距離測量是測試技術中的一項基本測試技術，其幾乎貫穿于工程實踐的每個領域。在軍事航天領域，由于其特殊的需求，對測距系統的量程、實時性和精度要求越來越高，而擴頻測距由于其抗干擾能力強、精度高、作用范圍廣、隱蔽性好、適應性強、全天候等優勢，在測距系統中得到了重視。
    擴頻測距也稱偽碼測距，它是采用一個較長周期的PN碼序列作為發射信號，將它與目標反射或轉發回來的PN碼序列的相位進行比較，即比較兩個碼序列相差的碼片數，從而看出其時間差，換算出發射機與目的地之間的距離。如果碼片選得很窄，即碼速率做得很高，那么就可以完成高精度的測距。但隨著碼速率的提高和碼周期的加長，傳統的捕獲時間將達到不可容忍的地步，所以需要考慮快速捕獲算法。
   由擴頻碼的自相關函數可知，只有在t’=(t-τ)時，擴頻解調輸出V(t)的信號最大。根據τ就能算出兩地的距離，c為電磁波傳播速度。
    由于計算兩序列的自相關函數需要用循環卷積代替自相關函數來計算擴頻測距系統中的碼片偏移，可以節省運算時間(大約為1／114)，加快捕獲過程。設x(n)，y(n)分別為現有發射PN碼與反射回來的PN碼，序列長度為N，對它們分別做N點FFT，記

    可知R(m)為現有發射PN碼與反射回來的PN碼之間的相關值序列，長度為N，可知當R(m)中最大值的序列號減1即為碼片差。

1 仿真方案設計
    首先由m序列發生器產生出兩路序列長度為N的PN碼，其中一路經過延時模塊以后與另一路分別進入FFT模塊進行FFT運算，將進行FFT后的兩組數據運算后進入IFFT模塊得出序列組，由序列組得出兩路序列之間的碼片偏移數，從而算出其時延。系統總體框圖如圖1所示。

2 主要模塊仿真結果
2．1 PH碼產生模塊
    本設計選取的PN碼為63位，本征多項式為x6+x+1。該PN碼產生器由VHDL語言編寫，其仿真結果如圖2所示。

2．2 FFT轉換模塊
    該模塊是本設計的核心模塊，由輸入緩沖器、FFT運算器、控制器構成，完成對數據的FFT變換。將PN碼發生器產生的數據存入輸入緩沖器中，在控制器的控制下，FFT運算模塊從輸入緩沖器中讀取出數據值進行FFT變換，然后得出輸出數據。圖3所示為FFT模塊的輸入輸出關系。fft_imag_out，fft_real_out分別為輸出數據的實部、虛部和修正因子，m_soutoe_sop為輸出數據的起始位。

2．3 計算模塊
    設兩路信號進行FFT后的數據為
   
    可見對進行FFT變換后需要進行的運算處理其實質是一個乘加，一個乘減和一個加法運算，其中乘加運算仿真結果如圖4、圖5所示。

2．4 判斷模塊
    判斷模塊的主要功能是對IFFT后的序列的最大值進行判斷，得出其最大值所在的序列號減1就為其碼片差τ。clk為時鐘信號，rest為開始信號，data_in為輸入數據，data_out為輸入數據data_in中最大值所在的序列號減1。圖6為判斷模塊仿真結果。

2．5 系統總設計圖及仿真結果
    本設計采用自頂向下的設計方法，利用VHDL語言描述出擴頻測距快速捕獲的各個功能模塊。圖7所示為總體仿真結果，圖中fft_imag_ outf，fft_real_outf為ifft后的數據，data_out為輸出數據，由此可見，仿真結果與設定的τ=3一樣，驗證了本設計的可行性。

3 結束語
    采用FFT代替自相關函數計算擴頻系統中的碼片偏移可節省硬件計算時間。經過硬件的優化設計與仿真，在Altera Straix II系列FPGA上，時鐘頻率達到109．1 MHz，捕獲時間和計算時間大約在2μs，捕獲時間提高。此外，由于擴頻技術可以極大地抑制突發干擾和脈沖干擾，所以擴頻測距比起傳統的測距方法，如激光測距，超聲測距等方法能適用于更惡劣的環境，如衛星測控，而由于使用快速捕獲技術，可進一步提高實時性，在對測距實時性要求更高的引信技術中也可以采用。