基于CPLD技術(shù)的數字時(shí)序控制電路設計

1、引言

　　六自由度電磁敏感定位系統作為一種新型的跟蹤定位裝置，可實(shí)時(shí)地確定目標的六個(gè)參數,已在機載火控系統（頭盔瞄準具）、精密醫療器械、單兵作戰模擬訓練中獲得廣泛應用[1、2]。該跟蹤系統由正弦信號發(fā)射電路、敏感信號接收電路組成的硬件和從敏感接收數據中求解目標參數的算法程序兩部分組成，定位計算精度受制于上述兩部分的誤差。目前，在不考慮環(huán)境因素影響的情況下，算法誤差已達到小于1毫弧的水平，因此，硬件電路的誤差成為制約系統定位精度的主要因素。根據工作原理，該系統采取按時(shí)序依次激勵發(fā)射天線(xiàn)，從而根據敏感天線(xiàn)接收信號組成接收矩陣計算目標參數。然而，作為時(shí)序控制電路的模擬器件，存在無(wú)法避免的溫度漂移和時(shí)間漂移問(wèn)題，從而大大影響了時(shí)序發(fā)射的精度，使系統定位計算的精度降低。為了解決該問(wèn)題，本文利用CPLD數字控制技術(shù)對時(shí)序電路進(jìn)行改進(jìn)。CPLD(Complex Programmable Logic Device)是新一代的數字邏輯器件，具有速度快、集成度高、可靠性強、用戶(hù)可重復編程或動(dòng)態(tài)重構其邏輯功能等特點(diǎn)。利用CPLD芯片和數字控制技術(shù)設計的時(shí)序電路，可將時(shí)序控制的精度提高到納秒級，并且工作穩定，不受溫度的影響，有利于系統定位精度的提高。

2、系統原理[2、3]

　　六自由度電磁敏感系統的工作原理[2]如下：以發(fā)射天線(xiàn)的三個(gè)軸（x、y、z）為參考坐標系，接收天線(xiàn)相對于發(fā)射天線(xiàn)的位置參數由距離 、方位角 和仰角 表示，姿態(tài)參數由偏航角 、俯仰角 和橫滾角 表示，此六個(gè)參數即為需要計算的目標參數，即六自由度，參看圖1。系統由正弦信號發(fā)生器、時(shí)序控制電路、功率放大電路、三軸環(huán)天線(xiàn)、接收信號放大電路、檢波判相電路和數據采集與參數計算電路組成，參看圖2。

　　系統工作時(shí)，發(fā)射電路以時(shí)分制激勵方式依次激勵發(fā)射天線(xiàn)的三路環(huán)形天線(xiàn)，每激勵一次，接收天線(xiàn)（共三路）均收到三個(gè)信號，在一個(gè)激勵周期內接收天線(xiàn)共收到九個(gè)信號，由此九個(gè)信號組成的接收矩陣可計算出所有的目標參數。

3、時(shí)序控制電路設計[4]

　　由系統工作原理可知，發(fā)射信號需以時(shí)分制方式依次激勵三路發(fā)射天線(xiàn)，因此，時(shí)序控制的精確在提高系統跟蹤定位計算精度方面顯得十分重要。圖3是時(shí)序控制理想工作狀態(tài)下，發(fā)射信號時(shí)分制激勵發(fā)射的狀態(tài)圖。但由于原時(shí)序電路采用的電容等模擬元器件的有限精度以及模擬器件受溫度影響的結果，時(shí)序控制信號會(huì )發(fā)生漂移，精度較低，從而使接收矩陣元素的實(shí)際值與理論值發(fā)生較大大偏差，影響了系統的計算精度。要想提高系統定位計算的精度，必須提高系統時(shí)序控制的精度，基于此，本文根據CPLD數字控制技術(shù)，在MAX II系列芯片EPM570T100C5上設計了一種新型的數字時(shí)序控制電路，大大提高了系統時(shí)序控制的精度，從而提高了系統計算精度。電路組成如圖4所示。