基于FPGA的擴(kuò)頻測(cè)距快速捕獲仿真研究

距離測(cè)量是測(cè)試技術(shù)中的一項(xiàng)基本測(cè)試技術(shù)，其幾乎貫穿于工程實(shí)踐的每個(gè)領(lǐng)域。在軍事航天領(lǐng)域，由于其特殊的需求，對(duì)測(cè)距系統(tǒng)的量程、實(shí)時(shí)性和精度要求越來(lái)越高，而擴(kuò)頻測(cè)距由于其抗干擾能力強(qiáng)、精度高、作用范圍廣、隱蔽性好、適應(yīng)性強(qiáng)、全天候等優(yōu)勢(shì)，在測(cè)距系統(tǒng)中得到了重視。
擴(kuò)頻測(cè)距也稱偽碼測(cè)距，它是采用一個(gè)較長(zhǎng)周期的PN碼序列作為發(fā)射信號(hào)，將它與目標(biāo)反射或轉(zhuǎn)發(fā)回來(lái)的PN碼序列的相位進(jìn)行比較，即比較兩個(gè)碼序列相差的碼片數(shù)，從而看出其時(shí)間差，換算出發(fā)射機(jī)與目的地之間的距離。如果碼片選得很窄，即碼速率做得很高，那么就可以完成高精度的測(cè)距。但隨著碼速率的提高和碼周期的加長(zhǎng)，傳統(tǒng)的捕獲時(shí)間將達(dá)到不可容忍的地步，所以需要考慮快速捕獲算法。
由擴(kuò)頻碼的自相關(guān)函數(shù)可知，只有在t’=(t-τ)時(shí)，擴(kuò)頻解調(diào)輸出V(t)的信號(hào)最大。根據(jù)τ就能算出兩地的距離，c為電磁波傳播速度。
由于計(jì)算兩序列的自相關(guān)函數(shù)需要用循環(huán)卷積代替自相關(guān)函數(shù)來(lái)計(jì)算擴(kuò)頻測(cè)距系統(tǒng)中的碼片偏移，可以節(jié)省運(yùn)算時(shí)間(大約為1／114)，加快捕獲過(guò)程。設(shè)x(n)，y(n)分別為現(xiàn)有發(fā)射PN碼與反射回來(lái)的PN碼，序列長(zhǎng)度為N，對(duì)它們分別做N點(diǎn)FFT，記

可知R(m)為現(xiàn)有發(fā)射PN碼與反射回來(lái)的PN碼之間的相關(guān)值序列，長(zhǎng)度為N，可知當(dāng)R(m)中最大值的序列號(hào)減1即為碼片差。

1 仿真方案設(shè)計(jì)
首先由m序列發(fā)生器產(chǎn)生出兩路序列長(zhǎng)度為N的PN碼，其中一路經(jīng)過(guò)延時(shí)模塊以后與另一路分別進(jìn)入FFT模塊進(jìn)行FFT運(yùn)算，將進(jìn)行FFT后的兩組數(shù)據(jù)運(yùn)算后進(jìn)入IFFT模塊得出序列組，由序列組得出兩路序列之間的碼片偏移數(shù)，從而算出其時(shí)延。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。