CN104393922B - 场面监视空管雷达高数据率传输系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种场面监视空管雷达高数据率传输系统，包括光纤传输系统和千兆网系统；所述的光纤传输系统包括数字接收机、光放大器、光采集卡、计算机；所述的千兆网系统包括数字接收机、交换机、计算机；所述的光纤传输系统用于单向传输雷达原始回波数据信号；所述的千兆网系统用于双向传输除了雷达原始回波数字信号以外的数据信号；本发明采用了光纤与千兆网相结合的方法，同时搭配有具备放大功能的光功分器、四通道高速光采集卡、有高速存储功能的计算机。不仅确保了高数据率的有效传输，而且计算机互为备份的交互方式也提高了系统的可靠性。

Description

场面监视空管雷达高数据率传输系统

技术领域

本发明涉及一种传输系统，尤其涉及一种可以保证高数据率传输的场面监视空管雷达传输系统。

背景技术

场面监视雷达是一种一次雷达，一些大机场常常用它来监视机场的交通。早期的场面监视雷达只能把处理后的地面目标显示在屏幕上，至于目标究竟是飞机还是车辆，管制员只能依据所显示的目标的大小再配合自己的经验来判断。随着计算机技术的发展，数据处理器出现在场面监视雷达中，它可以使其数据与飞行数据处理器、二次雷达输出数据等外部数据进行数据融合等相关处理，从而挂上飞机标牌。这样不仅使管制员能区分飞机和车辆，而且可以辨认飞机航班号、飞机机型和速度等信息。

由于采用了宽带工作的相参体制，要实现对几百批跟踪目标的机动跟踪，实现对数公里范围内的目标指示和跟踪时，系统数据流量非常庞大，理论上每秒最高实时采样数据甚至接近1GB。此外，数据处理系统还要与其它模块进行自检和控制指令的交换，执行目标成像、目标检测、目标跟踪等多种算法，在此情况下，需要构建一条与高数据率和复杂算法相适应的解决途径。

发明内容

本发明是针对机场场面监视雷达产生的系统数据流量庞大，常规电缆和网线难以传输的情况，设计的一种可保证实时数据高速传输的场面监视空管雷达高数据率传输系统。采用光纤传输技术配合千兆网实现高数据率传输。特别是针对雷达收发主机使用了双机热备份的冗余系统，设计了十六路光纤传输通道，结合高性能的计算机，便于不同主机之间的无缝切换。

应用本发明的雷达与当前国内外机场广泛使用的TERMA公司Scanter2000系列场面监视雷达相比，具有更强、更可靠的监视功能。其雷达采用相参体制，克服传统机场场面雷达不能进行相参处理的缺点，提高了雷达设备的系统性能；采用全固态发射和宽带工作方式，降低发射峰值功率，系统的可靠性得到大大提高，且更绿色环保；采用脉冲压缩和MTD技术，实现目标的相参积累，目标识别更可靠。

技术方案：为了解决以上问题本发明提供了一种场面监视空管雷达高数据率传输系统，其特征在于：包括光纤传输系统和千兆网系统；

所述的光纤传输系统包括数字接收机、光放大器、光采集卡、计算机A、计算机B、计算机C、计算机D；

所述的千兆网系统包括数字接收机、交换机、计算机A、计算机B、计算机C、计算机D、计算机E；

所述的数字接收机包括数字接收机A、数字接收机B；光放大器包括光放大器A、光放大器B、光放大器C、光放大器D；光采集卡包括光采集卡A、光采集卡B、光采集卡C、光采集卡D；交换机包括交换机A、交换机B；

所述的光纤传输系统用于单向传输雷达原始回波数据信号；数字接收机A、数字接收机B互为热备份，数字接收机A、数字接收机B依次送出正交的I、Q两路雷达原始回波数字信号I_A、Q_A、I_B、Q_B，原始回波数字信号I_A、Q_A和I_B、Q_B再依次连接到光放大器A、光放大器B、光放大器C、光放大器D的IN输入端，最后经光放大器连接到计算机上的光采集卡，具体为：光放大器A的端口1、2、3、4依次连接光采集卡A、B、C、D的端口1；光放大器B的端口1、2、3、4依次连接光采集卡A、B、C、D的端口2；光放大器C的端口1、2、3、4依次连接光采集卡A、B、C、D的端口3；光放大器D的端口1、2、3、4依次连接光采集卡A、B、C、D的端口4；同时光采集卡A、B、C、D分别插入计算机A、B、C、D；

所述的千兆网系统用于双向传输除了雷达原始回波数字信号以外的数据信号；交换机A端口2、3分别连通数字接收机A和数字接收机B，交换机A与数字接收机安装在一起；交换机B端口2、3、4、5、6依次连通计算机A、B、C、D、E，并与计算机安装在一起；交换机A和交换机B通道端口1互连；计算机A、B、C、D通过交互后可以自由切换执行一次视频显示与控制、数据存储、图形和图像处理功能，计算机E通过千兆网系统接收图形和图像处理的结果，进一步优化数据进行二次视频显示与控制。

本发明主要采用了光纤传输技术。机场场面监视雷达采用了宽带工作的相参体制，实时带宽为100MHz，数据连续采集时分为正交的两路，每秒的实时数据量为100MHz(fs)×2(I+Q)×2(14位采样)＝400M字节，对这样的数据量使用了多模光纤进行传输，光波长850nm。数字接收机输出的光接口采用MXT-488S1T-F，根据主机为双机热备份的实际情况设计有复杂的光信号分配系统。同时为了弥补光路功分及长距离传输的损耗，光路上还需要进行适当的放大处理，以保证数据信号的顺利传输。

本发明设计有四通道高速采集交换记录卡(简称光采集卡)。光采集卡实时记录雷达系统的原始回波数据，同时通过PCIe总线接口，直接送到计算机对记录的数据进行一次视频显示、数据存储、图形和图像处理等操作。光采集卡可提供4路光纤接口，每路的最高传输速率为2.5Gb/s；采用Altera公司的FPGA EP2SGX90,对光电转换后的数据进行打包和预处理；同时提供8Lane的PCIe总线接口，每路的单向传输速率为2.5Gb/s，板卡实际的传输速率能达到600MB/s。

本发明采用千兆网配合光纤进行数据传输。为了保证信号的完整性，雷达系统采集到的信号通过光纤单向传输，其它诸如控制信号、监测信号以及计算机之间的信号需要通过交换机进行连接，特别是图形和图像处理运算量大，使用了两台计算机并行处理，需要千兆网进行软件数据的交互，这里使用了D-Link公司的16端口产品DGS-1210-16。

本发明应用了具备较高性能的计算机。特别定制的计算机CPU具备10核20线程，内存16GB DDR3，存储速率优于600MB/s，同时有3个千兆网口。

有益效果：1.传输数据率高。单路光纤传输可以保证最高600GB/s的数据流量，稳定传输速率保持

在400GB/s，同时交换机具有10Mbps或100Mbps或1000Mbps自适应网口，这样的千兆网络可以有效弥补光纤单向传输数据的不足；

2.传输距离长。光放大器可以确保信号经过多次分路和长距离(甚至几十公里)

传输损耗后的性能，而交换机之间使用特种超五类电缆，至少可以保证100米的传输距离(距离延长可以通过增加交换机)，因此，雷达天线和主机可以放置在较高的铁塔上，和后端处理分隔开，方便管制员远程维护和应用；

3.光纤和千兆网两种传输方式混用，使得数据传输更灵活。两种方式互不干扰又互为补充，数据流量可以调整，数据格式可自由更改，可扩展性很强；

4.可以使计算机互为备份，提高可靠性。数据处理端的各个计算机分别用于一次视频显示与控制(一台)、数据存储阵列(一台)、图形和图像处理(两台)以及二次视频显示与控制(一台)，在使用同类型的计算机可以保证在个别计算机状态不正常时功能能够及时切换，确保核心的目标状态能及时上传。

附图说明

图1为本发明的光传输系统框图；

图2为本发明的千兆网络系统框图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步详细说明。

如图1、2所示，本发明提供了一种场面监视空管雷达高数据率传输系统，包括光纤传输系统和千兆网系统；

所述的光纤传输系统包括数字接收机、光放大器、光采集卡、计算机A、计算机B、计算机C、计算机D；

所述的千兆网系统包括数字接收机、交换机、计算机A、计算机B、计算机C、计算机D、计算机E；

所述的数字接收机包括数字接收机A、数字接收机B；光放大器包括光放大器A、光放大器B、光放大器C、光放大器D；光采集卡包括光采集卡A、光采集卡B、光采集卡C、光采集卡D；交换机包括交换机A、交换机B；

所述的光纤传输系统用于单向传输雷达原始回波数据信号；数字接收机A、数字接收机B互为热备份，数字接收机A、数字接收机B依次送出正交的I、Q两路雷达原始回波数字信号I_A、Q_A、I_B、Q_B，原始回波数字信号I_A、Q_A和I_B、Q_B再依次连接到光放大器A、光放大器B、光放大器C、光放大器D的IN输入端，最后经光放大器转换为十六路，分别连接安装在四台计算机上的光采集卡，具体为：光放大器A的端口1、2、3、4依次连接光采集卡A、B、C、D的端口1；光放大器B的端口1、2、3、4依次连接光采集卡A、B、C、D的端口2；光放大器C的端口1、2、3、4依次连接光采集卡A、B、C、D的端口3；光放大器D的端口1、2、3、4依次连接光采集卡A、B、C、D的端口4；同时光采集卡A、B、C、D分别插入计算机A、B、C、D；光纤的长度可以随雷达选址和建设工程的需要而延长，考虑到输入光采集卡的光纤过多，一般对光放大器输入的四根光纤进行长度调节。

所述的千兆网系统用于双向传输除了雷达原始回波数字信号以外的其它的控制、监测等数据信号；交换机A端口2、3分别连通数字接收机A和数字接收机B，交换机A与数字接收机安装在一起；交换机B端口2、3、4、5、6依次连通计算机A、B、C、D、E，并与计算机安装在一起；交换机A和交换机B通道端口1互连，网线长度可以在100米以内调节，超过100米时，需要增加同类型交换机进行拓展。计算机A、B、C、D通过交互后可以自由切换执行一次视频显示与控制、数据存储、图形和图像处理功能，计算机E通过千兆网系统接收图形和图像处理的结果，进一步优化数据进行二次视频显示与控制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不限制于本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种场面监视空管雷达高数据率传输系统，其特征在于：包括光纤传输系统和千兆网系统；

所述的光纤传输系统包括数字接收机、光放大器、光采集卡、计算机A、计算机B、计算机C、计算机D；

所述的千兆网系统包括数字接收机、交换机、计算机A、计算机B、计算机C、计算机D、计算机E；

所述的数字接收机包括数字接收机A、数字接收机B；光放大器包括光放大器A、光放大器B、光放大器C、光放大器D；光采集卡包括光采集卡A、光采集卡B、光采集卡C、光采集卡D；交换机包括交换机A、交换机B；

所述的光纤传输系统用于单向传输雷达原始回波数据信号；数字接收机A、数字接收机B互为热备份，数字接收机A、数字接收机B依次送出正交的I、Q两路雷达原始回波数字信号I_A、Q_A、I_B、Q_B，原始回波数字信号I_A、Q_A和I_B、Q_B再依次连接到光放大器A、光放大器B、光放大器C、光放大器D的IN输入端，最后经光放大器连接到计算机上的光采集卡，具体为：光放大器A的端口1、2、3、4依次连接光采集卡A、B、C、D的端口1；光放大器B的端口1、2、3、4依次连接光采集卡A、B、C、D的端口2；光放大器C的端口1、2、3、4依次连接光采集卡A、B、C、D的端口3；光放大器D的端口1、2、3、4依次连接光采集卡A、B、C、D的端口4；同时光采集卡A、B、C、D分别插入计算机A、B、C、D；

所述的千兆网系统用于双向传输除了雷达原始回波数字信号以外的数据信号；交换机A端口2、3分别连通数字接收机A和数字接收机B，交换机A与数字接收机安装在一起；交换机B端口2、3、4、5、6依次连通计算机A、B、C、D、E，并与计算机安装在一起；交换机A和交换机B通道端口1互连；计算机A、B、C、D通过交互后可以自由切换执行一次视频显示与控制、数据存储、图形和图像处理功能，计算机E通过千兆网系统接收图形和图像处理的结果，进一步优化数据进行二次视频显示与控制。

2.根据权利要求1所述的场面监视空管雷达高数据率传输系统，其特征在于：所述交换机具有10Mbps或100Mbps或1000Mbps自适应网口。

3.根据权利要求1所述的场面监视空管雷达高数据率传输系统，其特征在于：所述计算机A、计算机B、计算机C、计算机D的功能可以互相切换，其中两台计算机用于图形和图像的并行处理并发送数据到一台不含光采集卡的计算机E实现二次视频显示与控制。

4.根据权利要求1所述的场面监视空管雷达高数据率传输系统，其特征在于：所述数字接收机输出的光接口采用MXT-488S1T-F。

5.根据权利要求1所述的场面监视空管雷达高数据率传输系统，其特征在于：光采集卡实时记录雷达系统的原始回波数据，同时通过PCIe总线接口，直接送到计算机对记录的数据进行一次视频显示、数据存储、图形和图像处理操作。

6.根据权利要求1所述的场面监视空管雷达高数据率传输系统，其特征在于：光采集卡提供4路光纤接口，每路的最高传输速率为2.5Gb/s；采用Altera公司的FPGA EP2SGX90,对光电转换后的数据进行打包和预处理；同时提供8Lane的PCIe总线接口，每路的单向传输速率为2.5Gb/s。

7.根据权利要求1所述的场面监视空管雷达高数据率传输系统，其特征在于：所述的交换机采用D-Link公司的16端口产品DGS-1210-16。

8.根据权利要求1所述的场面监视空管雷达高数据率传输系统，其特征在于：所述的交换机A和交换机B网线长度可以在100米以内调节，超过100米时，需要增加同类型交换机进行拓展.

9.根据权利要求1所述的场面监视空管雷达高数据率传输系统，其特征在于：所述的计算机的CPU具备10核20线程，内存16GB DDR3，存储速率优于600MB/s，同时有3个千兆网口。