消除fmcw高度表精度漂移的系统和方法
【专利摘要】本发明提供了一种消除FMCW高度表精度漂移的系统和方法，该系统包括事件计数器等，差拍信号送入事件计数器的第一端和时序逻辑控制器的第七端，事件计数器的第二端连接第一锁存器的第一端；第一锁存器的第二端连接第一缓存器的第一端，第一缓存器的第二端连接微控制单元的第一端，本地脉冲发生器的第一端连接第一时基计数器的第一端和第二时基计数器的第一端；第一时基计数器的第二端连接第二锁存器的第一端，第二锁存器的第二端连接第二缓存器的第一端，第二缓存器的第二端连接微控制单元的第二端；第二时基计数器的第二端连接第三锁存器的第一端。本发明消除元器件不一致、高低温下参数漂移等因素带来的高度表测高精度下降的影响。
【专利说明】
消除FMCW高度表精度漂移的系统和方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种消除高度表精度漂移的系统和方法，具体地，涉及一种消除FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave，调频连续波）高度表精度漂移的系统和方法。
【背景技术】
[0002] 在FMCW高度表的设计中，由于一般采用三角波调制的电路，三角波电路一般采用 模拟电路实现，由于元器件不可避免地存在一定的偏差，从而会带来三角波调制信号存在 上升阶段与下降阶段时间不一致的情况，同时由于高度温环境下器件存在一定的性能漂 移，也会对高度表测高精度带来影响。
【发明内容】
[0003] 针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种消除FMCW高度表精度漂移的系 统和方法，其通过测量无线电高度表中三角波调制信号的周期时间，修改高度表测高公式， 在高度表的公式中消除三角波周期的影响，从而消除元器件不一致、高低温下参数漂移等 因素带来的高度表测高精度下降的影响。
[0004] 根据本发明的一个方面，提供种消除FMCW高度表精度漂移的系统，其特征在于，所 述消除FMCW高度表精度漂移的系统包括事件计数器、第一锁存器、第一缓存器、第一时基计 数器、第二锁存器、第二缓存器、第二时基计数器、第三锁存器、第三缓存器、本地脉冲发生 器、时序逻辑控制器、调制信号发生器、微控制单元，差拍信号送入事件计数器的第一端和 时序逻辑控制器的第七端，事件计数器的第二端连接第一锁存器的第一端;第一锁存器的 第二端连接第一缓存器的第一端，第一缓存器的第二端连接微控制单元的第一端，本地脉 冲发生器的第一端连接第一时基计数器的第一端和第二时基计数器的第一端;第一时基计 数器的第二端连接第二锁存器的第一端，第二锁存器的第二端连接第二缓存器的第一端， 第二缓存器的第二端连接微控制单元的第二端;第二时基计数器的第二端连接第三锁存器 的第一端，第三锁存器的第二端连接点缓存器的第一端，第三缓存器的第二端连接微控制 单元的第三端;本地脉冲发生器的第二端连接时序逻辑控制器的第一端，时序逻辑控制器 的第二端连接第一锁存器的第三端，时序逻辑控制器的第三端连接第三锁存器的第三端， 时序逻辑控制器的第四端连接调制信号发生器的第二端，时序逻辑控制器的第五端连接第 一缓存器的第三端，时序逻辑控制器的第六端连接第三缓存器的第三端，时序逻辑控制器 的第八端连接第二锁存器的第三端，时序逻辑控制器的第九端连接第二缓存器的第三端， 调制信号发生器的第一端连接微控制单元的第四端。
[0005] 优选得，所述消除FMCW高度表精度漂移的系统采用以下公式：
[0007]其中，Η表示测量高度，C表示光速，AF表示调制带宽(Hz)，时序逻辑控制器根据方 波信号以及本地脉冲发生器控制的第一缓存器、第二缓存器、第三缓存器得到的Fb脉冲数 量K、Fb脉冲首末脉冲内的本地脉冲数量N、方波信号内的本地脉冲数量M，Tk为周期时间。
[0008] 本发明还提供一种消除FMCW高度表精度漂移的方法，其采用事件计数器、第一锁 存器、第一缓存器、第一时基计数器、第二锁存器、第二缓存器、第二时基计数器、第三锁存 器、第三缓存器、本地脉冲发生器、时序逻辑控制器、调制信号发生器、微控制单元，事件计 数器对输入的差拍信号计数，并将计数值送到第一锁存器，同样本地脉冲发生器产生频率 已知的脉冲信号输入到第一时基计数器，由第一时基计数器计数并将计数值送到第二锁存 器;调制信号发生器在微控制单元的控制下产生高度表的调制信号，同时将与三角波调制 周期同步的方波信号送给时序逻辑控制器，时序逻辑控制器根据方波信号以及本地脉冲发 生器控制的第一缓存器、第二缓存器、第三缓存器得到F b脉冲数量、Fb脉冲首末脉冲内的本 地脉冲数量、方波信号内的本地脉冲数量，微控制单元读取第一缓存器、第二缓存器、第三 缓存器的计数结果后计算获得精确的差拍信号频率信息，从而获得无线电高度表的测高信 息。
[0009] 与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果:本发明可通过对三角波调制周期 的精确测量，改进高度表高度计算公式，从而从原理上消除了此类误差，防止对高度表测高 精度带来影响。本发明采用周期内测量的方法，从原理消除了由于元器件不一致、高低温下 参数漂移等因素带来的高度表测高精度下降的影响，从而提高了高度表的测高精度，适用 于无线电高度表的设计与应用。
【附图说明】
[0010] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、 目的和优点将会变得更明显：
[0011] 图1为本发明消除FMCW高度表精度漂移的系统的原理框图。
[0012] 图2为本发明信号处理的示意图。
【具体实施方式】
[0013] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术 人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术 人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明 的保护范围。
[0014] 如图1所示，本发明消除FMCW高度表精度漂移的系统包括事件计数器1、第一锁存 器2、第一缓存器3、第一时基计数器4、第二锁存器5、第二缓存器6、第二时基计数器7、第三 锁存器8、第三缓存器9、本地脉冲发生器10、时序逻辑控制器11、调制信号发生器12、微控制 单元(Microcontroller Unit，MOJ) 13,差拍信号送入事件计数器的第一端和时序逻辑控制 器的第七端，事件计数器的第二端连接第一锁存器的第一端;第一锁存器的第二端连接第 一缓存器的第一端，第一缓存器的第二端连接微控制单元的第一端，本地脉冲发生器的第 一端连接第一时基计数器的第一端和第二时基计数器的第一端;第一时基计数器的第二端 连接第二锁存器的第一端，第二锁存器的第二端连接第二缓存器的第一端，第二缓存器的 第二端连接微控制单元的第二端;第二时基计数器的第二端连接第三锁存器的第一端，第 三锁存器的第二端连接点缓存器的第一端，第三缓存器的第二端连接微控制单元的第三 端;本地脉冲发生器的第二端连接时序逻辑控制器的第一端，时序逻辑控制器的第二端连 接第一锁存器的第三端，时序逻辑控制器的第三端连接第三锁存器的第三端，时序逻辑控 制器的第四端连接调制信号发生器的第二端，时序逻辑控制器的第五端连接第一缓存器的 第三端，时序逻辑控制器的第六端连接第三缓存器的第三端，时序逻辑控制器的第八端连 接第二锁存器的第三端，时序逻辑控制器的第九端连接第二缓存器的第三端，调制信号发 生器的第一端连接微控制单元的第四端。
[0015] 本发明消除FMCW高度表精度漂移的方法采用事件计数器1、第一锁存器2、第一缓 存器3、第一时基计数器4、第二锁存器5、第二缓存器6、第二时基计数器7、第三锁存器8、第 三缓存器9、本地脉冲发生器10、时序逻辑控制器11、调制信号发生器12、微控制单元 (Microcontroller Unit，MCU) 13,事件计数器对输入的差拍信号计数，并将计数值送到第 一锁存器，同样本地脉冲发生器产生频率已知的脉冲信号输入到第一时基计数器，由第一 时基计数器计数并将计数值送到第二锁存器;调制信号发生器在微控制单元的控制下产生 高度表的调制信号A，同时将与三角波调制周期同步的方波信号送给时序逻辑控制器，时序 逻辑控制器根据方波信号以及本地脉冲发生器控制的第一缓存器、第二缓存器、第三缓存 器得到Fb脉冲数量K、F b脉冲首末脉冲内的本地脉冲数量N、方波信号内的本地脉冲数量Μ，微 控制单元读取第一缓存器、第二缓存器、第三缓存器的计数结果后计算获得精确的差拍信 号频率信息，从而获得无线电高度表的测高信息。
[0016] 本发明的工作原理如下：调频连续波无线电高度表中不论是恒定调制周期还是恒 定差拍高度表，都需要对差拍信号进行频率测量，在传统的高度表测量中，通常通过脉冲计 数方式计算差拍频率Fb从而获得高度的数据，以三角波调制方式为例，高度计算公式如下 式1所示：
[0018] 其中，Η表示测量高度(m)，C表示光速(3 X 108m/s)，Ts表示调制周期（s)，Fb表示差 拍频率(Hz)，AF表示调制带宽(Hz)。
[0019]由于C、Ts、AF需要根据飞行高度等要求确定，ΔΗ与Fb单次测量时间Tm成反比，Tm 越长阶梯误差AH就越小，但Tm增加又会导致高度表测高数据刷新率下降。按以往高度表采 用的参数计算，为保证高度刷新率，采样周期一般不超过20ms。
[0020] 由以上公式可以看出，高度表的三角波调制周期Ts在公式（1)中作为一个常数出 现，当该常数出现漂移后将不可避免地对高度表测高精度造成影响。
[0021] 为消除高度表三角波调制周期的漂移给高度表测高精度带来的影响，通过本专利 的实施，从理论上改进高度表计算公式，从而在信号处理层面彻底消除高度表三角波调制 周期的漂移因素，其流程如图2所示:本地脉冲发生器发出时基脉冲B，其频率FM2其频率为 调制频率的K倍，其周期时间为Tk。事件计数器对输入的差拍信号计数，并将计数值送到第 一锁存器，同样本地脉冲发生器产生频率已知的脉冲信号输入到第一时基计数器，由第一 时基计数器计数并将计数值送到第二锁存器;调制信号发生器在MCU的控制下产生高度表 的调制信号，同时将与三角波调制周期同步的方波信号送给时序逻辑控制器，时序逻辑控 制器根据方波信号以及本地脉冲发生器控制的第一缓存器、第二缓存器、第三缓存器得到 Fb脉冲C的数量K、F b脉冲首末脉冲内的本地脉冲数量N、方波信号内的本地脉冲数量M，MCU读 取第一缓存器、第二缓存器、第三缓存器的计数结果后计算获得精确的差拍信号频率信息， 从而获得无线电高度表的测高信息。由MCU根据公式(2)计算差拍信号频率。
[0024]信号时序如图2所示。
[0025] 原高度表的三角波电路精度主要由充放电电容决定，其精度以及高度温漂移一般 在1~2%，采用高精度时基脉冲对三角波调制周期进行测量后，由于高精度时基脉冲精度 可以达到lppm，比原有的三角波周期稳定性提高几个数量级，当三角波周期发生漂移后可 以通过精确测量三角波周期后在高度计算公式中消除影响，从而彻底解决三角波周期漂移 造成的高度表测高精度下降。
[0026] 以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述 特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影 响本发明的实质内容。
【主权项】
1. 一种消除FMCW高度表精度漂移的系统，其特征在于，所述消除FMCW高度表精度漂移 的系统包括事件计数器、第一锁存器、第一缓存器、第一时基计数器、第二锁存器、第二缓存 器、第二时基计数器、第Ξ锁存器、第Ξ缓存器、本地脉冲发生器、时序逻辑控制器、调制信 号发生器、微控制单元，差拍信号送入事件计数器的第一端和时序逻辑控制器的第屯端，事 件计数器的第二端连接第一锁存器的第一端;第一锁存器的第二端连接第一缓存器的第一 端，第一缓存器的第二端连接微控制单元的第一端，本地脉冲发生器的第一端连接第一时 基计数器的第一端和第二时基计数器的第一端;第一时基计数器的第二端连接第二锁存器 的第一端，第二锁存器的第二端连接第二缓存器的第一端，第二缓存器的第二端连接微控 制单元的第二端;第二时基计数器的第二端连接第Ξ锁存器的第一端，第Ξ锁存器的第二 端连接点缓存器的第一端，第Ξ缓存器的第二端连接微控制单元的第Ξ端;本地脉冲发生 器的第二端连接时序逻辑控制器的第一端，时序逻辑控制器的第二端连接第一锁存器的第 Ξ端，时序逻辑控制器的第Ξ端连接第Ξ锁存器的第Ξ端，时序逻辑控制器的第四端连接 调制信号发生器的第二端，时序逻辑控制器的第五端连接第一缓存器的第Ξ端，时序逻辑 控制器的第六端连接第Ξ缓存器的第Ξ端，时序逻辑控制器的第八端连接第二锁存器的第 Ξ端，时序逻辑控制器的第九端连接第二缓存器的第Ξ端，调制信号发生器的第一端连接 微控制单元的第四端。2. 根据权利要求1所述的消除FMCW高度表精度漂移的系统，其特征在于，所述消除FMCW 高度表精度漂移的系统采用W下公式：其中，Η表示测量高度，C表示光速，Δ F表示调制带宽化Z )，时序逻辑控制器根据方波信 号W及本地脉冲发生器控制的第一缓存器、第二缓存器、第Ξ缓存器得到的机脉冲数量K、Fb 脉冲首末脉冲内的本地脉冲数量N、方波信号内的本地脉冲数量MJk为周期时间。3. -种消除FMCW高度表精度漂移的方法，其特征在于，其采用事件计数器、第一锁存 器、第一缓存器、第一时基计数器、第二锁存器、第二缓存器、第二时基计数器、第Ξ锁存器、 第Ξ缓存器、本地脉冲发生器、时序逻辑控制器、调制信号发生器、微控制单元，事件计数器 对输入的差拍信号计数，并将计数值送到第一锁存器，同样本地脉冲发生器产生频率已知 的脉冲信号输入到第一时基计数器，由第一时基计数器计数并将计数值送到第二锁存器； 调制信号发生器在微控制单元的控制下产生高度表的调制信号，同时将与Ξ角波调制周期 同步的方波信号送给时序逻辑控制器，时序逻辑控制器根据方波信号W及本地脉冲发生器 控制的第一缓存器、第二缓存器、第Ξ缓存器得到机脉冲数量、机脉冲首末脉冲内的本地脉 冲数量、方波信号内的本地脉冲数量，微控制单元读取第一缓存器、第二缓存器、第Ξ缓存 器的计数结果后计算获得精确的差拍信号频率信息，从而获得无线电高度表的测高信息。
【文档编号】G01C5/00GK106092040SQ201610371012
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年5月30日
【发明人】纪晨华, 纪华, 黄丽芳
【申请人】中国电子科技集团公司第五十研究所