CN105610504B - 多目标测控通信光纤传输通道同步校正系统 - Google Patents

多目标测控通信光纤传输通道同步校正系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多目标测控通信光纤传输通道同步校正系统，本发明通过下述技术方案予以实现：控制与管理C&M单元将产生的同步sync信号传送至校正波形产生单元，校正波形产生单元基于sync信号，针对不同频点产生校正信号，将校正信号频带分为N等分；一路校正信号通过调制/解调单元将校正信号上变频至射频，另一路校正信号通过光纤传输协议处理单元将校正信号传输至发射通道，对收发通道进行同步校正，光纤传输协议处理在光纤传输通道的两端，分别完成校正数据的组帧与解帧处理；C&M单元将相位测量单元得到的相位差补偿到前端通道补偿单元，相位测量单元完成各收发通道幅度差和相位差的测量，并通过通道补偿单元实现通道幅相一致性控制，完成收、发通道的同步校正。

Description

多目标测控通信光纤传输通道同步校正系统
技术领域
本发明属于飞行器测控通信领域，具体涉及到一种数字阵列多目标测控通信系统光纤传输通道同步校正方法。
技术背景
随着我国航天事业的发展，日益增多的航天发射任务和大量在轨运行的侦察、测绘、气象、通信、导航和遥感卫星导致航天测控任务量激增，如何对全空域、多目标同时测控已成为目前测控领域的重要课题。数字波束形成(DBF)作为全空域、多目标测控的一项关键技术，以其特有的灵活性，越来越受到青睐。然而，随着阵列规模逐步增大，DBF通道数量剧增，利用射频电缆将数以万计的射频信号传输到信号处理模块的传统方式，从结构重量、通道校准、可靠性维修性等方面，都给工程实现提出了难以克服的困难。一种解决方法是：全空域、多目标测控系统设计尽可能地将A/D、D/A靠近天线，利用大规模光纤高速传输将信号送到后端基带处理。另一方面，EDFA和WDM技术逐渐成熟，光纤通信以其频带宽，通信容量大，损耗低，中继距离长的优点，已经成为支撑通信业务量增长的最关键的通信技术，成为当今互联网络和信息化社会的最重要技术之一。在雷达领域，数字阵列雷达作为相控阵雷达的一个重要发展方向，多采用分布式发射和接收，由于系统阵元数目多，回波数据量非常大；为了解决这一问题，在工程上已有利用光纤传输技术实现数字阵列雷达高速大容量数据传输的成功先例，但通道规模较小，且多采用通道间光纤长度等长设计，在应用上有一定的局限性。在测控领域，NASA针对第三代跟踪与中继卫星系统的“天基网地面部分维护计划(SGSS)”提出利用光纤传输完成射频到基带池的数字化互联；在供TTC使用的侧地线圆顶相控阵天线(GEODA)的全数字化设计中，同样提出了采用数字光网络进行基本处理单元(BPU)间的数据传输，并提高了数字波束数目。因此可见，利用光纤传输技术完成大容量高速数据、监控与命令参数、参考时钟等信息的传输已成为当前测控通信系统的一种迫切需求。
然而，由于光纤传输的引入，数字阵列多目标测控通信系统在各传输通道存在光纤传输长度不等长、光纤传输对外部环境变化敏感，数字阵列多目标测控通信系统利用光纤传输技术实现大规模光纤高速传输存在通道间同步校正等新的问题，对系统通道间同步校正提出了更高的要求，目前尚无一套系统的解决方案。
发明内容
为了解决数字阵列多目标测控通信系统利用光纤传输技术实现大规模光纤高速传输存在通道间同步校正的问题，本发明提出了一种无需补偿光纤传输通道链路时延，能适应窄带与宽带通道幅相一致性校正的数字阵列多目标测控通信系统光纤传输通道同步校正系统。
本发明的上述目的可以通过下述技术方案予以实现，一种多目标测控通信光纤传输通道同步校正系统，包括：控制与管理C&M单元1、校正波形产生单元2、相位测量单元3、调制/解调单元4、光纤传输协议处理单元5、光纤传输通道6、通道补偿单元7、TR通道8、RF前端9、天线阵元10和标校收发天线11，其特征在于：控制与管理C&M单元1将产生的同步sync信号传送至校正波形产生单元2、相位测量单元3和光纤传输协议处理5；校正波形产生单元2基于sync信号，针对不同频点产生校正信号，将校正信号频带分为N等分；一路通过调制/解调单元4将校正信号上变频至射频，对接收通道进行同步校正，并通过标校收发天线11将射频信号发射出去；光纤传输协议处理5在光纤传输通道6的两端，分别完成校正数据的组帧与解帧处理，通过光纤传输通道6，经过TR通道8、RF前端9、天线阵元10的相关处理完成标校信号的闭环；相位测量单元3输入口得到光纤传输协议处理5送入的复基带信号，相位测量单元3将测量得到的时延和相位差测量结果送到C&M单元1；另一路校正信号通过光纤传输协议处理单元5、光纤传输通道6将校正信号传输至发射通道，对发射通道进行同步校正，C&M单元1将相位测量单元3得到的相位差补偿到前端通道补偿单元7，收发通道基于sync信号的ROF组帧实现数据流与系统时间的相对同步，相位测量单元3完成各收发通道幅度差和相位差的测量，并通过通道补偿单元7实现通道幅相一致性控制，完成收、发通道的同步校正。
本发明相对于现技术具有以下的有益效果：
本发明通过对sync信号的利用，校正信号的产生以及ROF的组帧和解帧处理均基于sync信号，保证了系统重新上电通道间相位无模糊。
无需补偿光纤传输通道链路时延。本发明发射通道基于sync信号的光载无线通信ROF组帧实现了数据流与系统时间的相对同步，通过C&M单元1将相位测量单元3得到的相位差补偿到前端通道补偿单元7，收发通道基于sync信号的ROF组帧实现数据流与系统时间的相对同步，相位测量单元3完成各收发通道幅度差和相位差的测量，无需补偿光纤传输通道链路时延。
能适应窄带与宽带通道幅相一致性校正。相位测量单元3完成各收发通道幅度差和相位差的测量，并通过通道补偿单元7实现通道幅相一致性控制，完成收、发通道的同步校正，能适应窄带与宽带通道幅相一致性校正，通过改变校正波形的产生，能够同时适应窄带与宽带通道幅相一致性校正，工程应用范围广。
附图说明
图1是本发明多目标测控通信光纤传输通道同步校正系统示意图。
图2是本发明接收通道同步校正结构示意图。
图3是光纤传输通道接收通道延迟示意图。
图4是本发明发射通道同步校正结构示意图。
图5是光纤传输通道发射通道延迟示意图。
图中：1.控制与管理C&M单元，2.校正波形产生单元，3.相位测量单元，4.调制/解调单元，5.光纤传输协议处理，6.光纤传输通道，7.通道补偿单元，8.TR通道。9.RF前端，10.天线阵元，11标校收发天线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对发明进一步说明。
参阅图1。在以下描述的实施例中，多目标测控通信光纤传输通道同步校正系统包括：控制与管理C&M单元1、校正波形产生单元2、相位测量单元3、调制/解调单元4、光纤传输协议处理单元5、光纤传输通道6、通道补偿单元7、TR通道8、RF前端9、天线阵元10和标校收发天线11，其中：控制与管理C&M单元1将产生的同步sync信号传送至校正波形产生单元2、相位测量单元3和光纤传输协议处理5；校正波形产生单元2基于sync信号，针对不同频点产生校正信号，将校正信号频带分为N等分；一路通过调制/解调单元4将校正信号上变频至射频，对接收通道进行同步校正，并通过标校收发天线11将射频信号发射出去；光纤传输协议处理5在光纤传输通道6的两端，分别完成校正数据的组帧与解帧处理，通过光纤传输通道6，经过TR通道8、RF前端9、天线阵元10的相关处理完成标校信号的闭环；相位测量单元3输入口得到光纤传输协议处理5送入的复基带信号，相位测量单元3将测量得到的时延和相位差测量结果送到C&M单元1；另一路校正信号通过光纤传输协议处理单元5、光纤传输通道6将校正信号传输至发射通道，对发射通道进行同步校正，C&M单元1将相位测量单元3得到的相位差补偿到前端通道补偿单元7，收发通道基于sync信号的ROF组帧实现数据流与系统时间的相对同步，相位测量单元3完成各收发通道幅度差和相位差的测量，并通过通道补偿单元7实现通道幅相一致性控制，完成收、发通道的同步校正。
为了说明数字阵列多目标测控通信系统光纤传输通道同步校正方法，以接收通道同步校正为例，并且选择接收通道0作为示例对通道同步方法进行阐述，收发通道总数10000个，接收信号带宽为，射频信号中心频率为2GHz。具体处理步骤如下：
1在控制与管理中：控制与管理C&M单元1产生同步sync信号，将sync信号传送至校正波形产生单元2、相位测量单元3以及光纤传输协议处理5。
2校正波形产生单元2在校正波形产生中：校正波形产生单元2针对测控通信系统传输带宽内的不同频点，发射校正信号考虑信号幅度归一化，并将测控通信系统收发频带分为N等分，分别表示为f0～fN-1，其中，f0表示校正信号的第0个频点，fN-1表示校正信号的第N-1个频频点，fk表示校正信号的第k个频点，t代表校正信号采样时刻，sk(t)代表N个频点中第k个频点处的校正信号。校正波形产生单元2对每个接收通道与发射通道产生的校正信号都基于sync信号产生，校正波形产生时刻必须与C&M单元1产生的sync信号沿严格对齐，确保每次数字阵列多目标测控通信系统上电后每个通道校准信号产生相位相同。当数字阵列多目标测控通信系统收发信号为窄带信号时，校正波形产生单元只需产生一个频率为窄带信号中心频率的单频点基带信号；而当系统收发信号为宽带信号时，校正波形产生单元可产生一个频率范围覆盖整个系统收发信号带宽的线性调频信号。
3在调制/解调中：调制/解调单元完成上述步骤2校正信号sk(t)的上变频处理，得到中心频率为2GHz的射频信号，并通过标校收发天线11发射至接收通道0的天线阵元10。接收天线阵元10将接收到的射频信号经RF前端9及TR通道8处理后，得到中频信号送入光纤传输协议处理5(本步骤无需通道补偿)。
4在光纤传输协议处理中：光纤传输协议处理单元5在光纤传输通道6的两端，分别完成校正数据的组帧与解帧处理。光纤传输协议处理单元5利用光纤传输协议，对光纤每个通道分别对齐C&M单元1产生的sync信号上沿，将数据打包成ROF帧，引入后续处理帧头检测机制，实现ROF远传。帧头检测机制基于帧头标识和帧编号进行通道间数据对齐，与光纤链路时延解耦。
5在相位测量中：标校信号经过TR通道8、RF前端9、天线阵元10和标校收发天线11的相关处理，完成标校信号的闭环，最终相位测量单元3输入口得到复基带信号其中，和分别是闭环路径时延和相移，ak为信号幅度。相位测量单元3测量sk(t)和rk(t)的相位差θk，测量结果送到C&M单元1。相位测量过程中，可同时进行各收发通道与校准信号的相位差测量及幅度差测量。
6在通道补偿中：控制与管理C&M单元1将相位测量单元3得到的相位差θk补偿到前端通道补偿单元7，完成收、发通道的同步校正。通道补偿处理补偿可采用全通FIR滤波器，如果数字阵列多目标测控通信系统收发信号为窄带信号时，此时全通滤波器退化为一个复数乘法器。
改变接收通道支路，重复上述步骤1至步骤6，即可完成数字阵列多目标测控通信系统10000个接收通道的同步校正。
参阅图2。校正波形产生单元产生的校正信号经调制单元上变频至射频，并发射至接收通道0，接收阵元0将接收到的射频校正信号经RF前端、TR通道、光纤传输协议处理、光纤传输通道将校正信号传输至相位测量单元，完成接收通道间幅相一致性校正。步骤5中相位测量单元3收到的接收信号及测量相位差分别可表示为：
其中：和分别为通道0，第k个频点，第l个单元引入的时延因子、相位因子l＝0,1,2,3，因此是通道0、频点k闭环全链路的总传输时延；则分别是通道0、频点k各步骤处理引入的相位偏移；n为通道数，k为校正波形的频点，为馈入接收通道0天线口面整个过程引入的传输时延，为馈入接收通道0天线口面整个过程引入相位偏移，代表校准信号经上变频至射频，代表校准信号经RF前端9及TR通道8处理过程中分别引入的传输时延及相位偏移，代表光纤传输协议处理过程中数据的组帧与解帧引入的传输时延及相位偏移。为确保每次上电接收通道0天线口面接收到的信号都是同相的，校准信号基于sync产生，每个通道光纤传输协议处理起始时刻对齐各通道sync信号上沿。
参阅图3。基于sync信号实现光纤传输协议处理及ROF远传，每个通道分别对齐sync信号上沿，将数据打包成光载无线通信ROF帧，后续处理都基于帧头标识和帧编号进行通道间数据对齐。然而由于每次上电，由C&M单元1产生的sync信号传输至每个通道将存在固定定时偏差；后续每个通道先进行数据的帧头检测，将检测到帧头后的数据分别存入一个存储空间内(FIFO)，后端基带仅需C&M单元1产生一个同步信号，即可做到各通道数据对齐，与光纤链路时延解耦。
参阅图4。校正波形产生单元将产生的校正信号经光纤传输协议处理后由光纤传输通道送入发射通道，发射通道将收到的校正信号经光纤传输协议处理、TR通道、RF前端完成校正信号的上变频并发射出去，接收天线收到该校正信号后，由解调单元完成校正信号的下变频，并将完成下变频后的校正信号传输至相位测量单元，完成发射通道间幅相一致性校正。
参阅图5。校正信号基于sync信号实现光纤传输协议处理及ROF远传，每个通道分别对齐sync信号上沿，将数据打包成光载无线通信ROF帧，后续处理都基于帧头标识和帧编号进行通道间数据对齐。发射通道校正信号的光纤传输协议处理基于sync信号进行，校正信号经过光纤传输通道将数据传输至每个发射通道n。每路发射通道后续通过相关检测等方法完成数据帧头检测，完成数据帧头检测后的每路数据分别存入到先入先出队列存储器FIFO存储空间，然后利用同步sync信号进行每路数据的提取。同接收通道相同，每次上电每路发射通道收到的数据提取同步信号sync的定时关系存在固定偏差，该偏差引入的组帧时延为常数，包含在内，被校正单元消除。因此，发射通道基于sync信号的光载无线通信ROF组帧实现了数据流与系统时间的相对同步，无需补偿光纤传输通道链路时延。
以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体实施方式对本发明进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及设备；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种多目标测控通信光纤传输通道同步校正系统，包括：控制与管理C&M单元(1)、校正波形产生单元(2)、相位测量单元(3)、调制/解调单元(4)、光纤传输协议处理单元(5)、光纤传输通道(6)、通道补偿单元(7)、TR通道(8)、RF前端(9)、天线阵元(10)和标校收发天线(11)，其特征在于：控制与管理C&M单元(1)将产生的同步sync信号传送至校正波形产生单元(2)、相位测量单元(3)和光纤传输协议处理(5)；校正波形产生单元(2)基于sync信号，针对不同频点产生校正信号，将校正信号频带分为N等分；一路通过调制/解调单元(4)将校正信号上变频至射频，对接收通道进行同步校正，并通过标校收发天线(11)将射频信号发射出去；光纤传输协议处理5在光纤传输通道(6)的两端，分别完成校正数据的组帧与解帧处理，通过光纤传输通道(6)，经过TR通道(8)、RF前端(9)、天线阵元(10)的相关处理完成标校信号的闭环；相位测量单元(3)输入口得到光纤传输协议处理(5)送入的复基带信号，相位测量单元(3)将测量得到的时延和相位差测量结果送到C&M单元(1)；另一路校正信号通过光纤传输协议处理单元(5)、光纤传输通道(6)将校正信号传输至发射通道，对发射通道进行同步校正，C&M单元(1)将相位测量单元(3)得到的相位差补偿到前端通道补偿单元(7)，收发通道基于sync信号的ROF组帧实现数据流与系统时间的相对同步，相位测量单元(3)完成各收发通道幅度差和相位差的测量，并通过通道补偿单元(7)实现通道幅相一致性控制，完成收、发通道的同步校正。
2.如权利要求1所述的多目标测控通信光纤传输通道同步校正系统，其特征在于：校正波形产生单元(2)在校正波形产生中，校正波形产生单元(2)针对测控通信系统传输带宽内的不同频点，对发射校正信号信号幅度归一化，将测控通信系统收发频带f0～fN-1分为N等分,其中，f0为校正信号的第0个频点，fN-1为校正信号的第N-1个频频点，fk表示校正信号的第k个频点，t代表校正信号采样时刻，sk(t)代表N个频点中第k个频点处的校正信号。
3.如权利要求1所述的多目标测控通信光纤传输通道同步校正系统，其特征在于：校正波形产生单元(2)对每个接收通道与发射通道产生的校正信号都基于sync信号产生，校正波形产生时刻与C&M单元(1)产生的sync信号沿严格对齐，确保每次数字阵列多目标测控通信系统上电后每个通道校准信号产生相位相同。
4.如权利要求1所述的多目标测控通信光纤传输通道同步校正系统，其特征在于：当多目标测控通信系统收发信号为窄带信号时，校正波形产生单元只需产生一个频率为窄带信号中心频率的单频点基带信号；而当系统收发信号为宽带信号时，校正波形产生单元产生一个频率范围覆盖整个系统收发信号带宽的线性调频信号。
5.如权利要求1所述的多目标测控通信光纤传输通道同步校正系统，其特征在于：光纤传输协议处理单元(5)利用光纤传输协议，对光纤每个通道分别对齐C&M单元(1)产生的sync信号上沿，将数据打包成ROF帧，引入后续处理帧头检测机制，实现ROF远传。
6.如权利要求1所述的多目标测控通信光纤传输通道同步校正系统，其特征在于：帧头检测机制基于帧头标识和帧编号进行通道间数据对齐，与光纤链路时延解耦。
7.如权利要求1所述的多目标测控通信光纤传输通道同步校正系统，其特征在于：在通道补偿中：控制与管理C&M单元(1)将相位测量单元(3)得到的相位差补偿到前端通道补偿单元(7)，完成收、发通道的同步校正。
8.如权利要求1所述的多目标测控通信光纤传输通道同步校正系统，其特征在于：校正波形产生单元(2)产生的校正信号经调制/解调单元(4)上变频至射频，并发射至接收通道0，接收阵元0将接收到的射频校正信号经RF前端、TR通道、光纤传输协议处理、光纤传输通道将校正信号传输至相位测量单元(3)，完成接收通道间幅相一致性校正。
9.如权利要求1所述的多目标测控通信光纤传输通道同步校正系统，其特征在于：校准信号基于sync产生，每个通道光纤传输协议处理起始时刻对齐各通道sync信号上沿。
10.如权利要求1所述的多目标测控通信光纤传输通道同步校正系统，其特征在于：校正波形产生单元(2)将产生的校正信号经光纤传输协议处理后由光纤传输通道送入发射通道，发射通道将收到的校正信号经光纤传输协议处理、TR通道、RF前端完成校正信号的上变频并发射出去，接收天线收到该校正信号后，由调制/解调单元(4)完成校正信号的下变频，并将完成下变频后的校正信号传输至相位测量单元(3)，完成发射通道间幅相一致性校正。
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