本發(fā)明自動檢測裝置
技術(shù)領(lǐng)域：
，更為具體地講，涉及一種連續(xù)波無線電高度表測試裝置。
背景技術(shù)：
：連續(xù)波無線電高度表主要用于低高度測量，具有無距離盲區(qū)，低發(fā)射功率和高分辨率等優(yōu)點，其測高精度對飛行裝置的自動著陸具有重要意義，并廣泛運用于航空、航天及相關(guān)軍事設(shè)備中。目前連續(xù)波無線電高度表的常規(guī)檢測方法是靜態(tài)檢測，根據(jù)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，研制一種測試裝置可實現(xiàn)連續(xù)波無線電高度表的自動檢測，即測試界面設(shè)置測高范圍內(nèi)的任意高度，測試裝置可自動實現(xiàn)對連續(xù)波無線電高度表測高性能的檢測；連續(xù)波無線電高度表的相關(guān)測試裝置的研制對連續(xù)波無線電高度表的生產(chǎn)制作和使用校準(zhǔn)都具有重要意義，且具有極大的市場價值。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種連續(xù)波無線電高度表測試裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)波無線電高度表的自動測試，具有方便快捷和測試精準(zhǔn)等特點。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提出了一種連續(xù)波無線電高度表測試裝置，其特征在于，包括：一上位機，用于設(shè)置連續(xù)波無線電高度的模擬高度，并根據(jù)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(shù)；一射頻功能模塊，包括功分器、混頻器、包絡(luò)檢波器、濾波器、功放；主要用于實現(xiàn)高頻信號的的前端處理和回波信號的后端處理；在高頻信號的的前端處理時，連續(xù)波無線電高度表發(fā)射的連續(xù)信號經(jīng)過功分器分為兩路信號，其中一路信號經(jīng)包絡(luò)檢波器獲取信號包絡(luò)；另一路信號經(jīng)過混頻器下變頻至中頻信號，經(jīng)濾波后得到中頻調(diào)制信號；在回波信號的后端處理時，中頻測試回波模塊復(fù)現(xiàn)的延遲回波信號經(jīng)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(xù)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(diào)理通道、FPGA和DDS模塊；所述的信號調(diào)理通道包括AD采樣模塊和比較整形模塊；AD采樣模塊根據(jù)FPGA提供的采樣時鐘對信號包絡(luò)進行采樣，再將采樣值送入FPGA；比較整形模塊將中頻調(diào)制信號比較整形為脈沖信號，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(chǎn)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采樣模塊的采樣值緩存后經(jīng)通信控制單元上傳至上位機計算，得到被測信號的功率并顯示；瞬時頻率測量模塊對脈沖信號作調(diào)制域內(nèi)無間歇瞬時測頻，得到瞬時頻率值，并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(shù)計算模塊根據(jù)瞬時頻率值得到脈沖信號的調(diào)制周期和瞬時頻率最小/大值，并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沖信號的斜率，再將該斜率送入回波頻率值產(chǎn)生模塊，產(chǎn)生回波頻率值并送入存儲模塊存儲；延遲回波控制模塊根據(jù)瞬時測頻值查找起始回波頻率值，并根據(jù)上位機設(shè)置的延遲時間使能回波頻率值存儲模塊，當(dāng)延遲時間到來時，讀出數(shù)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(yīng)的32位的頻率控制字，并行送入DDS模塊中；所述的DDS模塊，將FPGA送入的頻率控制字轉(zhuǎn)換為與之對應(yīng)的模擬信號，即復(fù)現(xiàn)出模擬的延遲回波信號，并返回至射頻功能模塊；一連續(xù)波無線高度表，用于發(fā)射連續(xù)信號和接收復(fù)現(xiàn)的延遲回波信號，再根據(jù)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(xù)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(xù)波無線高度表的測高性能，并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(fù)現(xiàn)延遲回波信號的具體過程如下：(2.1)、設(shè)初始測頻閘門寬度T1，以T1為基準(zhǔn)，瞬時頻率測量模塊對脈沖信號進行瞬時測頻，得到瞬時頻率值f1n，n＝1,2,…表示瞬時頻率值個數(shù)，根據(jù)前后相鄰兩個瞬時頻率值得到脈沖信號的調(diào)制周期TM、瞬時頻率最小/大值，最后根據(jù)調(diào)制周期TM重新選擇瞬時測頻閘門寬度T2；(2.2)、以T2為基準(zhǔn)，瞬時頻率測量模塊對脈沖信號進行瞬時測頻，得到瞬時頻率值f2n，根據(jù)瞬時頻率值f2n查找到瞬時頻率最小值的后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，將該測頻時刻范圍內(nèi)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，擬合出脈沖信號的斜率k；(2.4)、根據(jù)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(shù)，t為遞增變量，遞增規(guī)律為1,2,3…，最后將產(chǎn)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(shè)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<Ts/2]]>其中，Tdelay為與模擬高度對應(yīng)的延遲時間，Treal_delay為修正后真實的延遲時間，Ts為測得的高度表發(fā)射信號的調(diào)制周期；(2.6)、以新測頻閘門寬度T2為基準(zhǔn)，瞬時頻率測量模塊對脈沖信號進行瞬時測頻，得到瞬時頻率值f3n，根據(jù)預(yù)設(shè)的比較查找范圍(f0+a×j，f0+a×(j+1))，檢測當(dāng)前的瞬時頻率值f3i是否屬于該范圍，如果瞬時頻率值f3i屬于該范圍內(nèi)，則使能延遲計數(shù)模塊開始計數(shù)，并計算出具體的起始回波頻率值在RAM2中的存儲地址add，add＝j(luò)×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，為小于n的正常數(shù)，fmax、fmin、TM分別為頻率最大值，頻率最小值，調(diào)制周期；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(dāng)延遲時間等于Treal_delay時，以起始回波頻率值所在的回波地址add為基準(zhǔn)，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(shù)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(yīng)的32位的頻率控制字，并行送入DDS模塊；(2.9)、DDS模塊將頻率控制字轉(zhuǎn)換為與之對應(yīng)的模擬信號，即復(fù)現(xiàn)出模擬的延遲回波信號。本發(fā)明的發(fā)明目的是這樣實現(xiàn)的：本發(fā)明是一種連續(xù)波無線電高度表的檢測裝置，通過上位機軟件設(shè)置模擬高度和顯示測量結(jié)果，再利用中頻測試回波模塊以及射頻模塊的協(xié)調(diào)工作，復(fù)現(xiàn)出與連續(xù)波無線高度表發(fā)射信號波形特征一致的延遲回波信號，最后通過高度檢測裝置檢測測量的精準(zhǔn)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(jù)需求對上位機軟件進行參數(shù)設(shè)置，并將高度表、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(wù)，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復(fù)雜程度和工作量，提高工作效率。附圖說明圖1是高度表發(fā)射信號和回波信號，以及相應(yīng)的瞬時頻差示意圖圖2是本發(fā)明一種連續(xù)波無線電高度表的檢測裝置架構(gòu)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(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行描述，以便本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當(dāng)已知功能和設(shè)計的詳細描述也許會淡化本發(fā)明的主要內(nèi)容時，這些描述在這里將被忽略。實施例圖1是高度表發(fā)射信號和回波信號，以及相應(yīng)的瞬時頻差示意圖；首先，對連續(xù)波無線高度表的工作原理進行簡單描述，連續(xù)波無線高度表的發(fā)射信號和回波信號(三角波)，以及相應(yīng)的瞬時頻差如圖1所示，在一個調(diào)制周期內(nèi)實線是高度表發(fā)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(diào)制周期為TM。在t1時刻，發(fā)射機發(fā)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(fā)射機發(fā)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(yīng)，同時與模擬高度H對應(yīng)，高度表發(fā)射信號和接收信號之間的差頻和測量高度之間的具體關(guān)系為：fb=f2-f1=2×ΔfTM×2×HC=4×Δf×HC×TM.]]>圖2是本發(fā)明一種連續(xù)波無線電高度表的檢測裝置架構(gòu)框圖。本發(fā)明技術(shù)方案由硬件電路和軟件設(shè)計構(gòu)成。硬件電路包含射頻模塊、中頻回波模塊。射頻模塊實現(xiàn)射頻信號的前端和后端處理，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(xiàn)中頻信號的接收與發(fā)射、信號處理、復(fù)現(xiàn)模擬延遲回波信號以及相關(guān)控制。軟件設(shè)計分為兩部分，第一部分是FPGA硬件描述語言實現(xiàn)的高度表發(fā)射信號參數(shù)的測量以及數(shù)字量的延遲回波信號的產(chǎn)生，第二部分是以C語言為基礎(chǔ)編寫的上位機控制、顯示界面。通過測量高度表發(fā)射信號的相關(guān)參數(shù)并復(fù)現(xiàn)出與高度表波形特征一致的延遲回波信號，延遲時間和模擬高度對應(yīng)，上位機軟件控制模塊實現(xiàn)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(jié)合如圖2，對本發(fā)明一種連續(xù)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，上位機用于設(shè)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(shù)；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(yīng)的延遲時間為32ns，遠大于計數(shù)時鐘周期0.625ns。射頻功能模塊，包括功分器、混頻器、包絡(luò)檢波器、濾波器、功放等；其主要功能是實現(xiàn)高頻信號的的前端處理和回波信號的后端處理兩部分；高頻信號前端處理部分，電高度表發(fā)射的連續(xù)信號經(jīng)過功分器分為兩路信號，其中一路信號經(jīng)包絡(luò)檢波器獲取信號包絡(luò)，使之滿足中頻測試回波模塊的要求；另一路信號經(jīng)過混頻器下變頻至中頻信號，濾波后得到中頻調(diào)制信號，在本實施例中，高度表發(fā)射的連續(xù)信號下變頻至中頻范圍為50MHz～250MHz；回波信號后端處理部分，首先中頻測試回波模塊復(fù)現(xiàn)的延遲回波信號經(jīng)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(xù)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范圍為4200MHz～4400MHz，續(xù)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(diào)理通道、FPGA和DDS模塊；信號調(diào)理通道包括AD采樣模塊和比較整形模塊；AD采樣模塊根據(jù)FPGA提供的采樣時鐘對信號包絡(luò)進行采樣，再將采樣值送入FPGA；比較整形模塊將中頻調(diào)制信號比較整形為脈沖信號，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(chǎn)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采樣模塊的采樣值緩存后經(jīng)通信控制單元上傳至上位機計算，得到被測信號的功率并顯示；瞬時頻率測量模塊對脈沖信號作調(diào)制域內(nèi)無間歇瞬時測頻，得到瞬時頻率值，并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(shù)計算模塊根據(jù)瞬時頻率值得到脈沖信號的調(diào)制周期和瞬時頻率最小/大值，并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沖信號的斜率，再將該斜率送入回波頻率值產(chǎn)生模塊，產(chǎn)生回波頻率值并送入存儲模塊存儲；延遲回波控制模塊根據(jù)瞬時測頻值查找起始回波頻率值，并根據(jù)上位機設(shè)置的延遲時間使能回波頻率值存儲模塊，當(dāng)延遲時間到來時，讀出數(shù)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(yīng)的32位的頻率控制字，并行送入DDS模塊中；DDS模塊，將FPGA送入的頻率控制字轉(zhuǎn)換為與之對應(yīng)的模擬信號，即復(fù)現(xiàn)出模擬的延遲回波信號，并返回至射頻功能模塊；連續(xù)波無線高度表，用于發(fā)射連續(xù)信號和接收復(fù)現(xiàn)的延遲回波信號，再根據(jù)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(xù)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(xù)波無線高度表的測高性能，并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(jié)合圖3對中頻測量回波模塊復(fù)現(xiàn)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(zhǔn)，瞬時頻率測量模塊對脈沖信號進行瞬時測頻，得到瞬時頻率值f1n(此處的1表示第1個測頻調(diào)制周期，n表示一個調(diào)制周期內(nèi)完成了n組瞬時頻率值測量，f1n表示在第一個調(diào)制周期內(nèi)的n組瞬時頻率值測量中的任意一組數(shù)據(jù))、并根據(jù)瞬時頻率值的前后比較得到被測信號的調(diào)制周期TM、頻率最大值fmax、頻率最小值fmin，最后根據(jù)調(diào)制周期TM重新選擇瞬時測頻閘門寬度為T2，如調(diào)制周圍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(jù)高度表發(fā)射信號的調(diào)制周期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(guān)系表；表1(2.2)、以T2為基準(zhǔn)，瞬時頻率測量模塊對脈沖信號進行瞬時測頻，得到瞬時頻率值f2n，根據(jù)瞬時頻率值f2n查找到瞬時頻率最小值的后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，將該測頻時刻范圍內(nèi)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(jù)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(shù)，t為遞增變量，遞增規(guī)律為1,2,3…，最后將產(chǎn)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(jù)調(diào)制域瞬時測頻原理可知，將有效閘門內(nèi)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(shù)的起點標(biāo)定為閘門的中間時刻，即需將上位機設(shè)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<Ts/2]]>其中，Tdelay為與模擬高度對應(yīng)的延遲時間，Treal_delay為修正后真實的延遲時間，Ts為測得的高度表發(fā)射信號的調(diào)制周期。(2.6)、以測頻閘門寬度T2為基準(zhǔn)，瞬時頻率測量模塊對脈沖信號進行瞬時測頻，得到瞬時頻率值f3n，并根據(jù)設(shè)置的比較查找范圍(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，為小于n的正常數(shù)，如常數(shù)8，變量a的值fmax、fmin、TM、T2分別為第一個調(diào)制周期測出的頻率最大值，頻率最小值，調(diào)制周期以及測頻閘門寬度T2。檢測當(dāng)前的瞬時測頻值f3i(i為小于n的任意整數(shù)值)是否屬于該范圍。當(dāng)瞬時頻率值f3i屬于該范圍內(nèi)時，使能計數(shù)器開始計數(shù)，并計算出具體的起始回波頻率值在RAM2中的存儲地址add，add＝j(luò)×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(shù)器采用高頻計數(shù)器，根據(jù)公式H＝C×ΔT/2，可得出與模擬高度H對應(yīng)的延遲時間ΔT，C表示電磁波的傳播速度。具體實現(xiàn)過程中，采用4路400MHz的移相時鐘(等效于1.6GHz)作為高頻計數(shù)時鐘，當(dāng)計數(shù)值等于設(shè)定值(該值與延遲時間對應(yīng))時，延遲時間結(jié)束，開始回波；(2.7)、當(dāng)延遲時間等于Treal_delay時，以起始回波頻率值所在的回波地址add為基準(zhǔn)，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(shù)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(yīng)的32位的頻率控制字，并行送入DDS模塊；(2.9)、DDS模塊將頻率控制字轉(zhuǎn)換為與之對應(yīng)的模擬信號，即復(fù)現(xiàn)出模擬的延遲回波信號。盡管上面對本發(fā)明說明性的具體實施方式進行了描述，以便于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員理解本發(fā)明，但應(yīng)該清楚，本發(fā)明不限于具體實施方式的范圍，對本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護之列。當(dāng)前第1頁1 2 3