波作为输出波形；
步骤2、设第一放电触发脉冲的时刻点为t0，第一个半周波的起始时刻点为t1，波形生成延迟时间为t1-t0；第一放电触发脉冲、第二放电触发脉冲、第三放电触发脉冲和第四放电触发脉冲之间的时间间隔为T1/2，T1为正弦波的周期；
步骤3、生成第一采样触发信号(CNV_A1)、第二采样触发信号(CNV_A)和第三采样触发信号(CNV_A2)，第一采样触发信号(CNV_A1)、第二采样触发信号(CNV_A)和第三采样触发信号(CNV_A2)的时刻点分别为t0+T-△t、t0+T、t0+T+△t，其中T为预设采样延迟时间，预设采样延迟时间T的初始值小于t1-t0，△t为采样间隔时间；
步骤4、ADC采样模块由第一采样触发信号(CNV_A1)、第二采样触发信号(CNV_A)和第三采样触发信号(CNV_A2)触发采集输出波形，获得第一采样值(Value_A1)、第二采样值(Value_A)和第三采样值(Value_A2)；
步骤5、FPGA对获得的第一采样值(Value_A1)、第二采样值(Value_A)和第三采样值(Value_A2)进行判断：
如果步骤4中的第一采样值(Value_A1)、第二采样值(Value_A)和第三采样值(Value_A2)两两之间的差值绝对值均小于等于第一设定阈值，则表明在CNV_A1、CNV_A和CNV_A2这三处暂时未发现大功率半周波(半周脉冲)，则将预设采样延迟时间T增加△t1，第一采样触发信号、第二采样触发信号和第三采样触发信号的时刻点为t0+T-△t、t0+T、t0+T+△t，实现第一采样触发信号、第二采样触发信号和第三采样触发信号的时刻点均后移△t1，△t1为第一后移时间长度，即图2中需要继续向右移相来寻找大功率半周波(半周脉冲)，返回步骤4；
如果步骤4中的第一采样值(Value_A1)、第二采样值(Value_A)和第三采样值(Value_A2)其中两两之间的差值绝对值大于第一设定阈值，则表明在CNV_A1、CNV_A和CNV_A2这三处发现了大功率半周波(半周脉冲)，则将此刻的预设采样延迟时间T作为实际采样延迟时间T2，即：此时第一采样触发信号(CNV_A1)、第二采样触发信号(CNV_A)和第三采样触发信号(CNV_A2)的时刻点分别为t0+T2-△t、t0+T2、t0+T2+△t。很明显实际采样延迟时间T2大于等于t1-t0，进入步骤6。
步骤6、ADC采样模块由第一采样触发信号、第二采样触发信号和第三采样触发信号触发采集输出波形，获得第一采样值(Value_A1)、第二采样值(Value_A)和第三采样值(Value_A2)；
步骤7、FPGA对获得的第一采样值(Value_A1)、第二采样值(Value_A)和第三采样值(Value_A2)进行判断：
如果步骤6中第一采样值(Value_A1)和第三采样值(Value_A2)之间的差值绝对值小于第二设定阈值，则表明CNV_A此时正处于第一个大功率半周波(半周脉冲)的波峰(或波谷)处，此时的第二采样值(Value_A)即为第一个大功率半周波(半周脉冲)的峰值(或谷值)，进入步骤10；
如果第一采样值(Value_A1)和第三采样值(Value_A2)之间的差值绝对值大于等于第二设定阈值，则将第一采样触发信号、第二采样触发信号和第三采样触发信号的时刻点设置为t0+T2+△t2-△t、t0+T2+△t2、t0+T2+△t2+△t，△t2为第二后移时间长度，进入步骤8；
步骤8、ADC采样模块由第一采样触发信号、第二采样触发信号和第三采样触发信号触发采集输出波形，获得第一采样值(Value_A1)、第二采样值(Value_A)和第三采样值(Value_A2)；
步骤9、FPGA对步骤8中获得的第一采样值(Value_A1)、第二采样值(Value_A)和第三采样值(Value_A2)进行判断：
如果第一采样值(Value_A1)和第三采样值(Value_A2)之间的差值绝对值小于第二设定阈值，则表明CNV_A此时正处于第一个大功率半周波(半周脉冲)的波峰(或波谷)处，此时的第二采样值(Value_A)即为第一个大功率半周波(半周脉冲)的峰值(或谷值)，进入步骤10；
如果第一采样值(Value_A1)和第三采样值(Value_A2)之间的差值绝对值大于等于第二设定阈值，则改变第二后移时间长度△t2，定义第二后移时间长度△t2的变化量为△d，变化量△d等于步骤8中的第三采样值和第一采样值的差值与系数KP的乘积，系数KP＝K×P，其中，K为正数系数；P为与罗兰-C相位信号相关的系数：当罗兰-C相位信号为正相位时，P等于1，当罗兰-C相位信号为负相位时，P等于-1，△d为正值，则使△t2变大；△d为负值，则使△t2变小，第一采样触发信号、第二采样触发信号和第三采样触发信号的时刻点设置为t0+T2+△t2-△t、t0+T2+△t2、t0+T2+△t2+△t，返回步骤8；
步骤10、与第二采样触发信号间隔0.5×T1、T1、1.5×T1依次生成第四采样触发信号(CNV_B)、第五采样触发信号(CNV_C)和第六采样触发信号(CNV_D)，ADC采样模块由第四采样触发信号(CNV_B)、第五采样触发信号(CNV_C)和第六采样触发信号(CNV_D)触发采集输出波形，获得第四采样值(Value_B)、第五采样值(Value_C)和第六采样值(Value_D)，第二采样触发信号对应于第一个大功率半周波(半周脉冲)的波峰(或波谷)处时，与它间隔0.5×T1(5us)、T1(10us)、1.5×T1(15us)的第四采样触发信号(CNV_B)、第五采样触发信号(CNV_C)和第六采样触发信号(CNV_D)也分别处于第二、三、四个大功率半周波(半周脉冲)的波峰(或波谷)处。FPGA模块从ADC采样模块获取的第四采样值(Value_B)、第五采样值(Value_C)和第六采样值(Value_D)即为第二、三、四个大功率半周波(半周脉冲)的峰值(或谷值)。
优选的，采样间隔时间△t等于T1/10，所述的第一后移时间长度△t1和第二后移时间长度△t2的变化量△d均小于等于T1/10，△t2小于等于T1/2。
本文中所描述的具体实施例仅是对本发明作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施案例做各种各样的修改或补充或替代，但不会偏离本发明的精髓或者超越所附权利要求书外定义的范围。

Claims (3)

1.一种罗兰-C大功率半周脉冲波峰和波谷采样的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、按时间顺序依次生成四个串行数据信号并输入到各自对应的四组半周功率产生器，四个串行数据信号中的四个放电触发脉冲等时间间隔设置，四组半周功率产生器依次按照四个放电触发脉冲的时序分别生成对应的四个半周波并整合为两个连续正弦波作为输出波形；
步骤2、设第一个放电触发脉冲的时刻点为t0，第一个半周波的起始时刻点为t1，波形生成延迟时间为t1-t0；四个放电触发脉冲之间的时间间隔为T1/2，T1为正弦波的周期；
步骤3、生成时刻点分别为t0+T-△t、t0+T、t0+T+△t的第一采样触发信号、第二采样触发信号和第三采样触发信号，T为预设采样延迟时间，预设采样延迟时间T的初始值小于t1-t0，△t为采样间隔时间；
步骤4、ADC采样模块由第一采样触发信号、第二采样触发信号和第三采样触发信号触发采集输出波形，获得第一采样值、第二采样值和第三采样值；
步骤5、如果步骤4中的第一采样值、第二采样值和第三采样值两两之间的差值绝对值均小于等于第一设定阈值，则将预设采样延迟时间T增加△t1，第一采样触发信号、第二采样触发信号和第三采样触发信号的时刻点分别为t0+T-△t、t0+T、t0+T+△t，△t1为第一后移时间长度，返回步骤4；
如果步骤4中的第一采样值、第二采样值和第三采样值中有两两之间的差值绝对值大于第一设定阈值，则将此刻的预设采样延迟时间T作为实际采样延迟时间T2，即：此时第一采样触发信号、第二采样触发信号和第三采样触发信号的时刻点分别为t0+T2-△t、t0+T2、t0+T2+△t，进入步骤6；
步骤6、ADC采样模块由第一采样触发信号、第二采样触发信号和第三采样触发信号触发采集输出波形，获得第一采样值、第二采样值和第三采样值；
步骤7、如果步骤6中的第一采样值和第三采样值之间的差值绝对值小于第二设定阈值，则第二采样值即为第一个大功率半周波的峰值或谷值，进入步骤10；
如果步骤6中的第一采样值和第三采样值之间的差值绝对值大于等于第二设定阈值，则第一采样触发信号、第二采样触发信号和第三采样触发信号的时刻点设置为t0+T2+△t2-△t、t0+T2+△t2、t0+T2+△t2+△t，△t2为第二后移时间长度，进入步骤8；
步骤8、ADC采样模块由第一采样触发信号、第二采样触发信号和第三采样触发信号触发采集输出波形，获得第一采样值、第二采样值和第三采样值；
步骤9、如果步骤8中的第一采样值和第三采样值之间的差值绝对值小于第二设定阈值，则第二采样值即为第一个大功率半周波的峰值或谷值，进入步骤10；
如果步骤8中的第一采样值和第三采样值之间的差值绝对值大于等于第二设定阈值，则改变第二后移时间长度△t2，定义第二后移时间长度△t2的变化量为△d，变化量△d等于步骤8中的第三采样值和第一采样值的差值与系数KP的乘积，系数KP＝K×P，其中，K为正数系数；P为与罗兰-C相位信号相关的系数：当罗兰-C相位信号为正相位时，P等于1，当罗兰-C相位信号为负相位时，P等于-1，△d为正值，则使△t2变大；△d为负值，则使△t2变小，第一采样触发信号、第二采样触发信号和第三采样触发信号的时刻点设置为t0+T2+△t2-△t、t0+T2+△t2、t0+T2+△t2+△t，返回步骤8；
步骤10、与第二采样触发信号间隔0.5×T1、T1、1.5×T1依次生成第四采样触发信号、第五采样触发信号和第六采样触发信号，ADC采样模块由第四采样触发信号、第五采样触发信号和第六采样触发信号触发采集输出波形，获得第四采样值、第五采样值和第六采样值，第四采样值、第五采样值和第六采样值即为输出波形的第二个半周波、第三个半周波和第四个半周波的峰值或谷值。
2.根据权利要求1所述的一种罗兰-C大功率半周脉冲波峰和波谷采样的实现方法，其特征在于，所述的采样间隔时间△t等于T1/10。
3.根据权利要求1所述的一种罗兰-C大功率半周脉冲波峰和波谷采样的实现方法，其特征在于，所述的第一后移时间长度△t1和第二后移时间长度△t2的变化量△d均小于等于T1/10，△t2小于等于T1/2。
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