基于CPLD技術(shù)的數(shù)字時(shí)序控制電路設(shè)計(jì)

1、引言

　　六自由度電磁敏感定位系統(tǒng)作為一種新型的跟蹤定位裝置，可實(shí)時(shí)地確定目標(biāo)的六個(gè)參數(shù),已在機(jī)載火控系統(tǒng)（頭盔瞄準(zhǔn)具）、精密醫(yī)療器械、單兵作戰(zhàn)模擬訓(xùn)練中獲得廣泛應(yīng)用[1、2]。該跟蹤系統(tǒng)由正弦信號(hào)發(fā)射電路、敏感信號(hào)接收電路組成的硬件和從敏感接收數(shù)據(jù)中求解目標(biāo)參數(shù)的算法程序兩部分組成，定位計(jì)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(dá)到小于1毫弧的水平，因此，硬件電路的誤差成為制約系統(tǒng)定位精度的主要因素。根據(jù)工作原理，該系統(tǒng)采取按時(shí)序依次激勵(lì)發(fā)射天線，從而根據(jù)敏感天線接收信號(hào)組成接收矩陣計(jì)算目標(biāo)參數(shù)。然而，作為時(shí)序控制電路的模擬器件，存在無法避免的溫度漂移和時(shí)間漂移問題，從而大大影響了時(shí)序發(fā)射的精度，使系統(tǒng)定位計(jì)算的精度降低。為了解決該問題，本文利用CPLD數(shù)字控制技術(shù)對(duì)時(shí)序電路進(jìn)行改進(jìn)。CPLD(Complex Programmable Logic Device)是新一代的數(shù)字邏輯器件，具有速度快、集成度高、可靠性強(qiáng)、用戶可重復(fù)編程或動(dòng)態(tài)重構(gòu)其邏輯功能等特點(diǎn)。利用CPLD芯片和數(shù)字控制技術(shù)設(shè)計(jì)的時(shí)序電路，可將時(shí)序控制的精度提高到納秒級(jí)，并且工作穩(wěn)定，不受溫度的影響，有利于系統(tǒng)定位精度的提高。

2、系統(tǒng)原理[2、3]

　　六自由度電磁敏感系統(tǒng)的工作原理[2]如下：以發(fā)射天線的三個(gè)軸（x、y、z）為參考坐標(biāo)系，接收天線相對(duì)于發(fā)射天線的位置參數(shù)由距離 、方位角 和仰角 表示，姿態(tài)參數(shù)由偏航角 、俯仰角 和橫滾角 表示，此六個(gè)參數(shù)即為需要計(jì)算的目標(biāo)參數(shù)，即六自由度，參看圖1。系統(tǒng)由正弦信號(hào)發(fā)生器、時(shí)序控制電路、功率放大電路、三軸環(huán)天線、接收信號(hào)放大電路、檢波判相電路和數(shù)據(jù)采集與參數(shù)計(jì)算電路組成，參看圖2。

　　系統(tǒng)工作時(shí)，發(fā)射電路以時(shí)分制激勵(lì)方式依次激勵(lì)發(fā)射天線的三路環(huán)形天線，每激勵(lì)一次，接收天線（共三路）均收到三個(gè)信號(hào)，在一個(gè)激勵(lì)周期內(nèi)接收天線共收到九個(gè)信號(hào)，由此九個(gè)信號(hào)組成的接收矩陣可計(jì)算出所有的目標(biāo)參數(shù)。

3、時(shí)序控制電路設(shè)計(jì)[4]

　　由系統(tǒng)工作原理可知，發(fā)射信號(hào)需以時(shí)分制方式依次激勵(lì)三路發(fā)射天線，因此，時(shí)序控制的精確在提高系統(tǒng)跟蹤定位計(jì)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(hào)時(shí)分制激勵(lì)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(jié)果，時(shí)序控制信號(hào)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(tǒng)的計(jì)算精度。要想提高系統(tǒng)定位計(jì)算的精度，必須提高系統(tǒng)時(shí)序控制的精度，基于此，本文根據(jù)CPLD數(shù)字控制技術(shù)，在MAX II系列芯片EPM570T100C5上設(shè)計(jì)了一種新型的數(shù)字時(shí)序控制電路，大大提高了系統(tǒng)時(shí)序控制的精度，從而提高了系統(tǒng)計(jì)算精度。電路組成如圖4所示。