FPGA 選用Xilinx 公司的XC2V500[4]，完成高速信號處理算法的運(yùn)行，如VCO 調(diào)制信號 的產(chǎn)生、VGC 控制電壓的生成、搜索/跟蹤的控制等。外圍的高速D/A 采用AD 公司的AD9754AR， 40MSPS 采樣率，14 位分辨率，能滿足VCO 調(diào)制信號對其線性度的要求。AD9754AR 采用差分 電流輸出接口，以抑制共模干擾，通過運(yùn)放將電流轉(zhuǎn)換成電壓輸出。

VGC 接口采用D/A 轉(zhuǎn)換器和運(yùn)放，來產(chǎn)生精密的VGC 電壓，VGC 電壓的輸出范圍為0?9V。 D/A 轉(zhuǎn)換器選用并行12 位D/A 轉(zhuǎn)換器AD7392AR，速度比較快。

MCU 選用SST 公司的8 位單片機(jī)SST89V564RD[5]，64K Flash 編程空間，完成高度表狀態(tài) 的控制、高度數(shù)據(jù)的校正/補(bǔ)償?shù)裙ぷ鳌?a href="http://m.makelele.cn/tags/rs/" target="_blank">RS422 接口采用MAXIM 公司的AD844E，全雙工工作， 既可輸出地面高度數(shù)據(jù)，也可通過該接口實現(xiàn)SST89V564RD 的在線編程和在線仿真。

MCU 與FPGA 之間采用8 位的數(shù)據(jù)/地址復(fù)用總線接口，速度快，通過訪問特定地址的寄 存器來實現(xiàn)邏輯控制和數(shù)據(jù)的讀取。SST89V564RD 的工作電壓為3.3V，可直接與FPGA 進(jìn)行通 訊，不需進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換。

3.2 軟件設(shè)計

該高度表的軟件設(shè)計包括兩部分：一部分是FPGA 的編程，采用VHDL 語言編寫；另一部 分是MCU 的編程，采用匯編語言編寫。兩部分軟件共同實現(xiàn)高度表的搜索、跟蹤等功能。

a. 搜索算法

當(dāng)高度表的差拍信號未落入225kHz 的跟蹤帶內(nèi)時，高度表進(jìn)入搜索狀態(tài)：通過改變調(diào) 制頻率fm從低高度到高高度進(jìn)行搜索。fm的值是離散的，滿足fm=112.5kHz/n，n 為分頻系數(shù)， n=1?1500（正整數(shù)）。

采用了線性搜索算法，分頻系數(shù)n 從小到大連續(xù)變化，使高度表從低到高，以距離分辨 率Δh=1.0m 為步長連續(xù)搜索，即fm=112.5kHz/n，n=1→1500。當(dāng)差拍信號fb0=225kHz±15kHz 時，鎖定門限輸出高電平，高度表進(jìn)入跟蹤狀態(tài)，由跟蹤鑒頻回路與地面組成閉環(huán)系統(tǒng)，伺服于高度的變化。

b. 跟蹤算法

當(dāng)高度表進(jìn)入鎖定狀態(tài)時，由跟蹤鑒頻回路與地面組成閉環(huán)系統(tǒng)。由于線性調(diào)頻信號的 特殊性，其譜線是離散的，當(dāng)高度變化時，各個頻率成分的信號都有，只是各個譜線的幅度 不同。在低高度上，由于跟蹤帶寬很窄（30kHz），調(diào)制頻率變化量Δfm大于30kHz 時，造成 高度表失鎖。另外，由于面目標(biāo)的回波差拍信號的能量并不是集中在一根譜線上，而是多根 譜線或譜線帶具有相同量級的回波能量，要使高度表能跟蹤到最低譜線，即最低高度，要采 用具有頻譜前沿跟蹤能力的算法。

我們設(shè)計了誤差抖動跟蹤算法，具有頻譜前沿跟蹤能力，其基本思路為：在當(dāng)前跟蹤高 度上產(chǎn)生一個誤差搜索區(qū)域，在此區(qū)域內(nèi)從低到高進(jìn)行線性搜索，使高度表出現(xiàn)失鎖→鎖定 的狀態(tài)變化，從而跟蹤到最低高度。

n 為當(dāng)前高度所對應(yīng)的分頻系數(shù)，誤差量Δn 取為5（對應(yīng)的高度誤差量為±5m），在（n- Δn）→（n+Δn）范圍內(nèi)從低到高進(jìn)行搜索。如n 小于6，則從1→（n+Δn）進(jìn)行搜索。如 該誤差搜索區(qū)域內(nèi)的最小n 值都能滿足鎖定條件，則以該最小n 值為當(dāng)前n 值，再產(chǎn)生誤差 搜索區(qū)域進(jìn)行跟蹤。如在整個誤差搜索區(qū)域內(nèi)都未出現(xiàn)鎖定信號，高度表從跟蹤狀態(tài)轉(zhuǎn)為搜 索狀態(tài)。 誤差抖動跟蹤算法的流程圖如圖3 所示。

圖 3 誤差抖動跟蹤算法的流程圖

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4 飛行試驗

該高度表采用動力滑翔機(jī)，進(jìn)行了多個架次的飛行試驗，飛行地貌有城市、田地、樹林、 水面等，最高飛行高度超過1500m。試驗過程中高度表性能穩(wěn)定，數(shù)據(jù)完整，50m 以下高度的 測高精度可達(dá)1m。

5 結(jié)束語

本文介紹了一種新型調(diào)頻連續(xù)波高度表，主要創(chuàng)新點在于：采用了FPGA/單片機(jī)的硬件 平臺，通用性強(qiáng)，并具備現(xiàn)場軟件升級能力；通過軟件算法實現(xiàn)了高度搜索、高度跟蹤、STC、 AGC 等功能，改變信號處理算法和控制軟件能實現(xiàn)多種功能，滿足更多應(yīng)用場合的需要；采用恒定差拍結(jié)構(gòu)，抗干擾能力強(qiáng),并具有頻譜前沿跟蹤能力；具有1500m 的大范圍測高能 力，在低高度上具有1m 的測高精度。
該高度表已用于某型無人機(jī)，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益50 萬元。