CN113534145A - 一种基于线性调频连续波体制的高度表测高方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于线性调频连续波体制的高度表测高方法及系统。该方法包括获取由地面反射的回波信号;根据回波信号和当前发射的发射信号确定差频信号;对差频信号进行预处理;对预处理后的差频信号进行FFT运算,当FFT运算后的差频信号的幅值对应的频率未处于设定频率范围内时,调整当前发射的发射信号的调制周期;反之,对FFT运算后的差频信号进行Chirp_Z变换,当Chirp_Z变换后的差频信号的最大幅值对应的频率不等于恒定差频频率时,调整当前发射的发射信号的调制周期;反之,固定当前发射的发射信号的调制周期,并根据调制周期确定当前高度值。本发明能够在保证测高表测高精度的基础上,提高测高表的实时性。
Description
技术领域
本发明涉及航空航天行业领域,特别是涉及一种基于线性调频连续波体制的高度表测高方法及系统。
背景技术
目前市场上基于线性调频连续波体制的高度表在军用和民用领域有广泛的应用,其测高原理基本相同,系统通常采用锯齿波调制,将发射信号与回波信号之间的时延转化为差频信号频率值,利用FFT等数字信号处理方法对差频信号进行求取,从而求出飞行高度。由于FFT的栅栏效应导致测量数据的误差,通过增加FFT的点数可以提高系统的测高精度,但势必会计算量从而降低系统的实时性能。
因此,为了解决上述问题,亟需一种新的高度表测高方法或系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于线性调频连续波体制的高度表测高方法及系统,能够在保证测高表测高精度的基础上,提高测高表的实时性。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
一种基于线性调频连续波体制的高度表测高方法,包括:
获取由地面反射的回波信号;所述回波信号为发射天线发射的发射信号到达地面,由地面反射回来的信号;所述发射信号为通过锯齿波调制并随时间作线性变换的调制信号;
根据回波信号和当前发射的发射信号确定差频信号;
对所述差频信号进行预处理;所述预处理包括:滤波、放大以及模数转换;
对预处理后的差频信号进行FFT运算,判断FFT运算后的差频信号的幅值对应的频率是否处于设定频率范围内;
若FFT运算后的差频信号的幅值对应的频率未处于设定频率范围内,则调整当前发射的发射信号的调制周期;
若FFT运算后的差频信号的幅值对应的频率处于设定频率范围内,则对FFT运算后的差频信号进行Chirp_Z变换,并判断Chirp_Z变换后的差频信号的最大幅值对应的频率是否等于恒定差频频率;
若Chirp_Z变换后的差频信号的最大幅值对应的频率不等于恒定差频频率,则调整当前发射的发射信号的调制周期;
若Chirp_Z变换后的差频信号的最大幅值对应的频率等于恒定差频频率,则固定当前发射的发射信号的调制周期,并根据当前发射的发射信号的调制周期确定当前高度值。
可选地,所述获取由地面反射的回波信号,具体包括:
可选地,所述根据回波信号和当前发射的发射信号确定差频信号,具体包括:
可选地,所述若Chirp_Z变换后的差频信号的最大幅值对应的频率等于恒定差频频率,则固定当前发射的发射信号的调制周期,并根据当前发射的发射信号的调制周期确定当前高度值,具体包括:
一种基于线性调频连续波体制的高度表测高系统,包括:
回波信号获取模块,用于获取由地面反射的回波信号;所述回波信号为发射天线发射的发射信号到达地面,由地面反射回来的信号;所述发射信号为通过锯齿波调制并随时间作线性变换的调制信号;
差频信号确定模块,用于根据回波信号和当前发射的发射信号确定差频信号;
预处理模块,用于对所述差频信号进行预处理;所述预处理包括:滤波、放大以及模数转换;
第一判断模块,用于对预处理后的差频信号进行FFT运算,判断FFT运算后的差频信号的幅值对应的频率是否处于设定频率范围内;
调制周期第一调整模块,用于若FFT运算后的差频信号的幅值对应的频率未处于设定频率范围内,则调整当前发射的发射信号的调制周期;
第二判断模块,用于若FFT运算后的差频信号的幅值对应的频率处于设定频率范围内,则对FFT运算后的差频信号进行Chirp_Z变换,并判断Chirp_Z变换后的差频信号的最大幅值对应的频率是否等于恒定差频频率;
调制周期第二调整模块,用于若Chirp_Z变换后的差频信号的最大幅值对应的频率不等于恒定差频频率,则调整当前发射的发射信号的调制周期;
当前高度值确定模块,用于若Chirp_Z变换后的差频信号的最大幅值对应的频率等于恒定差频频率,则固定当前发射的发射信号的调制周期,并根据当前发射的发射信号的调制周期确定当前高度值。
一种基于线性调频连续波体制的高度表测高系统,应用于所述的一种基于线性调频连续波体制的高度表测高方法,包括:接收机、发射机、调制器、混频器、信号预处理装置、信号处理装置以及接口单元;
所述调制器与发射机连接;所述调制器用于生成发射信号,并将所述调制信号发送至发射机;所述发射信号通过锯齿波调制并随时间作线性变换的调制信号;
所述混频器分别与接收机和发射机连接;所述混频器用于根据接收机接收的回波信号和发射机发射的发射信号生成差频信号;
所述信号预处理装置与所述混频器连接;所述信号预处理装置用于对所述差频信号进行预处理;所述预处理包括:滤波、放大以及模数转换;
所述信号处理装置分别与信号预处理装置、调制器以及接口单元连接;所述信号处理装置用于对预处理后的差频信号进行FFT运算,判断FFT运算后的差频信号的幅值对应的频率是否处于设定频率范围内;若FFT运算后的差频信号的幅值对应的频率未处于设定频率范围内,则调整当前发射的发射信号的调制周期;若FFT运算后的差频信号的幅值对应的频率处于设定频率范围内,则对FFT运算后的差频信号进行Chirp_Z变换,并判断Chirp_Z变换后的差频信号的最大幅值对应的频率是否等于恒定差频频率;若Chirp_Z变换后的差频信号的最大幅值对应的频率不等于恒定差频频率,则调整当前发射的发射信号的调制周期;若Chirp_Z变换后的差频信号的最大幅值对应的频率等于恒定差频频率,则固定当前发射的发射信号的调制周期,并根据当前发射的发射信号的调制周期确定当前高度值;并将当前高度值发送至接口单元。
可选地,所述信号预处理装置包括:滤波器、放大器以及模数转换器;
所述滤波器、放大器以及模数转换器依次连接。
可选地,所述发射机包括:发射天线和功分器;
所述功分器用于将发射信号分成两路,一路至发射天线发射出去,另一路作为本振信号进入混频器。
可选地,所述接收机包括:接收天线。
可选地,还包括:数模转换器;
所述数模转换器分别与调制器和信号处理装置连接。
根据本发明提供的具体实施例,本发明公开了以下技术效果:
本发明所提供的一种基于线性调频连续波体制的高度表测高方法及系统,对预处理后的差频信号进行FFT运算,判断FFT运算后的差频信号的幅值对应的频率是否处于设定频率范围内,当FFT运算后的差频信号的幅值对应的频率处于设定频率范围内时,对FFT运算后的差频信号进行Chirp_Z变换,并判断Chirp_Z变换后的差频信号的最大幅值对应的频率是否等于恒定差频频率;当Chirp_Z变换后的差频信号的最大幅值对应的频率等于恒定差频频率时,固定当前发射的发射信号的调制周期,并根据当前发射的发射信号的调制周期确定当前高度值。并且,当不满足判断条件时,则重新调整发射信号的调制周期,即通过调整调制周期,使防止FFT的栅栏效应导致测量数据的误差。能够在保证测高表测高精度的基础上,提高测高表的实时性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的一种基于线性调频连续波体制的高度表测高方法流程示意图;
图2为锯齿波调制下FMCW雷达时频曲线图;
图3为一种基于线性调频连续波体制的高度表测高系统结构示意图;
图4为一种基于线性调频连续波体制的高度表测高系统原理示意图;
图5为信号处理装置原理示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种基于线性调频连续波体制的高度表测高方法及系统,能够在保证测高表测高精度的基础上,提高测高表的实时性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明所提供的一种基于线性调频连续波体制的高度表测高方法流程示意图,如图1所示,本发明所提供的一种基于线性调频连续波体制的高度表测高方法,包括:
S101,获取由地面反射的回波信号;所述回波信号为发射天线发射的发射信号到达地面,由地面反射回来的信号;所述发射信号为通过锯齿波调制并随时间作线性变换的调制信号;
S101具体包括:
S102,根据回波信号和当前发射的发射信号确定差频信号;
S102具体包括:
S103,对所述差频信号进行预处理;所述预处理包括:滤波、放大以及模数转换;
S104,对预处理后的差频信号进行FFT运算,判断FFT运算后的差频信号的幅值对应的频率是否处于设定频率范围内;
S105,若FFT运算后的差频信号的幅值对应的频率未处于设定频率范围内,则调整当前发射的发射信号的调制周期;
S105具体包括:
当FFT运算后的差频信号的幅值对应的频率大于设定频率范围时,增大调制信号的调制周期;
当FFT运算后的差频信号的幅值对应的频率小于设定频率范围时,减小调制信号的调制周期;
S106,若FFT运算后的差频信号的幅值对应的频率处于设定频率范围内,则对FFT运算后的差频信号进行Chirp_Z变换,并判断Chirp_Z变换后的差频信号的最大幅值对应的频率是否等于恒定差频频率;
S106具体包括:
其中,a为任意复数;
S107,若Chirp_Z变换后的差频信号的最大幅值对应的频率不等于恒定差频频率,则调整当前发射的发射信号的调制周期;
S107具体包括:
当Chirp_Z变换后的差频信号的最大幅值对应的频率大于恒定差频频率时,增大调制信号的调制周期;
当Chirp_Z变换后的差频信号的最大幅值对应的频率小于恒定差频频率时,减小调制信号的调制周期;
S108,若Chirp_Z变换后的差频信号的最大幅值对应的频率等于恒定差频频率,则固定当前发射的发射信号的调制周期,并根据当前发射的发射信号的调制周期确定当前高度值。
S108具体包括:
一种基于线性调频连续波体制的高度表测高系统,包括:
回波信号获取模块,用于获取由地面反射的回波信号;所述回波信号为发射天线发射的发射信号到达地面,由地面反射回来的信号;所述发射信号为通过锯齿波调制并随时间作线性变换的调制信号;
差频信号确定模块,用于根据回波信号和当前发射的发射信号确定差频信号;
预处理模块,用于对所述差频信号进行预处理;所述预处理包括:滤波、放大以及模数转换;
第一判断模块,用于对预处理后的差频信号进行FFT运算,判断FFT运算后的差频信号的幅值对应的频率是否处于设定频率范围内;
调制周期第一调整模块,用于若FFT运算后的差频信号的幅值对应的频率未处于设定频率范围内,则调整当前发射的发射信号的调制周期;
第二判断模块,用于若FFT运算后的差频信号的幅值对应的频率处于设定频率范围内,则对FFT运算后的差频信号进行Chirp_Z变换,并判断Chirp_Z变换后的差频信号的最大幅值对应的频率是否等于恒定差频频率;
调制周期第二调整模块,用于若Chirp_Z变换后的差频信号的最大幅值对应的频率不等于恒定差频频率,则调整当前发射的发射信号的调制周期;
当前高度值确定模块,用于若Chirp_Z变换后的差频信号的最大幅值对应的频率等于恒定差频频率,则固定当前发射的发射信号的调制周期,并根据当前发射的发射信号的调制周期确定当前高度值。
图3为一种基于线性调频连续波体制的高度表测高系统结构示意图,如图3所示,本发明所提供的一种基于线性调频连续波体制的高度表测高系统,应用于所述的一种基于线性调频连续波体制的高度表测高方法,包括:接收机、发射机、调制器、混频器、信号预处理装置、信号处理装置以及接口单元;
所述调制器与发射机连接;所述调制器用于生成发射信号,并将所述调制信号发送至发射机;所述发射信号通过锯齿波调制并随时间作线性变换的调制信号;
所述混频器分别与接收机和发射机连接;所述混频器用于根据接收机接收的回波信号和发射机发射的发射信号生成差频信号;
所述信号预处理装置与所述混频器连接;所述信号预处理装置用于对所述差频信号进行预处理;所述预处理包括:滤波、放大以及模数转换;
所述信号处理装置分别与信号预处理装置、调制器以及接口单元连接;所述信号处理装置用于对预处理后的差频信号进行FFT运算,判断FFT运算后的差频信号的幅值对应的频率是否处于设定频率范围内;若FFT运算后的差频信号的幅值对应的频率未处于设定频率范围内,则调整当前发射的发射信号的调制周期;若FFT运算后的差频信号的幅值对应的频率处于设定频率范围内,则对FFT运算后的差频信号进行Chirp_Z变换,并判断Chirp_Z变换后的差频信号的最大幅值对应的频率是否等于恒定差频频率;若Chirp_Z变换后的差频信号的最大幅值对应的频率不等于恒定差频频率,则调整当前发射的发射信号的调制周期;若Chirp_Z变换后的差频信号的最大幅值对应的频率等于恒定差频频率,则固定当前发射的发射信号的调制周期,并根据当前发射的发射信号的调制周期确定当前高度值;并将当前高度值发送至接口单元。
所述信号预处理装置包括:滤波器、放大器以及模数转换器;
所述滤波器、放大器以及模数转换器依次连接。
所述发射机包括:发射天线和功分器;
所述功分器用于将发射信号分成两路,一路至发射天线发射出去,另一路作为本振信号进入混频器。
所述接收机包括:接收天线。
本发明所提供的一种基于线性调频连续波体制的高度表测高系统,还包括:数模转换器;
所述数模转换器分别与调制器和信号处理装置连接。
如图4和图5所示,信号处理装置为FPGA,通过控制外部D/A转换器产生锯齿波调制信号,然后该信号对发射机进行调频,产生一个锯齿波线性调频的连续波,最后发射机对该信号进行功率放大等操作并有发射天线辐射出去,并产生相干本振信号送给接收机。
接收天线将回波信号接收送至混频器与当前的发射信号进行混频,经过滤波放大处理后进行A/D转换并将差频信号送至FPGA内部进行处理。
差频信号进入FPGA内部后,首先在DRAM中进行数据的存储,然后对其进行FFT运算,通过判断最大幅值所对应的频率,控制外部D/A转换调整锯齿波的调制周期。当最大幅值所对应的频率在指定频率范围内时,对差频信号进行Chirp-Z变换。
如图5所示,FPGA通过创建DDS的IP核产生线性调频信号,并放入内部存储器DRAM中,分别给系数1、系数2和h(n)使用。
将g(n)和系数2进行相乘,然后在频谱上对M点进行采样,提取差拍信号频率值,判断差拍信号最大幅度值对应的频点是否等于指定的频率值。
当最大幅度值所对应的频点大于指定频率时,则通过控制D/A转换器增大锯齿波调制信号的调制周期,当最大幅度值所对应的频点小于指定频率时,则减小锯齿波调制信号的调制周期,当最大幅度值所对应的频点等于指定频率时,则计算此时锯齿波调制信号的周期并根据公式求出此时的高度值。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种基于线性调频连续波体制的高度表测高方法,其特征在于,包括:
获取由地面反射的回波信号;所述回波信号为发射天线发射的发射信号到达地面,由地面反射回来的信号;所述发射信号为通过锯齿波调制并随时间作线性变换的调制信号;
根据回波信号和当前发射的发射信号确定差频信号;
对所述差频信号进行预处理;所述预处理包括:滤波、放大以及模数转换;
对预处理后的差频信号进行FFT运算,判断FFT运算后的差频信号的幅值对应的频率是否处于设定频率范围内;
若FFT运算后的差频信号的幅值对应的频率未处于设定频率范围内,则调整当前发射的发射信号的调制周期;
若FFT运算后的差频信号的幅值对应的频率处于设定频率范围内,则对FFT运算后的差频信号进行Chirp_Z变换,并判断Chirp_Z变换后的差频信号的最大幅值对应的频率是否等于恒定差频频率;
若Chirp_Z变换后的差频信号的最大幅值对应的频率不等于恒定差频频率,则调整当前发射的发射信号的调制周期;
若Chirp_Z变换后的差频信号的最大幅值对应的频率等于恒定差频频率,则固定当前发射的发射信号的调制周期,并根据当前发射的发射信号的调制周期确定当前高度值。
5.一种基于线性调频连续波体制的高度表测高系统,其特征在于,包括:
回波信号获取模块,用于获取由地面反射的回波信号;所述回波信号为发射天线发射的发射信号到达地面,由地面反射回来的信号;所述发射信号为通过锯齿波调制并随时间作线性变换的调制信号;
差频信号确定模块,用于根据回波信号和当前发射的发射信号确定差频信号;
预处理模块,用于对所述差频信号进行预处理;所述预处理包括:滤波、放大以及模数转换;
第一判断模块,用于对预处理后的差频信号进行FFT运算,判断FFT运算后的差频信号的幅值对应的频率是否处于设定频率范围内;
调制周期第一调整模块,用于若FFT运算后的差频信号的幅值对应的频率未处于设定频率范围内,则调整当前发射的发射信号的调制周期;
第二判断模块,用于若FFT运算后的差频信号的幅值对应的频率处于设定频率范围内,则对FFT运算后的差频信号进行Chirp_Z变换,并判断Chirp_Z变换后的差频信号的最大幅值对应的频率是否等于恒定差频频率;
调制周期第二调整模块,用于若Chirp_Z变换后的差频信号的最大幅值对应的频率不等于恒定差频频率,则调整当前发射的发射信号的调制周期;
当前高度值确定模块,用于若Chirp_Z变换后的差频信号的最大幅值对应的频率等于恒定差频频率,则固定当前发射的发射信号的调制周期,并根据当前发射的发射信号的调制周期确定当前高度值。
6.一种基于线性调频连续波体制的高度表测高系统,应用于权利要求1-4任意一项所述的一种基于线性调频连续波体制的高度表测高方法,其特征在于,包括:接收机、发射机、调制器、混频器、信号预处理装置、信号处理装置以及接口单元;
所述调制器与发射机连接;所述调制器用于生成发射信号,并将所述调制信号发送至发射机;所述发射信号通过锯齿波调制并随时间作线性变换的调制信号;
所述混频器分别与接收机和发射机连接;所述混频器用于根据接收机接收的回波信号和发射机发射的发射信号生成差频信号;
所述信号预处理装置与所述混频器连接;所述信号预处理装置用于对所述差频信号进行预处理;所述预处理包括:滤波、放大以及模数转换;
所述信号处理装置分别与信号预处理装置、调制器以及接口单元连接;所述信号处理装置用于对预处理后的差频信号进行FFT运算,判断FFT运算后的差频信号的幅值对应的频率是否处于设定频率范围内;若FFT运算后的差频信号的幅值对应的频率未处于设定频率范围内,则调整当前发射的发射信号的调制周期;若FFT运算后的差频信号的幅值对应的频率处于设定频率范围内,则对FFT运算后的差频信号进行Chirp_Z变换,并判断Chirp_Z变换后的差频信号的最大幅值对应的频率是否等于恒定差频频率;若Chirp_Z变换后的差频信号的最大幅值对应的频率不等于恒定差频频率,则调整当前发射的发射信号的调制周期;若Chirp_Z变换后的差频信号的最大幅值对应的频率等于恒定差频频率,则固定当前发射的发射信号的调制周期,并根据当前发射的发射信号的调制周期确定当前高度值;并将当前高度值发送至接口单元。
7.根据权利要求6所述的一种基于线性调频连续波体制的高度表测高系统,其特征在于,所述信号预处理装置包括:滤波器、放大器以及模数转换器;
所述滤波器、放大器以及模数转换器依次连接。
8.根据权利要求6所述的一种基于线性调频连续波体制的高度表测高系统,其特征在于,所述发射机包括:发射天线和功分器;
所述功分器用于将发射信号分成两路,一路至发射天线发射出去,另一路作为本振信号进入混频器。
9.根据权利要求6所述的一种基于线性调频连续波体制的高度表测高系统,其特征在于,所述接收机包括:接收天线。
10.根据权利要求6所述的一种基于线性调频连续波体制的高度表测高系统,其特征在于,还包括:数模转换器;
所述数模转换器分别与调制器和信号处理装置连接。
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