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专利号: 202311338127X
申请人: 四川轻化工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于FPGA的多源相位自适应跟踪同步系统,其特征在于,包括由第一移相器和第一耦合器组成的第一信道链路、由第二移相器和第二耦合器组成的第二信道链路、鉴相器、信息采集单元、FPGA处理单元以及功率合路器;

所述第一移相器用于对输入的第一信号进行可控的相位调节并输入第一耦合器的输入端;

所述第二移相器用于对输入的第二信号进行可控的相位调节并输入第二耦合器的输入端;

所述第一耦合器用于将调节后的第一信号通过直通输出端传输给所述功率合路器的第一输入端,并耦合生成第一耦合信号通过耦合输出端传输给鉴相器的输入端;

所述第二耦合器用于将调节后的第二信号通过直通输出端传输给所述功率合路器的第二输入端,并耦合生成第二耦合信号通过耦合输出端传输给鉴相器的输入端;

所述鉴相器用于接收第一耦合信号与第二耦合信号,并对第一耦合信号与第二耦合信号的相位进行线性运算,得到相位差电压指示信号,并将相位差电压指示信号通过鉴相器的相位差指示输出端传输给所述信息采集单元的输入端;

所述信息采集单元用于接收相位差电压指示信号,将相位差电压指示信号转换为数字编码信号,并通过信息采集单元的输出端传输给所述FPGA处理单元的输入端;

所述FPGA处理单元用于将第一移相器与第二移相器的移向角初始化,并将接收的数字编号信号进行解码,得到第一耦合信号与第二耦合信号的相差真实值,同时采用自适应跟踪同步算法对第一移相器与第二移相器的相位进行补偿控制;

所述功率合路器用于将第一耦合器或第二耦合器输出的耦合信号进行功率合成。

2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的多源相位自适应跟踪同步系统,其特征在于,所述鉴相器对第一耦合信号与第二耦合信号的相位进行线性运算,得到相位差电压指示信号的具体过程为:所述鉴相器根据接收的第一耦合信号与第二耦合信号的相位进行做差,得到第一耦合信号与第二耦合信号的相差,即:其中, 表示第一耦合信号与第二耦合信号的相差, 表示第一耦合信号的相位,表示第二耦合信号的相位;

根据得到的第一耦合信号与第二耦合信号的相差与电压的关系,得到相位差电压指示信号,即:其中, 表示第一耦合信号与第二耦合信号的相差电压。

3.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的多源相位自适应跟踪同步系统,其特征在于,所述信息采集单元将相位差电压指示信号转换为数字编码信号的具体过程为:所述信息采集单元利用下述公式,将相位差电压指示信号转换为数字编码信号,即:其中,code表示数字编码信号, 表示信号1与信号2的相差电压,VADC_ref表示信息采集单元的数模转换器的参考电压。

4.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的多源相位自适应跟踪同步系统,其特征在于,所述FPGA处理单元用于将第一移相器与第二移相器的移向角初始化的具体过程为:所述FPGA处理单元将第一移相器与第二移相器的初始移向角分别控制为0°。

5.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的多源相位自适应跟踪同步系统,其特征在于,所述FPGA处理单元将接收的数字编号信号进行解码,得到第一耦合信号与第二耦合信号的相差真实值的具体过程为:所述FPGA处理单元通过逆求解数字编码信号,得到所述鉴相器输出的相位差电压指示信号,并逆求解第一耦合信号与第二耦合信号的相差与电压的关系,得到信号1与信号2的相差真实值,即:其中, 表示第一耦合信号与第二耦合信号的相差, 表示第一耦合信号的相位,表示第二耦合信号的相位。

6.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的多源相位自适应跟踪同步系统,其特征在于,所述FPGA处理单元采用自适应跟踪同步算法对第一移相器与第二移相器的相位进行补偿控制的具体过程为:所述FPGA处理单元以第一耦合信号与第二耦合信号的相差作为移相器的状态变量,以移相器的控制量作为模型的控制量,构建离散线性时不变动态系统模型对第一移相器与第二移相器进行更新控制状态,即:Xk=Φk‑1Xk‑1+Bk‑1Uk‑1+Wk‑1

yk=HkXk+Vk

其中,Xk表示第k时刻移相器的状态变量,Φk‑1表示第k‑1时刻的状态转移矩阵,Xk‑1表示第k‑1时刻移相器的状态变量,Bk‑1表示第k‑1时刻的控制矩阵,Uk‑1表示第k‑1时刻移相器的控制量,Wk‑1表示第k‑1时刻的白噪声,yk表示第k时刻的观测向量,Hk表示第k时刻的观测矩阵,Vk表示第k时刻的测量噪声;

初始化第0时刻移相器的状态和协方差矩阵,即:

其中, 表示第0时刻移相器的状态估计值,X0表示第0时刻移相器的状态变量,表示第0时刻移相器的状态估计值与真实值的协方差矩阵,I表示单位矩阵,T表示转置;

预测第k时刻移相器的状态,即:

其中, 表示第k时刻移相器的状态预测值, 表示第k‑1时刻移相器的状态预测值;

预测第k时刻移相器的预测误差协方差矩阵,即:

其中, 表示第k时刻移相器的状态预测值与真实值的协方差矩阵, 表示第k‑

1时刻移相器的状态量预测值与真实值的协方差矩阵, 表示第k‑1时刻的状态转移矩阵Φk‑1的转置,Qk‑1表示第k‑1时刻的白噪声Wk‑1的协方差矩阵;

计算第k时刻移相器的Kalman增益矩阵,即:

其中,Kk表示第k时刻移相器的Kalman增益矩阵, 表示第k时刻的观测矩阵Hk的转置,Rk表示第k时刻的测量噪声Vk的协方差矩阵;

估计第k时刻移相器的状态,即:

其中, 表示第k时刻移相器的状态估计值;

估计第k时刻移相器的估计误差协方差矩阵,即:

其中, 表示第k时刻移相器的状态估计值与真实值的协方差矩阵,I表示单位矩阵;

更新第k‑1时刻移相器的状态的真实值,即:

更新第k‑1时刻移相器的状态的估计值,即:

更新第k‑1时刻移相器的误差协方差矩阵的估计值,即:

循环上述过程,若第一耦合信号与第二耦合信号的相差趋近于0则停止对移相器控制状态的更新,且继续保持监测;当相差再次增大时,就恢复移相器控制权继续更新。