圖4 基帶碼組合11011的成型濾波的仿真結(jié)果
4.2 成型濾波器組的設(shè)計
由于時鐘周期為50ns,當要求最小調(diào)整步長不大于10ns時,在MATLAB中將FIR濾波器的沖激響應以時鐘周期的1/5循環(huán)左移,再與插零后的基帶碼進行卷積,就可以得到以時鐘周期的1/5循環(huán)左移0,1,2,3,4次后形成的五個子波形。圖5是組合為11011的基帶碼經(jīng)上述方式產(chǎn)生的五個子波形的圖。
圖5組合為11011的基帶碼經(jīng)上述方式產(chǎn)生的五個子波形的圖
從圖5中中央的兩條虛線可以看出,經(jīng)五次移位后的第五個子波形的0碼與原來的子波形的0碼相比,延時為4/5個時鐘周期。這樣就將調(diào)整發(fā)送時刻的步長減小到時鐘周期的1/5,大幅度提高了測距精度。
假設(shè)估計出的測距誤差是72ns,如果不采用成型濾波器的方法,調(diào)整步長為50ns,調(diào)整一個時鐘后,會產(chǎn)生72-50=22ns的調(diào)整精度誤差。而采用成型濾波器后,調(diào)整的步長縮小為10ns,在發(fā)送時將第三個數(shù)據(jù)波形送到D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬波形,再將模擬波形送出就可使調(diào)整精度的誤差降低到72-50-2×10=2ns。圖6是采用成型濾波器組前后調(diào)整精度的誤差對比圖(假設(shè)測距誤差估計服從高斯分布,均值為25ns,標準差為25ns)。
(a) 采用成形濾波器組前的發(fā)送調(diào)整誤差
(b) 采用成形濾波器組后的發(fā)送調(diào)整誤差
圖6 采用成型濾波器組前后調(diào)整精度的誤差對比圖
經(jīng)圖中的數(shù)據(jù)計算得出:在不采用成型濾波器組的情況下,發(fā)送調(diào)整誤差的標準差為18.17ns。采用成型濾波器組后,發(fā)送調(diào)整誤差的標準差為4.42ns,是不采用成型濾波器組時的。
成型濾波器組占用ROM的數(shù)量是由發(fā)送時刻調(diào)整的精度、成型濾波器的階數(shù)、波形數(shù)值量化的比特數(shù)、每個基帶碼的時鐘采樣點個數(shù)等因素決定的。對上面的例子而言,每五個基帶碼組合要生成10個8比特的波形數(shù)據(jù),因此所存儲的地址長度為4比特,存儲單位是字節(jié)。五個基帶碼共有32種組合,所以一個子波形的地址長度為4+5=9位。在調(diào)整步長是時鐘的1/5的要求下,要另加3比特基地址來存儲五個子波形。所以整個成型濾波器組總共消耗的ROM的數(shù)量為2(4+5+3)×8=32768比特。
除采用數(shù)字電路方式外,許多系統(tǒng)還用模擬電路的方式調(diào)整發(fā)送時刻:將基帶碼通過模擬觸發(fā)電路發(fā)送,而測距誤差通過模擬觸發(fā)電路控制基帶碼的發(fā)送時刻。這種方式在理論上調(diào)整發(fā)送時刻的步長更小,但與數(shù)字電路相比,易受到溫度、噪聲等多種因素的影響,可靠性差得多。而本文提出的方法是用數(shù)字的方式實現(xiàn)的,穩(wěn)定性和可靠性均有無可比擬的優(yōu)越性。
本文設(shè)計的成型濾波器充分地利用了硬件中所剩的ROM資源,占用了很少的邏輯單元。用該成型濾波器構(gòu)成的成型濾波器組,可將基帶碼發(fā)送時刻的調(diào)整步長減小到時鐘周期的幾分之一,甚至十幾分之一,因此大幅度提高了發(fā)送時刻的調(diào)整精度。本文的設(shè)計已被應用于某個測距系統(tǒng)中,取得了很好的效果。該設(shè)計還可應用于其它許多測距系統(tǒng)中,如定位系統(tǒng)、二次雷達等,因此有較高的實用價值。
(來源：電子技術(shù)應用)
