[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

本發明公開了一種基于FPGA的側音測距中的測距音處理方法，屬于電子測試測量領域，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。本發明采用雙通道測距音處理技術，在捕獲階段使用2MSPS低采樣率的主音與次音同時工作的發射通道與接收通道，可解決Hz級低頻原始音恢復時FPGA資源難以滿足的問題，同時確保對高速運動衛星的捕獲不產生相位模糊；在跟蹤階段使用100MSPS高采樣率的主音發射通道與接收通道，單次測量精度可達到10ns，提高了跟蹤速率與測量精度；采用周期平均的相差測試方法生成相差，降低了兩個單音頻間相差計算的復雜度，此方法適用于所有側音測距標準的實現，應用范圍廣。

技術領域

本發明屬于電子測試測量領域，具體涉及一種基于FPGA的側音測距中的測距音處理方法。

背景技術

當前，側音測距法與偽碼測距法是地面在對衛星與航天器進行距離測量時最常用的兩種測距方法，其中，側音測距法由于具備測量速度快、測試精度高、所需信號帶寬窄等特點，在測距中應用十分廣泛。在側音測距法中，又有多個測距標準，包括INMARSAT、ESA、ESA-like等，這些測距標準都是基于測距音來進行距離解算，只是為了針對不同的測量距離或測試速度的應用，所采用的測距音頻率與個數有所區別。側音測距法是通過在發射端發測距音、同時在接收端接收解調并恢復出測距音，發射音與接收音的相位延時即對應信號在地面與衛星間往返一次傳輸的時間，再根據電磁波的傳輸速率(光速)即可折算出地面與衛星間的距離，測距音的相位差與距離的關系示意圖如圖1所示。

由于測距精度取決于測距音的相位精度，為了提高相位分辨率，需要提高發射音的頻率與采樣率，但由于測距音的周期時間必須大于電磁波往返一次的傳輸時間，為了擴大測試距離，又需要降低發射音的頻率提高其周期時間，為了解決這一矛盾，側音測距標準都規定了一組測距音，包含了頻率較高的主音與一組頻率較低的次音，同時將測距過程分為距離捕獲與距離跟蹤兩個階段，如圖2所示。在距離捕獲階段，按時間順序依次發射次音(可同時發射主音)，最低頻的次音保證最長的測試距離，中間增加的一組次音使得在距離捕獲過程中不至于頻率跳躍太大，次音頻率連續溫和增加不容易產生相位模糊問題，捕獲階段對距離測量精度要求不高；在距離跟蹤階段，利用高頻的主音保證測距精度，可連續跟蹤測量。例如，ESA測距標準的測距音分別為：主音100kHz，次音分別為20kHz、4kHz、800Hz、160Hz、32Hz、8Hz，其測試距離取決于8Hz，最長可達到18750km。為了解決低的調制音頻率在解調端同步時間過長的問題，在實際發射時，將低頻的次音混頻到高頻的折疊音，在接收端再恢復出低頻原始次音，ESA的實際發射的折疊音分別為：100kHz、20kHz、16kHz(4kHz原始音與20kHz混頻生成)、16.8kHz(800Hz原始音與16kHz混頻)、16.16kHz(160Hz原始音與16kHz混頻)、16.032kHz(32Hz原始音與16kHz混頻)、16.008kHz(8Hz原始音與16kHz混頻)。在發折疊音時可不同時發射100kHz的主音，但這樣會導致在對于動態衛星的測距中，由于無法通過連續的主音跟蹤距離的變化，容易導致相位模糊，從而導致距離計算出現大的誤差。