一种基于FPGA/MCU结构的线性调频高度表

　　无线电高度表不仅可以精确测量飞行器与地面或海面的相对高度，而且还可以测量地表 粗糙度、海洋波浪高度等多种参数，在飞机的自动着陆、自动导航、地形匹配等领域得到了 广泛的应用。无线电高度表主要分为调频连续波体制和脉冲体制两种，调频连续波体制适合 1500m 以内的低高度应用，脉冲体制适合1500m 以上的中高高度应用。本文介绍了一种基于 FPGA/MCU 结构的线性调频（LFMCW）连续波高度表，具有精度高，结构简单，可靠性高，成 本低等特点。

　　2 工作原理

　　线性调频连续波高度表的基本原理为[2]：采用三角波线性调频微波振荡源，经发射天线 辐射等幅调频波，经过与飞行器飞行高度成正比例的时间延迟τ，由地面发射并被接收天线接 收，经混频后输出差拍信号fb，该信号经窄带滤波器选频后，被一个增益随高度变化的放大 器放大、滤波，送到跟踪鉴频器。跟踪鉴频器输出高、低电平表示差拍信号是否进入跟踪带 内，控制单元根据保持或调整三角波的斜率，使差拍信号始终落入跟踪带内，保持恒定值。 整个系统通过地面构成闭环，飞行器的高度由三角波的斜率和最大频偏Δf 来决定。

　　其主要性能指标为：

　　工作频率：C 波段

　　体制：LFMCW（线性调频连续波）

　　测高范围：0?1500m

　　距离分辨率：1m

　　高度数据接口：RS422，9600 波特率

　　该高度表属于收发天线分开、三角波调频、频谱前沿跟踪、恒定差拍式无线电高度表，其工作原理如图1 所示。

　　图1 线性调频高度表工作原理图 上图中，三角波发生器输出信号的幅度是一个常数，而其斜率是控制电压的函数。在测 高过程中，通过测高回路自动校正，使调制信号的斜率随高度而变化，以保持差拍恒定。变 化规律是高度升高，斜率增大；高度降低，斜率减小。跟踪鉴频器判别差拍信号fb 是否进入 跟踪带内，如是则输出锁定信号。跟踪鉴频器的中心频率为225kHz，带宽仅为30kHz 左右， 使高度表有较高的抗噪声和抗干扰的能力。在没有跟踪锁定信号时，高度表进入搜索状态， 变化三角波的斜率，从最低高度到限制的最高高度周期地扫描，并根据跟踪鉴频器是否输出 锁定信号进行调整。当调制斜率对应飞行高度时跟踪鉴频器输出高电平，高度表环路锁定并 保持跟踪地面发射的信号。