一種連續波無線電高度表測試裝置的製作方法
2023-10-05 08:07:34 1
本發明自動檢測裝置
技術領域：
，更為具體地講，涉及一種連續波無線電高度表測試裝置。
背景技術：
：連續波無線電高度表主要用於低高度測量，具有無距離盲區，低發射功率和高解析度等優點，其測高精度對飛行裝置的自動著陸具有重要意義，並廣泛運用於航空、航天及相關軍事設備中。目前連續波無線電高度表的常規檢測方法是靜態檢測，根據信號在延遲線中的傳播延遲來模擬地面的回波延遲，該測試方法比較僵硬，可測高度值較少，且實驗成本較高。如此，研製一種測試裝置可實現連續波無線電高度表的自動檢測，即測試界面設置測高範圍內的任意高度，測試裝置可自動實現對連續波無線電高度表測高性能的檢測；連續波無線電高度表的相關測試裝置的研製對連續波無線電高度表的生產製作和使用校準都具有重要意義，且具有極大的市場價值。技術實現要素：本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種連續波無線電高度表測試裝置，能夠實現連續波無線電高度表的自動測試，具有方便快捷和測試精準等特點。為實現上述發明目的，本發明提出了一種連續波無線電高度表測試裝置，其特徵在於，包括：一上位機，用於設置連續波無線電高度的模擬高度，並根據該模擬高度計算出延遲回波時間，以及顯示中頻測試回波模塊的測試參數；一射頻功能模塊，包括功分器、混頻器、包絡檢波器、濾波器、功放；主要用於實現高頻信號的的前端處理和回波信號的後端處理；在高頻信號的的前端處理時，連續波無線電高度表發射的連續信號經過功分器分為兩路信號，其中一路信號經包絡檢波器獲取信號包絡；另一路信號經過混頻器下變頻至中頻信號，經濾波後得到中頻調製信號；在回波信號的後端處理時，中頻測試回波模塊復現的延遲回波信號經混頻器上變頻至高頻，得到高頻信號，再將高頻信號按照連續波無線電高度表對延遲回波信號的功率要求進行功率放大；一中頻測試回波模塊，包括信號調理通道、FPGA和DDS模塊；所述的信號調理通道包括AD採樣模塊和比較整形模塊；AD採樣模塊根據FPGA提供的採樣時鐘對信號包絡進行採樣，再將採樣值送入FPGA；比較整形模塊將中頻調製信號比較整形為脈衝信號，再送入FPGA做瞬時測頻；所述的FPGA包括功率測量模塊、瞬時頻率測量模塊、線性分析回歸模塊、回波頻率產生模塊、延遲回波控制模塊、和通信控制單元；其中，功率測量模塊將AD採樣模塊的採樣值緩存後經通信控制單元上傳至上位機計算，得到被測信號的功率並顯示；瞬時頻率測量模塊對脈衝信號作調製域內無間歇瞬時測頻，得到瞬時頻率值，並將瞬時頻率值通過通信控制單元一同上傳至上位機顯示；參數計算模塊根據瞬時頻率值得到脈衝信號的調製周期和瞬時頻率最小/大值，並通過通信控制單元一同上傳至上位機顯示；線性分析回歸模塊對瞬時頻率值做回歸分析擬合出脈衝信號的斜率，再將該斜率送入回波頻率值產生模塊，產生回波頻率值並送入存儲模塊存儲；延遲回波控制模塊根據瞬時測頻值查找起始回波頻率值，並根據上位機設置的延遲時間使能回波頻率值存儲模塊，當延遲時間到來時，讀出數字量的延遲回波信號送入換算單元中，得到與該回波頻率值對應的32位的頻率控制字，並行送入DDS模塊中；所述的DDS模塊，將FPGA送入的頻率控制字轉換為與之對應的模擬信號，即復現出模擬的延遲回波信號，並返回至射頻功能模塊；一連續波無線高度表，用於發射連續信號和接收復現的延遲回波信號，再根據兩路信號在同一時刻的頻率差得到裝置的測量高度；一高度檢測裝置，從連續波無線高度表獲取測量高度，再對比模擬高度和測量高度來檢測連續波無線高度表的測高性能，並將測量高度傳入上位機顯示。進一步的，所述的中頻測量回波模塊復現延遲回波信號的具體過程如下：(2.1)、設初始測頻閘門寬度T1，以T1為基準，瞬時頻率測量模塊對脈衝信號進行瞬時測頻，得到瞬時頻率值f1n，n＝1,2,…表示瞬時頻率值個數，根據前後相鄰兩個瞬時頻率值得到脈衝信號的調製周期TM、瞬時頻率最小/大值，最後根據調製周期TM重新選擇瞬時測頻閘門寬度T2；(2.2)、以T2為基準，瞬時頻率測量模塊對脈衝信號進行瞬時測頻，得到瞬時頻率值f2n，根據瞬時頻率值f2n查找到瞬時頻率最小值的後一個測頻閘門的測頻值f2i(i＜n)和瞬時頻率最大值的前一個測頻閘門的測頻值f2p(p＜n)，以測頻值f2i為起點，以測頻值f2p為終點，將該測頻時刻範圍內的瞬時頻率值存入存儲單元RAM1；(2.3)、對存儲單元RAM1中選出的瞬時頻率值做線性回歸分析，擬合出脈衝信號的斜率k；(2.4)、根據擬合出斜率k和公式fx＝fs+(k/p')×t，計算出回波頻率值fx，其中，fs為被測信號的最小頻率值，p'為常數，t為遞增變量，遞增規律為1,2,3…，最後將產生的回波頻率值fx依次存入頻率值存儲單元RAM2中；(2.5)、對上位機設置的延遲時間進行修正，具體的修正的公式為：Treal_delay=Tdelay-Ts/2,Tdelay>Ts/2Tdelay+Ts/2,Tdelay其中，Tdelay為與模擬高度對應的延遲時間，Treal_delay為修正後真實的延遲時間，Ts為測得的高度表發射信號的調製周期；(2.6)、以新測頻閘門寬度T2為基準，瞬時頻率測量模塊對脈衝信號進行瞬時測頻，得到瞬時頻率值f3n，根據預設的比較查找範圍(f0+a×j，f0+a×(j+1))，檢測當前的瞬時頻率值f3i是否屬於該範圍，如果瞬時頻率值f3i屬於該範圍內，則使能延遲計數模塊開始計數，並計算出具體的起始回波頻率值在RAM2中的存儲地址add，add＝j×b-1+inc+anc；其中，f0為頻率值存儲單元RAM2中0地址處的回波頻率值，常量j表示第幾段頻率值，為小於n的正常數，fmax、fmin、TM分別為頻率最大值，頻率最小值，調製周期；變量b＝a÷(k×ts)，ts為常量，inc＝(fx-f0-j×a)÷(k×ts)，anc＝rem×2÷(k×ts)，rem＝(fx-f0-j×a)％(k×ts)；(2.7)、當延遲時間等於Treal_delay時，以起始回波頻率值所在的回波地址add為基準，以ts為時間間隔，依次讀出RAM2中存儲的回波頻率值；(2.8)、延遲回波控制模塊讀出數字量的延遲回波信號送入換算單元中，得到與該回波頻率值對應的32位的頻率控制字，並行送入DDS模塊；(2.9)、DDS模塊將頻率控制字轉換為與之對應的模擬信號，即復現出模擬的延遲回波信號。本發明的發明目的是這樣實現的：本發明是一種連續波無線電高度表的檢測裝置，通過上位機軟體設置模擬高度和顯示測量結果，再利用中頻測試回波模塊以及射頻模塊的協調工作，復現出與連續波無線高度表發射信號波形特徵一致的延遲回波信號，最後通過高度檢測裝置檢測測量的精準度，具有簡單易行，靈活性高，檢測效果更全面等特點，其次，測試人員只需根據需求對上位機軟體進行參數設置，並將高度表、檢測裝置以及PC機正確連接，高度表檢測裝置將自行完成檢測任務，操作簡單，使用方便，僅需簡單的幾個操作步驟，最大限度的降低人員操作的複雜程度和工作量，提高工作效率。附圖說明圖1是高度表發射信號和回波信號，以及相應的瞬時頻差示意圖圖2是本發明一種連續波無線電高度表的檢測裝置架構框圖；圖3是中頻測量回波模塊原理圖。具體實施方式下面結合附圖對本發明的具體實施方式進行描述，以便本領域的技術人員更好地理解本發明。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當已知功能和設計的詳細描述也許會淡化本發明的主要內容時，這些描述在這裡將被忽略。實施例圖1是高度表發射信號和回波信號，以及相應的瞬時頻差示意圖；首先，對連續波無線高度表的工作原理進行簡單描述，連續波無線高度表的發射信號和回波信號(三角波)，以及相應的瞬時頻差如圖1所示，在一個調製周期內實線是高度表發射信號，虛線是地面回波信號，頻偏(頻率最大/最小值之差)為Δf，調製周期為TM。在t1時刻，發射機發射信號頻率為f1，在t2時刻，接收機接收到地面的反射信號頻率為f1，且此時發射機發射信號頻率為f2。其中t1～t2時間段是電磁波往返的傳播時間，該時間段與差頻fb＝f2-f1對應，同時與模擬高度H對應，高度表發射信號和接收信號之間的差頻和測量高度之間的具體關係為：fb=f2-f1=2×ΔfTM×2×HC=4×Δf×HC×TM.]]>圖2是本發明一種連續波無線電高度表的檢測裝置架構框圖。本發明技術方案由硬體電路和軟體設計構成。硬體電路包含射頻模塊、中頻回波模塊。射頻模塊實現射頻信號的前端和後端處理，使之滿足中頻測試回波模塊和高度表的需求。中頻測試回波模塊實現中頻信號的接收與發射、信號處理、復現模擬延遲回波信號以及相關控制。軟體設計分為兩部分，第一部分是FPGA硬體描述語言實現的高度表發射信號參數的測量以及數字量的延遲回波信號的產生，第二部分是以C語言為基礎編寫的上位機控制、顯示界面。通過測量高度表發射信號的相關參數並復現出與高度表波形特徵一致的延遲回波信號，延遲時間和模擬高度對應，上位機軟體控制模塊實現模擬高度和高度表測量高度的對比，以此檢測高度表的測高性能。在本實施例中，結合如圖2，對本發明一種連續波無線電高度表測試裝置進行詳細說明，具體包括：上位機、射頻功能模塊、中頻測試回波模塊和高度表。其中，上位機用於設置電高度表的模擬高度，以及顯示中頻測試回波模塊的測試參數；在本實施例中，模擬高度的步徑為1m，高度表允許的測高誤差(≤30m)，對應的延遲時間為32ns，遠大於計數時鐘周期0.625ns。射頻功能模塊，包括功分器、混頻器、包絡檢波器、濾波器、功放等；其主要功能是實現高頻信號的的前端處理和回波信號的後端處理兩部分；高頻信號前端處理部分，電高度表發射的連續信號經過功分器分為兩路信號，其中一路信號經包絡檢波器獲取信號包絡，使之滿足中頻測試回波模塊的要求；另一路信號經過混頻器下變頻至中頻信號，濾波後得到中頻調製信號，在本實施例中，高度表發射的連續信號下變頻至中頻範圍為50MHz～250MHz；回波信號後端處理部分，首先中頻測試回波模塊復現的延遲回波信號經混頻器上變頻至高頻，得到高頻信號，再將高頻信號按照連續波無線電高度表對延遲回波信號的功率要求進行功率放大；在本實施例中，延遲回波信號上變頻至高頻範圍為4200MHz～4400MHz，續波無線電高度表對延遲回波信號的功率要求為﹣84dBm～﹢9dBm。中頻測試回波模塊，包括信號調理通道、FPGA和DDS模塊；信號調理通道包括AD採樣模塊和比較整形模塊；AD採樣模塊根據FPGA提供的採樣時鐘對信號包絡進行採樣，再將採樣值送入FPGA；比較整形模塊將中頻調製信號比較整形為脈衝信號，再送入FPGA做瞬時測頻；FPGA包括功率測量模塊、瞬時頻率測量模塊、線性分析回歸模塊、回波頻率產生模塊、延遲回波控制模塊、和通信控制單元；其中，功率測量模塊將AD採樣模塊的採樣值緩存後經通信控制單元上傳至上位機計算，得到被測信號的功率並顯示；瞬時頻率測量模塊對脈衝信號作調製域內無間歇瞬時測頻，得到瞬時頻率值，並將瞬時頻率值通過通信控制單元一同上傳至上位機顯示；參數計算模塊根據瞬時頻率值得到脈衝信號的調製周期和瞬時頻率最小/大值，並通過通信控制單元一同上傳至上位機顯示；線性分析回歸模塊對瞬時頻率值做回歸分析擬合出脈衝信號的斜率，再將該斜率送入回波頻率值產生模塊，產生回波頻率值並送入存儲模塊存儲；延遲回波控制模塊根據瞬時測頻值查找起始回波頻率值，並根據上位機設置的延遲時間使能回波頻率值存儲模塊，當延遲時間到來時，讀出數字量的延遲回波信號送入換算單元中，得到與該回波頻率值對應的32位的頻率控制字，並行送入DDS模塊中；DDS模塊，將FPGA送入的頻率控制字轉換為與之對應的模擬信號，即復現出模擬的延遲回波信號，並返回至射頻功能模塊；連續波無線高度表，用於發射連續信號和接收復現的延遲回波信號，再根據兩路信號在同一時刻的頻率差得到裝置的測量高度；高度檢測裝置，從連續波無線高度表獲取測量高度，再對比模擬高度和測量高度來檢測連續波無線高度表的測高性能，並將測量高度傳入上位機顯示。圖3是中頻測量回波模塊原理圖。在本實施例中，結合圖3對中頻測量回波模塊復現延遲回波信號的具體過程進行詳細描述：(2.1)、以初始測頻閘門寬度T1為基準，瞬時頻率測量模塊對脈衝信號進行瞬時測頻，得到瞬時頻率值f1n(此處的1表示第1個測頻調製周期，n表示一個調製周期內完成了n組瞬時頻率值測量，f1n表示在第一個調製周期內的n組瞬時頻率值測量中的任意一組數據)、並根據瞬時頻率值的前後比較得到被測信號的調製周期TM、頻率最大值fmax、頻率最小值fmin，最後根據調製周期TM重新選擇瞬時測頻閘門寬度為T2，如調製周圍2ms≤TM＜5ms，則選擇瞬時測頻閘門寬度為10ms；瞬時測頻閘門寬度的選擇需根據高度表發射信號的調製周期TM、測頻誤差等因素進行綜合考慮，具體情況如表1所示；表1是測頻閘門寬度的選擇關係表；表1(2.2)、以T2為基準，瞬時頻率測量模塊對脈衝信號進行瞬時測頻，得到瞬時頻率值f2n，根據瞬時頻率值f2n查找到瞬時頻率最小值的後一個測頻閘門的測頻值f2i(i＜n)和瞬時頻率最大值的前一個測頻閘門的測頻值f2p(p＜n)，以測頻值f2i為起點，以測頻值f2p為終點，將該測頻時刻範圍內的瞬時頻率值存入存儲單元RAM1；(2.3)、對存儲單元RAM1中選出的瞬時頻率值做線性回歸分析，擬合出基帶信號的斜率k。(2.4)、根據擬合出斜率k和公式fx＝fs+(k/p')×t，計算出回波頻率值fx，其中，fs為被測信號的最小頻率值，p'為常數，t為遞增變量，遞增規律為1,2,3…，最後將產生的回波頻率值fx依次存入頻率值存儲單元RAM2中；在本實施例中，以200ns為時間間隔，p'＝10，得到回波頻率值fx，具體公式為：fx＝50000+(k/10)×t；(2.5)根據調製域瞬時測頻原理可知，將有效閘門內測得的平均頻率視為閘門中間時刻的瞬時頻率，則需將回波延遲計數的起點標定為閘門的中間時刻，即需將上位機設置的延遲時間進行修正，具體的修正的公式如下：Treal_delay=Tdelay-TM/2,Tdelay>Ts/2Tdelay+TM/2,Tdelay其中，Tdelay為與模擬高度對應的延遲時間，Treal_delay為修正後真實的延遲時間，Ts為測得的高度表發射信號的調製周期。(2.6)、以測頻閘門寬度T2為基準，瞬時頻率測量模塊對脈衝信號進行瞬時測頻，得到瞬時頻率值f3n，並根據設置的比較查找範圍(f0+a×j，f0+a×(j+1))，其中，f0為頻率值存儲單元RAM2中0地址處的回波頻率值，常量j表示第幾段測頻值，為小於n的正常數，如常數8，變量a的值fmax、fmin、TM、T2分別為第一個調製周期測出的頻率最大值，頻率最小值，調製周期以及測頻閘門寬度T2。檢測當前的瞬時測頻值f3i(i為小於n的任意整數值)是否屬於該範圍。當瞬時頻率值f3i屬於該範圍內時，使能計數器開始計數，並計算出具體的起始回波頻率值在RAM2中的存儲地址add，add＝j×b-1+inc+anc，從該地址開始，每ts＝200ns的時間間隔回波地址遞增1，依次回波，其中，變量b＝a÷(k×ts)，ts為常量，inc＝(fx-f0-j×a)÷(k×ts)，anc＝rem×2÷(k×ts)，rem＝(fx-f0-j×a)％(k×ts)；在本實施例中，計數器採用高頻計數器，根據公式H＝C×ΔT/2，可得出與模擬高度H對應的延遲時間ΔT，C表示電磁波的傳播速度。具體實現過程中，採用4路400MHz的移相時鐘(等效於1.6GHz)作為高頻計數時鐘，當計數值等於設定值(該值與延遲時間對應)時，延遲時間結束，開始回波；(2.7)、當延遲時間等於Treal_delay時，以起始回波頻率值所在的回波地址add為基準，以ts為時間間隔，依次讀出RAM2中存儲的回波頻率值；(2.8)、延遲回波控制模塊讀出數字量的延遲回波信號送入換算單元中，得到與該回波頻率值對應的32位的頻率控制字，並行送入DDS模塊；(2.9)、DDS模塊將頻率控制字轉換為與之對應的模擬信號，即復現出模擬的延遲回波信號。儘管上面對本發明說明性的具體實施方式進行了描述，以便於本
技術領域：
的技術人員理解本發明，但應該清楚，本發明不限於具體實施方式的範圍，對本
技術領域：
的普通技術人員來講，只要各種變化在所附的權利要求限定和確定的本發明的精神和範圍內，這些變化是顯而易見的，一切利用本發明構思的發明創造均在保護之列。當前第1頁1 2 3