一种无线电高度表系统、控制方法及存储介质与流程

本发明属于无线电高度表，尤其涉及一种无线电高度表系统、控制方法及存储介质。

背景技术：

1、目前，无线电高度表所应用的技术原理为雷达测距原理。雷达(radar)原是“无线电探测与定位”的英文缩写。雷达的基本任务是探测感兴趣的目标，测定有关目标的距离、方位、速度等状态参数。雷达主要由天线、发射机、接收机（包括信号处理机）和显示器等部分组成。

2、雷达发射机产生足够的电磁能量，经过收发转换开关传送给天线。天线将这些电磁能量辐射至大气中，集中在某一个很窄的方向上形成波束，向前传播。电磁波遇到波束内的目标后，将沿着各个方向产生反射，其中的一部分电磁能量反射回雷达的方向，被雷达天线获取。天线获取的能量经过收发转换开关送到接收机，形成雷达的回波信号。由于在传播过程中电磁波会随着传播距离而衰减，雷达回波信号非常微弱，几乎被噪声所淹没。接收机放大微弱的回波信号，经过信号处理机处理，提取出包含在回波中的信息，送到显示器，显示出目标的距离、方向、速度等。为了测定目标的距离，雷达准确测量从电磁波发射时刻到接收到回波时刻的延迟时间，这个延迟时间是电磁波从发射机到目标，再由目标返回雷达接收机的传播时间。根据电磁波的传播速度，可以确定目标的距离为：s=ct/2；其中s：目标距离；t：电磁波从雷达到目标的往返传播时间；c：光速。

3、现有技术方案应用脉冲波进行测距，测量距离实际是测量发射脉冲与回波脉冲之间的时间差，因电磁波以光速传播，据此就能换算成目标的精确距离。测量目标方位是利用天线的尖锐方位波束测量，测量仰角靠窄的仰角波束测量。根据仰角和距离就能计算出目标高度，测量速度是雷达根据自身和目标之间有相对运动产生的频率多普勒效应原理。雷达接收到的目标回波频率与雷达发射频率不同，两者的差值称为多普勒频率。从多普勒频率中可提取的主要信息之一是雷达与目标之间的距离变化率。但是脉冲高度表用于高度，主要工作在10000米左右。这种高度的划分是由于在高度工作时，调频式高度表需要过多的功率，而在低高度（如30米以下）应用脉冲高度表要产生很窄的脉冲，以避免对回波的遮挡，因而有困难。

4、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术中的高度表在调频过程中，需要过多的功率；在低高度应用脉冲高度表要产生很窄的脉冲，易产生对回波的遮挡。

5、解决以上问题及缺陷的难度为：

6、（1）弹上或机上电源动力来自供配电系统，一般采用不可循环的热电池或电瓶作为供电来源，因此高度表调频功率提高受到使用环境整体电力配额的限制；其次，降低发射功率，则会导致回波能量经地面反射后大幅衰减，使得设备无法正常工作；

7、（2）因不同高度需采用不同频幅的脉冲，因此需要射频发射频率可调，增加了系统设计难度和生产成本，降低了整体稳定性。

8、解决以上问题及缺陷的意义为：

9、（1）可以保证弹上或机上供配电总体平衡，为其他有效载荷节余更多电力，提高系统整体设计冗余度和稳定性；（2）缓解低高度应用中回波阻挡问题，提高设备在全高度全距离的工作稳定性。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种无线电高度表系统、控制方法及存储介质。

2、调频式无线电高度表是搭载于飞行器的电子设备，用于测量载体距离地面的真实高度。该发明解决了在雨雪等复杂气候条件下，在较低高度范围内精确快速测量高度的问题。

3、本发明是这样实现的，一种无线电高度表系统，所述无线电高度表系统设置有发射天线；

4、发射天线与功率放大器连接，功率放大器与频率综合器连接；

5、频率综合器与接收机连接，接收机分别与接收天线和信号处理单元连接，信号处理单元与频率综合器连接。

6、进一步，所述频率综合器设置有恒温晶振，恒温晶振经二功分器分成两路信号，一路直接输出给dds做时钟，另一路给锁相环pll做时钟。

7、进一步，所述dds与低通滤波器连接，低通滤波器与混频器连接，混频器与带通滤波器连接。

8、进一步，所述pll与环路滤波器连接，环路滤波器与压控振荡器vco连接，压控振荡器vco与混频器连接，混频器与带通滤波器连接。

9、本发明的另一目的在于提供一种实施所述无线电高度表系统的无线电高度表控制方法，所述无线电高度表控制方法，包括：

10、频率综合器产生三角波调制信号，送给功率放大器通过发射天线辐射到地面；另外把调制信号耦合一部分送给接收机混频器，接收机把从接收天线收到的回波信号和频率综合器送来的fmcw信号进行混频，混频后的回波信号经过一定的滤波、放大以及频率增益控制后，送给信号处理单元进行高度解算，最终解算结果通过rs422接口以任务书要求的协议输出。

11、进一步，所述频率综合器设置有恒温晶振，恒温晶振经二功分器分成两路信号，一路直接输出给dds做时钟，另一路给锁相环做时钟；

12、dds将恒温晶振的时钟信号通过内部锁相环倍频到1ghz，以此作为dds内部的主时钟，在1ghz时钟下，dds输出50-200mhz的线性调频信号；

13、锁相环产生c波段的单频信号和dds输出的调频信号进行混频，并经带通滤波器滤波，最终产生高度表频率综合器的输出信号。

14、进一步，所述接收机中回波信号经低噪放后与一路耦合的频综信号混频，混频输出差拍基带信号，之后经滤波放大送入信号处理单元。

15、进一步，所述回波信号和频综信号在混频器中混频输出差拍信号，经低通滤波放大的差拍模拟信号首先通过adc转换为数字信号，然后对采集的数字信号做chirp_z变换；经过变换后的频谱信息通过频谱前沿检测算法，找到高度信息所对应的差频，之后通过多普勒消除和高度信息解算，最终输出载体与地面的高度值。

16、进一步，所述多普勒消除具体过程为：

17、对于正向调制段得到的差拍信号可以写成：

18、；

19、而对于负向调制段得到的差拍信号频率可以写成：

20、；

21、式中为没有多普勒频移的差拍频率，而为多普勒频移引起的差频误差，则实际的差拍信号频率为：

22、；

23、通过上式就可以将多普勒频移引起的测高误差消除；

24、chirp_z变换具体过程为：

25、有限长序列 x(n) 0≤n≤n−1的离散傅立叶变换实际上就是在单位圆上z变换的n 点均匀采样，n个采样点均匀分布在2π范围内；均匀采样也使 dft 的频率分辨率限制在，czt 突破了 dft 的局限性，在 z平面任取一个自定义的弧段，只在该弧段上进行序列 z 变换的均匀采样，而且采样间隔自由确定；

26、 czt 应属于窄带高分辨率算法，具体过程为：

27、设序列x(n)的长度为n，要分析z平面上m点频谱采样值，分析点为；

28、；

29、其中，，；

30、把上式代入如下z变换公式：

31、；

32、整理得：

33、；

34、其中，，；

35、当，时可以实现在单位圆上细化；

36、频谱前沿检测具体过程为：

37、在面目标的情况下，差拍信号的频谱会被展宽，即不是只有一根谱线带有主要的回波能量，而是很多根谱线或谱线带都具有相同级的回波能量，所以不能像对待点目标一样来检测差拍频谱最大值以得到载体对地高度；

38、一般系统只能跟踪这个频谱中某一加权平均谱线带，而这个被跟踪的谱线带通常不是对应最短的回波延迟，即最低高度；

39、在搜索得到的最大相关峰的基础上，设置一个正比于在搜索窗中的最大相关峰峰值的门限，将等于此门限值的相关峰前沿的点作为前沿检测的时间估计值。

40、本发明的另一目的在于提供一种接收用户输入程序存储介质，所存储的计算机程序使电子设备执行所述无线电高度表控制方法包括下列步骤：

41、频率综合器产生三角波调制信号，送给功率放大器通过发射天线辐射到地面，另外把调制信号耦合一部分送给接收机混频器，接收机把从接收天线收到的回波信号和频率综合器送来的fmcw信号进行混频，混频后的回波信号经过一定的滤波、放大以及频率增益控制后，送给信号处理单元进行高度解算，最终解算结果通过rs422接口以任务书要求的协议输出。

42、结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：

43、采用单fpga芯片方案，不采用常见的dsp+fpga构架，降低了设备功耗和成本，提高了设备工作的稳定性。调频连续波体制避免了传统脉冲式高度表存在的中低距离采样精度低、测量频率少的问题，能够满足高动态设备的距离测量需求。

44、在飞行器低空飞行需要测高时，调频高度表波束可更好扫描地面，识别树木房屋等可能存在的干扰反射面，通过天线方向的调整适应飞行器飞行姿态，从而更加准确的在各种复杂环境中反应飞行器于地面之间的真实距离。

45、