CN113960523A - 基于fpga的通用超宽带校正测向方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于FPGA的通用超宽带校正测向系统及方法，在FPGA内处理PDW信息，通过比相技术，消除通道不一致所引入的固有相位误差，以固定频点进行校正，并进行平滑和内插值处理，多次校正分析数据算平均值，提高校正的准确性。本发明在单比特接收机基础上，采用比相校正测向技术，灵敏度高，超宽瞬时带宽，通过较低设备量实现较高测向精度。

Description

基于FPGA的通用超宽带校正测向方法及系统

技术领域

本发明属于电子信息测向技术，具体为一种基于FPGA的通用超宽带校正测向方法及系统。

背景技术

近年来，通信、雷达与电子对抗领域的飞速发展，新体制雷达越来越多得到应用，电磁环境越来越高密度复杂，研制具有超宽带、高灵敏度、大动态范围和具有同时到达信号适应能力的宽带数字接收机刻不容缓。

目前对来波方位测量的主要方式有比幅体制，时间差体制，空间谱体制，干涉仪体制等。比幅体制是依据电波在行进中，利用测向天线阵的方向特性，对不同方向来波接收信号幅度的不同测定方向。时间差体制依据电波在行进中，通过测量电波达到测向天线阵各个测向天线单元时间上的差别确定电波到来的方向。空间谱体制尚在研究试验阶段，要求具备宽带测向天线以及各个天线阵元之间和多信道接收机之间电性能具有一致性。干涉仪体制依据电波在行进中，从不同方向来的电波达到测向天线阵时，在空间上个测向天线单元接收的相位不同，其相位差也不同，确定来波方向。相位干涉仪技术最适合需要高精度测量到达角的场合，当天线间距大于0.5个波长时，会引起相位模糊，常采用长，短基线结合的方式，长基线提高测向精度，短基线解除相位模糊。系统通道不一致所引入的固有相位误差，会对测量结果产生影响。

发明内容

本发明提出了一种基于FPGA的通用超宽带校正测向系统。

实现本发明目的的技术方案为：一种基于FPGA的通用超宽带校正测向系统，包括校正源、上位机、FPGA、接收机、转台；所述校正源与上位机、接收机连接，所述上位机控制校正源产生校正信号传输给接收机；所述接收机设置于转台，所述转台与上位机连接，上位机通过控制转台从而控制接收机方位；所述接收机用于将接收信号以及校正信号传输给FPGA，所述FPGA用于进行多通道相位信息的自动校正，生成基于频率索引的校正表，根据信号频率信息查找校正表中的校正相位差值进行相位校正，基于校正后的多个接收通道的相位关系，计算目标的方位角。

本发明还提出了一种基于FPGA的通用超宽带校正测向方法，具体步骤为：

以固定频点扫描完频段，得到以频率为索引的校正表，所述校正表用于存储通道间的相位差；

对校正表进行平滑和内插值处理，多次校正分析数据计算平均值，获得存储校正相位差的校正表；

实时获取多通道的模糊相位，根据信号频率对应的校正相位差进行相位差的校正，获得多个接收通道的相位关系，并根据多个接收通道的相位关系确定目标方位角。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明在单比特接收机基础上，采用比相校正测向技术，灵敏度高，超宽瞬时带宽，对整体设备的要求低，成本低，设计简单，通过较低设备量实现较高测向精度。

下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。

附图说明

图1为本发明的系统架构图。

图2为本发明的侧向原理图。

图3为本发明的流程图。

具体实施方式

如图1所示，一种基于FPGA的通用超宽带校正测向系统，包括校正源、上位机、FPGA、接收机、转台；所述校正源与上位机、接收机通过网线连接，上位机控制校正源产生校正信号传输给接收机；所述接收机设置于转台，所述转台与上位机通过网线连接，上位机通过控制转台从而控制接收机方位；所述接收机用于将接收信号以及校正信号传输给FPGA；所述FPGA作为系统的主控芯片，内部处理PDW信息，通过FPGA内置的Microblaze软核进行数据处理，进行多通道相位信息的自动校正，生成基于频率索引的校正表；基于校正后的多个接收通道的相位关系，计算目标的方位角，并与上位机通信，接收上位机命令，输出处理结果。

如图2所示，本发明的工作原理为：每次开机初始化，接收机以固定频点，扫完整个频段后进行平滑和内插值处理，多次校正分析数据算平均值，生成最终的表；测向时先测频，根据频率查找已保存的表中的校正相位差值与获得的模糊相位进行处理，解模糊后求出目标的方位角。

本发明中接收机设置3个接收通道，l₁和l₂表示通道间的距离，λ代表待测最大频率信号的波长。其中：

Microblaze初始化串口、FIFO、寄存器控制等模块后，完成AD同步，对获取的PDW进行数据处理解析频率和相位等信息。

目标角度计算公式为：

上式中，

为通道3和1的信号的无模糊相位差，c为电磁波的传播速度。欲求得角度θ，只需算得相位差

如图3所示，一种基于FPGA的通用超宽带校正测向方法，具体步骤为：

将转台转至0°，设置校正源频率fre，此时三个通道的相位理论上是一致的，而实际测得的通道2与通道1的相位差

通道3与通道2的相位差

均不为0，该差值即为通道不一致所引入的固有相位误差，将此两个差值存入到表 TABLE[fre]中，其中fre为该表索引：

以固定频点扫描完频段后，得到整个以频率为索引的校正表，对校正表进行平滑和内插值处理，多次校正分析数据算平均值，提高校正的准确性，得到最终的校正表。

实时获取通道1，2，3的模糊相位为

通道2，3解模糊后的相位为

基于校正表进行相位差的校正：

其中，

为计算出的通道2与通道1的模糊相位差，

为计算出的通道 3与通道2的模糊相位差，

的值通过±2π使其范围在(-2π，2π)，TABLE[fre][0] 为频率源对应的通道2与通道1的校正相位差，TABLE[fre][1]为频率源对应的通道3与通道2的校正相位差。由此完成了相位差的校正。

测向算法如下：对于通道2可得：

由式(5)(7)(8)可推得n，其中n为通道2的模糊数，

对于通道3可得：

由式(5)(6)(8)(9)可推得m，其中m为通道3的模糊数，由此求出方位角：

Claims (4)

1.一种基于FPGA的通用超宽带校正测向系统，其特征在于，包括校正源、上位机、FPGA、接收机、转台；所述校正源与上位机、接收机连接，所述上位机控制校正源产生校正信号传输给接收机；所述接收机设置于转台，所述转台与上位机连接，上位机通过控制转台从而控制接收机方位；所述接收机用于将接收信号以及校正信号传输给FPGA，所述FPGA用于进行多通道相位信息的自动校正，生成基于校正源信息频率索引的校正表，根据信号频率查找校正表中的校正相位差值进行相位校正，基于校正后的多个接收通道的相位关系，计算目标的方位角。

2.一种基于FPGA的通用超宽带校正测向方法，其特征在于，具体步骤为：

以固定频点扫描完频段，得到以校正源信息频率为索引的校正表，所述校正表用于存储通道间的相位差；

对校正表进行平滑和内插值处理，多次校正分析数据计算平均值，获得存储校正相位差的校正表；

实时获取多通道的模糊相位，根据信号频率对应的校正相位差进行相位差的校正，获得多个接收通道的相位关系，并根据多个接收通道的相位关系确定目标方位角。

3.根据权利要求2所述的基于FPGA的通用超宽带校正测向方法，其特征在于，根据校正源信息频率对应的校正相位差进行相位差的校正的具体公式为：

式中，

为实时获取的3个通道的模糊相位，TABLE[fre][0]为校正源信息频率对应的通道2与通道1的校正相位差，TABLE[fre][1]为校正源信息频率对应的通道3与通道2的校正相位差，

为校正后的通道2与通道1、通道3与通道2的实时相位差。

4.根据权利要求3所述的基于FPGA的通用超宽带校正测向方法，其特征在于，根据多个接收通道的相位关系确定目标方位角的具体方法为：

通道2满足：

通道3满足：

式中，n为通道2的模糊数，

为通道2,3解模糊后的相位，l₁、l₂表示通道2与通道1间、通道3与通道2间的距离，

表示该角度下距离为最大频率信号的半波长时对应的相位差，

其中λ是待测最大频率信号的波长；

根据通道2、通道3满足的公式以及相位差的校正公式，确定通道2、3的模糊数n和m；

根据公式：

确定目标的方位角θ，c为电磁波的传播速度，f为频率。

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