基于fpga的直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)測(cè)距定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)一種射頻線路的故障檢測(cè)，具體是一種基于直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)的故障 定位方法。
[0002] 本發(fā)明用FPGA實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻調(diào)制器、擴(kuò)頻解調(diào)器、偽碼信息處理單元，射頻線路故障 檢測(cè)算法。
【背景技術(shù)】
[0003] 本設(shè)計(jì)采用擴(kuò)頻技術(shù)傳輸射頻信號(hào)，擴(kuò)頻技術(shù)是將要發(fā)送的信息頻譜擴(kuò)寬到一個(gè) 很寬的帶寬上進(jìn)行發(fā)射，接收端用相關(guān)接收原理將其帶寬壓縮，恢復(fù)出原來(lái)的窄帶信號(hào)。擴(kuò) 頻技術(shù)有兩大特征：第一、傳輸帶寬大于被傳送的原始信號(hào)帶寬。第二，傳輸帶寬主要由擴(kuò) 頻函數(shù)決定。在擴(kuò)頻方式上，本設(shè)計(jì)采用直接序列擴(kuò)頻的擴(kuò)頻通信方式，直接序列擴(kuò)頻將擴(kuò) 頻碼與待傳輸?shù)幕鶐?shù)字信號(hào)進(jìn)行模2加，從而完成擴(kuò)頻運(yùn)算。
[0004] 射頻信號(hào)在被測(cè)線路中傳輸速度是不變的，如果能測(cè)量射頻信號(hào)到故障點(diǎn)傳輸?shù)?時(shí)間差，就可以測(cè)量距離。在擴(kuò)頻通信中如果擴(kuò)展頻譜很寬，則意味著所采用的偽隨機(jī)序列 速率很高，每個(gè)碼片所占用的時(shí)間就很短。當(dāng)射頻信號(hào)遇到故障點(diǎn)反射回來(lái)，在接收端解調(diào) 出偽隨機(jī)序列，然后比較收發(fā)兩個(gè)偽碼序列相位之差，就可以精確測(cè)出擴(kuò)頻信號(hào)往返的時(shí) 間差，從而算出兩者之間的距離。測(cè)量精度取決于碼片的寬度，碼片越窄，精度越高。目前 射頻線路故障監(jiān)測(cè)設(shè)備大多采用線性調(diào)頻技術(shù)，本設(shè)計(jì)采用實(shí)現(xiàn)難度更高的直接序列擴(kuò)頻 的方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于射頻的線路故障檢測(cè)系統(tǒng)，以解決上述【背景技術(shù)】 中提出的問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)在線射頻線路故障定位，解決現(xiàn)有技術(shù)故障定位距離短、精度不高 的缺點(diǎn)，本發(fā)明采用的直接序列擴(kuò)頻定位系統(tǒng)增強(qiáng)了故障檢測(cè)能力。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā) 明提供如下技術(shù)方案： 一種基于射頻的線路故障檢測(cè)系統(tǒng)，包括控制部分、基帶部分、數(shù)字中頻部分和射頻、 部分，所述控制部分采用ARM做控制器，所述基帶部分通過(guò)FPGA完成基帶編解碼、濾波、 DDC、DUC、信息處理；數(shù)字中頻部分包括A/D、D/A和濾波器；所述射頻包括小信號(hào)放大器、混 頻器、環(huán)形器； 所述FPGA內(nèi)的擴(kuò)頻調(diào)制器對(duì)偽碼進(jìn)行調(diào)制，經(jīng)過(guò)DUC、濾波、A/D產(chǎn)生數(shù)字中頻信號(hào)，然 后經(jīng)過(guò)混頻器，混頻到需要的發(fā)射頻率，放大后經(jīng)過(guò)環(huán)形器接入合路器，與被測(cè)線路連接， 射頻信號(hào)在被測(cè)線路里傳輸過(guò)程中如有故障點(diǎn)，則產(chǎn)生反射波，反射信號(hào)經(jīng)過(guò)合路器、環(huán)形 器進(jìn)入射頻線路故障檢測(cè)設(shè)備，反射信號(hào)經(jīng)過(guò)混頻后降為數(shù)字中頻、最后再經(jīng)過(guò)D/A傳送 給FPGA，經(jīng)過(guò)DDC后變?yōu)榛鶐盘?hào)，最后經(jīng)過(guò)擴(kuò)頻解調(diào)器將解調(diào)出的偽碼給信息處理單元。 信息處理單元根據(jù)發(fā)送和接收的偽碼，算出線路各個(gè)故障點(diǎn)的駐波比，回波損耗等信息。
[0006] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：擴(kuò)頻通信能提高信號(hào)的信噪比，直接序列 擴(kuò)頻的擴(kuò)頻通信方式對(duì)窄帶干擾有抑制作用、同時(shí)具有抗寬帶阻塞噪聲干擾能力、抗多徑 干擾的能力，因此本發(fā)明適合長(zhǎng)距離、高精度定位的射頻線路檢測(cè)系統(tǒng)。
【附圖說(shuō)明】
[0007] 圖1為基于FPGA的射頻線路故障檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖； 圖2為FPGA內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。
[0008] 圖3為信息處理單元的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0010] 請(qǐng)參閱圖1-3, 一種基于射頻的線路故障檢測(cè)系統(tǒng)，包括控制部分、基帶部分、數(shù)字 中頻部分和射頻部分，所述控制部分采用ARM做控制器，所述基帶部分通過(guò)FPGA生成基帶 調(diào)制碼，F(xiàn)PGA包括信息處理單元、擴(kuò)頻調(diào)制器、DUC和DDC;數(shù)字中頻部分包括A/D、D/A和濾 波器；所述射頻部分包括混頻器、放大器和環(huán)形器； 所述FPGA內(nèi)的擴(kuò)頻調(diào)制器對(duì)偽碼進(jìn)行調(diào)制，經(jīng)過(guò)DUC、濾波、A/D產(chǎn)生數(shù)字中頻信號(hào)，然 后經(jīng)過(guò)混頻器，混頻到需要的發(fā)射頻率，放大后經(jīng)過(guò)環(huán)形器接入合路器，與被測(cè)線路連接， 射頻信號(hào)在被測(cè)線路里傳輸過(guò)程中如有故障點(diǎn)，則產(chǎn)生反射波，反射信號(hào)經(jīng)過(guò)合路器、環(huán)形 器進(jìn)入漏纜檢測(cè)設(shè)備，反射信號(hào)經(jīng)過(guò)混頻后降為數(shù)字中頻、最后再經(jīng)過(guò)D/A傳送給FPGA，經(jīng) 過(guò)DDC后變?yōu)榛鶐盘?hào)，最后經(jīng)過(guò)擴(kuò)頻調(diào)制器將解調(diào)出的偽碼給信息處理單元。信息處理 單元根據(jù)發(fā)送和接收的偽碼，算出線路各個(gè)故障點(diǎn)的駐波比，回波損耗等信息。
[0011] 本發(fā)明的工作原理是：本設(shè)計(jì)采用直接序列擴(kuò)頻技術(shù)，直接序列擴(kuò)頻技術(shù)是將要 發(fā)送的信息頻譜擴(kuò)寬到一個(gè)很寬的帶寬上進(jìn)行發(fā)射，接收端用相關(guān)接收原理將其帶寬壓 縮，恢復(fù)出原來(lái)窄帶信號(hào)。擴(kuò)頻技術(shù)有兩大特征：第一、傳輸帶寬大于被傳送的原始信號(hào)帶 寬。第二，傳輸帶寬主要由擴(kuò)頻函數(shù)決定。在擴(kuò)頻方式上，本設(shè)計(jì)采用直接序列擴(kuò)頻的通信 方式，直接序列擴(kuò)頻將擴(kuò)頻碼與待傳輸?shù)幕鶐?shù)字信號(hào)進(jìn)行模2加，從而完成擴(kuò)頻運(yùn)算。
[0012] FPGA內(nèi)的擴(kuò)頻調(diào)制器對(duì)偽碼進(jìn)行調(diào)制，經(jīng)過(guò)DUC、濾波、AD產(chǎn)生數(shù)字中頻信號(hào)，然 后經(jīng)過(guò)混頻器，混頻到需要的發(fā)射頻率，放大后經(jīng)過(guò)環(huán)形器接入合路器，與被測(cè)線路連接。 射頻信號(hào)在被測(cè)線路里傳輸過(guò)程中如有故障點(diǎn)，則產(chǎn)生反射信號(hào)，反射信號(hào)經(jīng)過(guò)合路器、環(huán) 形器進(jìn)入漏纜檢測(cè)設(shè)備。反射信號(hào)經(jīng)過(guò)混頻后降為數(shù)字中頻、最后再經(jīng)過(guò)DA傳送給FPGA、 經(jīng)過(guò)DDC后變?yōu)榛鶐盘?hào)，最后經(jīng)過(guò)擴(kuò)頻解調(diào)器將解調(diào)出的偽碼給信息處理單元。信息處 理單元根據(jù)發(fā)送和接收的偽碼，算出線路各個(gè)故障點(diǎn)的駐波比，回波損耗等信息。
[0013] 圖2為FPGA內(nèi)部主要模塊的結(jié)構(gòu)框圖。A/D的采樣率為184. 32M，數(shù)字中頻頻點(diǎn) 為138. 24M。ADC輸入的是數(shù)字中頻信號(hào)，中頻頻點(diǎn)為138. 24,位于第2Nyquist區(qū)，采樣率 184. 32MHz，DDC將中頻信號(hào)搬移到基帶，然后濾波，抽取到92. 16M。將DDC出來(lái)的信號(hào)送給 擴(kuò)頻解調(diào)器。擴(kuò)頻調(diào)制器將將調(diào)制的信號(hào)送入DUC，經(jīng)過(guò)插值、濾波后送給DA，變?yōu)橹蓄l信 號(hào)。信息處理單元根據(jù)對(duì)擴(kuò)頻解調(diào)輸出信號(hào)進(jìn)行處理，得出射頻線路的故障點(diǎn)信息，然后上 報(bào)給處理器。
[0014] 圖3為信息處理單元框圖，用偽碼測(cè)距的基本思想是利用無(wú)線電波收發(fā)之間的傳 播時(shí)間來(lái)進(jìn)行測(cè)量。對(duì)于本設(shè)計(jì)發(fā)射的射頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)發(fā)射，電波從發(fā)射時(shí)刻起到收到回波 信號(hào)，傳輸時(shí)延為f，則目標(biāo)距離d和傳輸距離S之間關(guān)系為：
c為光速，測(cè)距主要是測(cè)量傳輸時(shí)延L目前大多采用脈沖或連續(xù)波測(cè)量，當(dāng)距離很大 是無(wú)論是脈沖還是連續(xù)波，都存在困難。脈沖增加發(fā)射功率受限，連續(xù)波存在距離模糊。利 用偽碼的尖銳性，以及偽碼的周期性很長(zhǎng)的特點(diǎn)，采用相關(guān)接收技術(shù)，可以利用發(fā)射偽碼和 接收偽碼的相位差來(lái)測(cè)量傳輸延時(shí)，是測(cè)量抗干擾能力增強(qiáng)，測(cè)距精度和測(cè)量范圍也大大 增加。
[0015] 本發(fā)明能達(dá)到的預(yù)期指標(biāo)：（1)能夠?qū)β├|、天線饋線等線路故障進(jìn)行定位；（2) 能夠在線定位；（3)能夠達(dá)到至少1500米(包括跳線和漏纜)的距離，10米的定位精度；（4) 能夠遠(yuǎn)程控制；（5)網(wǎng)管能夠?qū)崟r(shí)報(bào)警。
[0016] 射頻線路故障測(cè)試過(guò)程，射頻線路故障檢測(cè)信號(hào)與射頻線路工作信號(hào)一起通過(guò)合 路器接入射頻鏈路，檢測(cè)信號(hào)和工作信號(hào)在不同的頻段發(fā)送，對(duì)工作信號(hào)頻段信號(hào)雜散小 于-lOOdBm。檢測(cè)信號(hào)在傳輸過(guò)程中遇到故障點(diǎn)會(huì)有反射，反射信號(hào)經(jīng)過(guò)環(huán)形器進(jìn)入檢測(cè)設(shè) 備。反射信號(hào)與發(fā)射信號(hào)的時(shí)間差值，可以確定故障點(diǎn)。檢測(cè)信號(hào)在射頻線路傳輸過(guò)程中 會(huì)有損耗，其中損耗因子的大小和射頻線路的物理特性有關(guān)，在射頻線路故障檢測(cè)設(shè)備接 收靈敏度不變的情況下，線路衰減因子和能檢測(cè)的最大距離成反比。射頻線路檢測(cè)設(shè)備提 供了 100M的以太網(wǎng)口、RS232 口，即可用于本地測(cè)試、程序升級(jí)，也可以遠(yuǎn)程監(jiān)控。射頻線路 故障檢測(cè)設(shè)備可以同完成兩個(gè)方向的故障檢測(cè)，每個(gè)方向都通過(guò)合路器接入被測(cè)線路。射 頻線路故障檢測(cè)設(shè)備可以進(jìn)行星形組網(wǎng)，監(jiān)測(cè)信息可以通過(guò)光纖以太轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，通過(guò)光 纖上傳給監(jiān)測(cè)管理單元，監(jiān)測(cè)管理單元統(tǒng)一對(duì)射頻線路檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行控制。
[0017] 射頻線路故障檢測(cè)設(shè)備具備以下幾個(gè)功能：1.漏纜駐波比指標(biāo)的監(jiān)測(cè)和告警功 能。2.故障定位功能。3.同時(shí)監(jiān)測(cè)兩條漏纜的功能4.從本地維護(hù)接口讀取、存儲(chǔ)及導(dǎo)出 數(shù)據(jù)的功能。5.將設(shè)備的相關(guān)信息經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸鏈路傳送至網(wǎng)管系統(tǒng)的功能。6.設(shè)備故障 時(shí)不影響既有無(wú)線系統(tǒng)的正常工作。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種使用射頻信號(hào)定位和監(jiān)測(cè)射頻線路的方法，射頻故障檢測(cè)設(shè)備主要包括基帶部 分、數(shù)字中頻部分、射頻部分、控制部分。FPGA完成基帶部分和上變頻、下變頻、AD接口、DA 接口。FPGA內(nèi)主要包括處理器接口單元、信息處理單元、擴(kuò)頻調(diào)制器、擴(kuò)頻解調(diào)器、DDC、DUC、 AD接口、DA接口等部分。所述FPGA內(nèi)的擴(kuò)頻調(diào)制器對(duì)偽碼進(jìn)行調(diào)制，經(jīng)過(guò)DUC、濾波、A/D 產(chǎn)生數(shù)字中頻信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)混頻器，混頻到需要的發(fā)射頻率，放大后經(jīng)過(guò)環(huán)形器接入合路 器，與被測(cè)線路連接，射頻信號(hào)在被測(cè)線路里傳輸過(guò)程中如有故障點(diǎn)，則產(chǎn)生反射波，反射 信號(hào)經(jīng)過(guò)合路器、環(huán)形器進(jìn)入漏纜檢測(cè)設(shè)備，反射信號(hào)經(jīng)過(guò)混頻器后變?yōu)閿?shù)字中頻信號(hào)、最 后再經(jīng)過(guò)D/A傳送給FPGA，經(jīng)過(guò)DDC后變?yōu)榛鶐盘?hào)，最后經(jīng)過(guò)擴(kuò)頻解調(diào)器將解調(diào)出的偽碼 給信息處理單元。信息處理單元根據(jù)發(fā)送和接收的偽碼，算出線路各個(gè)故障點(diǎn)的駐波比，回 波損耗等信息。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種基于FPGA的直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)測(cè)距定位方法，使用射頻信號(hào)定位和監(jiān)測(cè)射頻線路故障。采用直接序列擴(kuò)頻通信，直接序列擴(kuò)頻通信具有抗干擾能力強(qiáng)、良好的抗多徑干擾能力、能精確的定時(shí)和測(cè)距，使無(wú)線通信性能變得更加可靠，采用直接序列擴(kuò)頻通信對(duì)于射頻線路故障定位及測(cè)距有自身的優(yōu)勢(shì)。射頻故障檢測(cè)設(shè)備主要包括基帶部分、數(shù)字中頻部分、射頻部分、控制部分。FPGA完成基帶部分和上變頻、下變頻。FPGA內(nèi)主要包括處理器接口單元、信息處理單元、擴(kuò)頻調(diào)制器、擴(kuò)頻解調(diào)器、DDC、DUC、AD接口、DA接口等部分。
【IPC分類(lèi)】H04B1/707, H04B3/46
【公開(kāi)號(hào)】CN105281806
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510760119
【發(fā)明人】楊向暉
【申請(qǐng)人】Comlab（北京）通信系統(tǒng)設(shè)備有限公司
【公開(kāi)日】2016年1月27日
【申請(qǐng)日】2015年11月10日