基于FPGA和TDC—GP1的TDOA测距系统设计.pdf

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1、2013年第32卷第1O期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)93基于FPGA和TDC—GP1的TDOA测距系统设计胡佳文，余晓芬，王标(合肥工业大学仪器科学与光电工程学院，安徽合肥230009)摘要：针对高精度短距离测量的需要，以现场可编程门阵列(FPGA)为控制核心，采用高精度时间数字转换芯片TDC—GP1和433MHz超再生射频发射、接收模块，设计了一种高精度的到达时间差(TDOA)测距系统。该测距系统由发射节点与接收节点组成，其中发射节点由FPGA控制433MHz超再生射

2、频信号与超声波信号的同步实时发射；接收节点将接收的射频信号与超声波信号，经过TDC—GP1进行TDOA测量，并由FPGA完成对TDC—GP1的测量参数配置、测量结果读取及串口上传到上位机。该测距系统由ZigBee无线通信模块对发射和接收模块进行测量过程协调，并对超声波传播速度进行温度补偿。实验结果表明：该测距系统具有精度高、可靠性高等优点，并易扩展为无线定位系统，具有良好的应用价值。关键词：现场可编程门阵列；TDC—GP1；到达时间差；高精度测距中图分类号：TP216文献标识码：A文章编号：1000-9787(2013)10-009

3、3-03DesignofTDOArangingsystembasedonFPGAandTDC-GP1HUJia—wen，YUXiao—fen，WANGBiao(SchoolofInstrumentScienceandOpto-electronicsEngineering，HefeiUniversityofTechnology，Hefei230009，China)Abstract：Aimingatneedofhighprecisionranging，ahighprecisionrangingsystemoftimedifference

4、ofarrival(TDOA)，whichiscontrolledbyfieldprogrammablegatearray(FPGA)，useTDC—GP1highprecisiontimedistaltransferchipand433MHzsuperregenerationRFtransmittingandreceivingmodule，isdesigned．Thesystemiscomposedoftransmittingnodeandreceivingnode．Inthetransmittingnode，433MHzsupe

5、rregenerationRFsignalandultrasonicwavesignalayetransmittedsynchronouslybyFPGA．Inthereceivingnode，timearrivaldifferenceofreceivedRFsignalandultrasonicsignalismeasuredbyTDC—GP1，measurementparameterconfiguration，measurementresultsreadoutofTDC—GP1andserialdatauploadtohostc

6、omputerayefinishedbyFPGA．Inthesystem，measurementprocessiscoordinatedbyZigBeewirelesscommunicationmodulesandreceivingmoduleandtemperatureismeasuredforcompensatingultrasonicwavepropagationspeed．Experimentalresultsshowthattherangingsystemhasbroadprospectinapplicationwitha

7、dvantagesofhighprecisionandreliability，andcanbeappliedeasilyforwirelesspositioningsystem．Keywords：fieldprogrammablegatearay(FPGA)；TDC—GP1；timedifferenceofarrival(TDOA)；highprecisionranging0引言一种较好的技术手段，因此，在物联网、无线传感器网络及随着科技和经济的快速发展，定位和导航在军事国防、移动机器人定位中得到了较大的应用J。医疗卫生、农业生产、

8、公共安全等各诸多领域的需求日益增目前的TDOA测距系统，大部分以无线通信模块发出加。对于精确定位的基础一测距技术⋯的研究也越来越的射频信号进行测量，虽然射频信号在空气介质中的传播多。到达时间差(timedifferenceofarri