[發明專利]一種基于FPGA的側音測距中的測距音處理方法

有效

• 申請號: 201711162382.8
• 申請日: 2017-11-21
• 公開（公告）號: CN107942321B
• 公開（公告）日: 2019-09-24
• 發明（設計）人: 朱衛國;徐群;蔣國慶
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十一研究所
• 主分類號: G01S11/14
• 分類號: G01S11/14
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 種艷麗

1.一種基于FPGA的側音測距中的測距音處理方法，其特征在于：主要采用FPGA完成測距音的生成、測距音的接收以及發射與接收音相位差的計算；FPGA上集成有包括第一數字NCO、第二數字NCO、混頻音數字NCO、第一混頻器、加法器、50倍插值濾波器、φM調制器、第三數字NCO、φM解調器、50倍抽取濾波器、100kHz的高通濾波器、60kHz的低通濾波器、第二混頻器和4kHz的濾波器在內的芯片；

其中，在FPGA內部完成測距音生成的具體步驟如下：

在距離捕獲階段：

步驟1.1：選擇2MSPS的發射處理通道；

步驟1.2：在發射單元，第一數字NCO和第二數字NCO分別產生100kHz主音與低頻次音；

步驟1.3：低頻次音與混頻音數字NCO產生的混頻音通過第一混頻器混頻后產生折疊音；

步驟1.4：通過加法器將主音與折疊音相加產生調制音；

步驟1.5：通過50倍插值濾波器將調制音的采樣率從2MSPS提升至100MSPS；

步驟1.6：將采樣率為100MSPS的調制音作為φM調制器的信號源，通過φM調制器調制產生I、Q兩路的φM基帶信號；

步驟1.7：在FPGA中采用數字上變頻方式將I、Q基帶信號調制到數字載波上發送出去，作為測距的發射數字中頻信號；

在距離跟蹤階段：

步驟1.8：選擇采樣率為100MSPS的發射處理通道；

步驟1.9：在發射單元，第三數字NCO產生采樣率為100MSPS的100kHz主音；

步驟1.10：將主音通過φM調制器與數字上變頻處理后，作為測距的發射數字中頻信號發送出去；

采用FPGA完成測距音接收的具體步驟如下：

在距離捕獲階段：

步驟2.1：選擇2MSPS的接收處理通道；

步驟2.2：在接收單元，在FPGA中采用數字下變頻方式將接收數字采樣輸入信號轉化成I、Q基帶信號；

步驟2.3：通過φM解調器解調生成采樣率為100MSPS的解調音；

步驟2.4：將解調音通過50倍抽取濾波器處理后恢復出采樣率為2MSPS的折疊音與主音的混合音；

步驟2.5：將混合音的其中一路通過100kHz的高通濾波器恢復出100kHz的主音；另一路通過60kHz的低通濾波器恢復出折疊音；

步驟2.6：將折疊音與混頻音通過第二混頻器進行混頻；

步驟2.7：混頻信號經過4kHz的濾波器低通濾波后恢復出低頻的原始次音；

在距離跟蹤階段：

步驟2.8：選擇采樣率為100MSPS的接收處理通道；

步驟2.9：在接收單元，通過數字下變頻與φM解調器解調處理生成采樣率為100MSPS的解調音，此解調音即為恢復出的100kHz的主音；

采用FPGA完成發射與接收音相位差的具體步驟如下：

在距離捕獲階段：

步驟3.1：在求相差單元，對發射單元提供的cos/sin正交原始音與接收單元恢復出的原始音進行求相差運算；具體包括如下步驟：

步驟3.1.1：對發射單元提供的cos/sin正交原始音與接收單元恢復出的原始音進行數字下變頻操作，產生I、Q兩路信號；

步驟3.1.2：分別對I、Q兩路信號進行求整數周期的平均操作，其中，一個整數周期的點數等于采樣率除以原始音頻率的2倍；

步驟3.1.3：通過FPGA內核自帶的cordic算法對I、Q兩路平均后的平均值作求極坐標運算，輸出的極坐標角度即為相位差；

步驟3.2：按測距標準，按順序依次發射主音與次音，并紀錄下發射與接收主音的相位差、發射與接收次音的相位差，當所有的次音發射完成后，由上位機進行距離解模糊運算，完成距離的捕獲，轉入距離跟蹤階段；

在距離跟蹤階段：

步驟3.3：在求相差單元，對發射單元與接收單元的100kHz主音求相差；

步驟3.4：由上位機根據相差值完成距離的計算，在距離跟蹤階段可連續測試，實時連續跟蹤測量衛星的距離。