一種基于FPGA/MCU結構的線性調頻高度表

　　無線電高度表不僅可以精確測量飛行器與地面或海面的相對高度，而且還可以測量地表 粗糙度、海洋波浪高度等多種參數(shù)，在飛機的自動著陸、自動導航、地形匹配等領域得到了 廣泛的應用。無線電高度表主要分為調頻連續(xù)波體制和脈沖體制兩種，調頻連續(xù)波體制適合 1500m 以內的低高度應用，脈沖體制適合1500m 以上的中高高度應用。本文介紹了一種基于 FPGA/MCU 結構的線性調頻（LFMCW）連續(xù)波高度表，具有精度高，結構簡單，可靠性高，成 本低等特點。

　　2 工作原理

　　線性調頻連續(xù)波高度表的基本原理為[2]：采用三角波線性調頻微波振蕩源，經發(fā)射天線 輻射等幅調頻波，經過與飛行器飛行高度成正比例的時間延遲τ，由地面發(fā)射并被接收天線接 收，經混頻后輸出差拍信號fb，該信號經窄帶濾波器選頻后，被一個增益隨高度變化的放大 器放大、濾波，送到跟蹤鑒頻器。跟蹤鑒頻器輸出高、低電平表示差拍信號是否進入跟蹤帶 內，控制單元根據(jù)保持或調整三角波的斜率，使差拍信號始終落入跟蹤帶內，保持恒定值。 整個系統(tǒng)通過地面構成閉環(huán)，飛行器的高度由三角波的斜率和最大頻偏Δf 來決定。

　　其主要性能指標為：

　　工作頻率：C 波段

　　體制：LFMCW（線性調頻連續(xù)波）

　　測高范圍：0?1500m

　　距離分辨率：1m

　　高度數(shù)據(jù)接口：RS422，9600 波特率

　　該高度表屬于收發(fā)天線分開、三角波調頻、頻譜前沿跟蹤、恒定差拍式無線電高度表，其工作原理如圖1 所示。

　　圖1 線性調頻高度表工作原理圖 上圖中，三角波發(fā)生器輸出信號的幅度是一個常數(shù)，而其斜率是控制電壓的函數(shù)。在測 高過程中，通過測高回路自動校正，使調制信號的斜率隨高度而變化，以保持差拍恒定。變 化規(guī)律是高度升高，斜率增大；高度降低，斜率減小。跟蹤鑒頻器判別差拍信號fb 是否進入 跟蹤帶內，如是則輸出鎖定信號。跟蹤鑒頻器的中心頻率為225kHz，帶寬僅為30kHz 左右， 使高度表有較高的抗噪聲和抗干擾的能力。在沒有跟蹤鎖定信號時，高度表進入搜索狀態(tài)， 變化三角波的斜率，從最低高度到限制的最高高度周期地掃描，并根據(jù)跟蹤鑒頻器是否輸出 鎖定信號進行調整。當調制斜率對應飛行高度時跟蹤鑒頻器輸出高電平，高度表環(huán)路鎖定并 保持跟蹤地面發(fā)射的信號。