[发明专利]基于FPGA超宽带定位TOA估计方法及装置

权利要求书

1.一种基于FPGA超宽带定位TOA估计方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)能量检测，接收到的调制高频脉冲超宽带信号经能量检测电路成为超宽带脉冲信号；

(2)电压比较，所述步骤(1)中的超宽带脉冲信号经电压比较器成为窄的矩形脉冲信号；

(3)展宽脉冲，所述步骤(2)中的窄的矩形脉冲信号经脉冲展宽电路成为较宽的矩形脉冲信号；

(4)脉冲前沿时间提取，所述步骤(3)中的矩形脉冲信号经脉冲前沿时间提取电路得到脉冲前沿的精确到达时间；

其中，在所述步骤(3)中的脉冲展宽电路和所述步骤(4)中的脉冲前沿时间提取电路由FPGA实现；

在所述步骤(1)中，能量检测采用分立二极管检波方式，利用二极管单向导电特性，滤除输入信号的负极性部分，然后通过并联电阻和电容滤波，从而重现超宽带信号的包络，能量检测电路的带宽使检波后的信号与接收到的超宽带信号包络一致。

2.根据权利要求1所述的基于FPGA超宽带定位TOA估计方法，其特征在于，在所述步骤(4)中，所述脉冲前沿的精确到达时间对应的时间戳由粗时间和细时间构成；

其中，所述粗时间由低速计数器测量，低速计数器对时钟信号累加计数，在输入的使能信号为高电平时，输出当前计数器值，该值即为粗时间；

所述细时间由细时间转换器中的N个高速计数器并行计数的方式测量，细时间转换器中的N个高速计数器的使能信号由开始和停止两个信号组成，开始信号与低速计数器的使能信号为同一信号，停止信号则为粗时间计数器的时钟信号，当开始信号为高电平时，高速计数器被使能，开始计数，当停止信号为高电平时，高速计数器停止计数，所有N个计数器值被送入DSP中，DSP对这N个计数器值求平均，所得值即为细时间；

细时间和粗时间通过粗细合并模块被合并处理，得到测量时间戳。

3.根据权利要求1所述的基于FPGA超宽带定位TOA估计方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，经所述步骤(2)中电压比较器输出的较窄矩形脉冲信号输入到FPGA，经脉冲展宽电路得到宽度较宽的矩形脉冲信号；

所述矩形脉冲信号的上升沿位置保留了直达脉冲信号到达的位置信息，从而通过提取矩形脉冲信号上升沿位置信息可以估计直达脉冲信号到达的位置。

4.一种超宽带定位TOA估计电路，其特征在于，该电路包括顺序连接的能量检测电路、电压比较电路、脉冲展宽电路和脉冲前沿时间提取电路；

所述能量检测电路是分立二极管检波电路，利用其单向导电特性滤除输入信号的负极性部分，然后通过并联电阻和电容进行滤波，从而重现超宽带信号的包络；

所述电压比较电路中含有电压比较器；

所述脉冲展宽电路由D触发器和延迟清零模块组成；所述D触发器的时钟端接输入信号，数据输入端口接VCC电源，异步清零端接延迟清零的输出端；所述延迟清零模块的输入信号为D触发器的输出；所述延迟清零模块为计数器；

所述脉冲前沿时间提取电路由粗时间计数器、细时间转换器、粗细合并模块组成；其中，所述粗时间计数器为低速时钟信号驱动下的计数器；所述细时间转换器由PLL模块、DSP和N个相同结构的高速计数器模块组成；

所述PLL模块内置在FPGA中，所述FPGA还包括有可编程逻辑电路。

5.根据权利要求4所述的超宽带定位TOA估计电路，其特征在于，所述FPGA是CYCLONE5CSEMA4芯片。