CN106452590A - 一种雷达模拟信号采集及高速大带宽数据传输方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及雷达模拟信号采集及传输领域，尤其涉及一种雷达模拟信号采集及高速大带宽数据传输方法。本发明的方法包括A/D模块处理、复接1处理、分接处理、复接2处理和波分复用等步骤，实现了可以实时高速采集和传输分布在不同系统和不同工作地点的模拟信号的发明目的，本发明的方法具有数据量大、传输速率高、传输不易出错等优点。

Description

一种雷达模拟信号采集及高速大带宽数据传输方法
技术领域
本发明涉及雷达模拟信号采集及传输领域，尤其涉及一种雷达模拟信号采集及高速大带宽数据传输方法。
背景技术
当前，雷达技术得到了迅速发展，雷达已成功应用于海陆空的各种领域，其不仅可以实现对目标的探测、定位和跟踪，还可以应用于大地测绘、地形回避、导航、气象观察、航空管制等领域。
雷达系统主要是通过提出和处理目标回波信号的相关信息来实现对目标的定位、探测和跟踪。在现代雷达信号进行目标识别过程中，为了准确提取和处理目标信息，大量的雷达视频回波数据需要采集以便对目标回波信号的各种特性进行分析和研究。雷达系统中的接收机常把其接收到的射频回波信号变化为中频信号，然后再对中频信号进行A/D 转换。采用中频数字化接收机的雷达系统，其通过天线接收到的射频回波信号经过中频数字化接收机处理后，就可以获得数据流，并通过计算机对其进行分析处理。由于中频数字化接收机输出的信号传输速率高、数据量庞大，使得数据传输系统必须具备高速、大容量的特点，因此高速数据传输系统是雷达通信领域中不可或缺的部分。同时高速、可靠的数据传输系统也会方便后续的数据处理，从而节省大量的资金、时间和人力资源。
数据传输系统在数据采集系统和数据分析、处理系统之间起着重要的桥梁连接作用，其主要是通过与数据采集系统数据接口对接，将采集系统的数据按照数据分析、处理系统的要求规则进行整理，并最终通过一定通信方式将数据传输至数据分析、处理系统。随着电子技术的蓬勃发展，各个应用领域对数据传输速率的要求越来越高，尤其是一些需要在极短时间内完成大量数据采集、测试，进行实时处理的应用场合，对数据的传输速度和接口形式提出了非常高的要求，高性能数据传输系统的研究日益显著。
中国发明专利《一种基于VPX平台的雷达信号波分复用模块设计方法》（申请号为CN201510359152.5）公开了一种相控阵雷达波分复用传输技术，其具体操作步骤为：接收相控阵雷达产生的多路数字信号，经过电光转换电路输出多路粗波分单模光信号，经过屏蔽模块抑制电磁干扰以及通道间的串扰，再经合波器形成单路粗波分复用光信号，经过光滑环转接进入信号处理机箱，通过分波器首先将单路复用光信号转换为多路不同的单模光信号，然后经过中继、放大电路提高光功率，再经光电转换电路输出多路CML电平信号传输至信号处理模块。
该专利仅仅设计了一种使用波分复用传输多路数字信号的方法，并没有考虑相控阵雷达大带宽的数据传输要求，而且没办法保证数据传输的准确度。
当前数据传输系统的高性能要求主要表现如下：（1）在传输速率方面，其要求越来越高。2002年到2008年之间，美国NASA所设计的飞行器设备的数据传输速率从150Mbps迅速增长到800Mbps，并且初步预计将在2020年，其数据传输速率可达到100Gbps；（2）在数据传输质量方面，其要求越来越高，传输系统在传输过程中要求具备强大的纠错能力。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种雷达模拟信号采集及高速大带宽数据传输方法。本发明的方法包括A/D模块处理、复接1处理、分接处理、复接2处理和波分复用等步骤，实现了可以实时高速采集和传输分布在不同系统和不同工作地点的模拟信号的发明目的，本发明的方法具有数据量大、传输速率高、传输不易出错等优点。
本发明的技术方案是：一种雷达模拟信号采集及高速大带宽数据传输方法，其特征在于：顺序包括如下步骤：
步骤一、A/D模块处理步骤：M个A/D模块分成S组完成雷达中频数据的A/D转换，每组N个的I/Q数据流，S个组每组N个的I/Q数据经过电光转换处理后由光纤传给步骤二，其中N=M/S，M大于等于1，S大于等于1；
步骤二、复接1处理步骤：将步骤一送入的S个组每组N个的光信号在复接芯片中进行光电转换处理后进行复接处理后，形成S路光信号传给步骤三；
步骤三、分接处理步骤：将步骤二送入的S路光信号在分接芯片中进行光电转换、分接处理得到S组每组N个共M个工作通道的数据，进行数据处理，步骤三中M，N，S与步骤一中相同；
步骤四、复接2处理步骤：将步骤三送入的S组每组N个共M个工作通道的数据添加信息后在复接芯片中进行复接2处理；处理完成后的数据通过电光转换得到P路光信号送给步骤五； P大于等于2；
步骤五、波分复用步骤：将步骤四的送入的P路光信号通过波分复用方式转换成1路光信号送给后端处理。
根据如上所述的雷达模拟信号采集及高速大带宽数据传输方法，其特征在于：所述的复接1和复接2采用定帧长数据复分接技术：在复接端将同一段时间内收到的各路数据采用时分复用方式复接成等长的一帧；在分接端根据帧头的位置将帧中对应位置的数据分别恢复成原来的数据后输出。
根据如上所述的雷达模拟信号采集及高速大带宽数据传输方法，其特征在于：所述步骤一中采用M个A/D模块进行数据采集。
本发明的有益效果是：一是可实现高数据率的传输，最终可达10Gbps信号的传输；二是可实现对分布在不同系统的A/D模块进行数据采集和高速传输，便于分布式雷达的设计处理和实现；三是解决了集成多路A/D转化模块存在的数据传输易出错，而且没有容错性，选取处理通道难等问题。
附图说明
图1为本发明流程框图；
图2为A/D模块处理步骤示意图；
图3为复接1处理步骤示意图；
图4为分接处理步骤示意图；
图5为复接2处理步骤示意图；
图6为波分复用步骤示意图；
图7为实施例A/D模块硬件示意图；
图8为实施例光纤多功能板硬件示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明顺序包括A/D模块处理步骤、复接1处理步骤、分接处理步骤、复接2处理步骤、波分复用步骤。
以下结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。
本发明的一个具体实施例是以某型相控阵雷达为例：
一．A/D模块处理步骤：
30个A/D模块分成3组完成雷达中频信号A/D转换，经两级数字下变频及抽取滤波处理后插入帧头、标识字等信息后得到3组每组10个的I/Q数据流，3组每组10个的I/Q数据流进行并串转换、电光转换后由光纤传给步骤二。
实施例的A/D模块硬件框图如图7所示。其中FPGA芯片采用Altera公司Arria ⅡGX系列产品，型号为EP2AGX125EF35I5； EP2AGX125EF35I5具有12个高速串行编码器、118143个LEs、6570Kbit存储空间、576个18 bit×18 bit的乘法器、6个锁相环和32个高速LVDS收发器。
本发明最好采用M个A/D模块进行数据采集。并将A/D模块进行模块化设计处理，这样可以解决传统设计中使用一块A/D板集成多路A/D存在的数据传输易出错，而且没有容错性，选取处理通道难等问题。并且，便于采集分布在不同系统的A/D模块数据，便于分布式雷达的设计处理。
二．复接1处理步骤：
将步骤一送入的3组每组10个的I/Q数据的光信号在FPGA中进行光电转换等处理后进行复接1处理。
具体为将1至10路A/D模块送入的光信号在FPGA1中进行光电转换、串并转换处理后得到10路192Mbps的数据送给FPGA2，在FPGA2中进行复接1处理后，经并串转换、电光转换后成为1路2.56Gbps的光信号。将11至20路A/D模块送入的光信号在FPGA1中进行光电转换、串并转换处理后得到10路192Mbps的数据送给FPGA2，在FPGA2中进行复接1处理后，经并串转换、电光转换后成为1路2.56Gbps的光信号；将21至30路A/D模块送入的光信号在FPGA1中进行光电转换、串并转换处理后得到10路192Mbps的数据送给FPGA2，在FPGA2中进行复接1处理后，经并串转换、电光转换后成为1路2.56Gbps的光信号。其中复接时钟为128MHz，复接帧所占的时间长1μs。复接帧长为128个16bit。
实施例的复接1处理由实现，光纤多功能板硬件框图如图8所示。主要由FPGA、DSP、ARM与光模块等组成，除实现高带宽的数据传输外，本身也具有比较强的处理能力。光纤多功能板主要包换2片Altera公司Arria Ⅱ GX系列FPGA，型号为EP2AGX125EF35I5；2片ADI公司的TigerSharc系列DSP，型号为TS201；1片NXP公司的ARM芯片，型号为LPC2292。TS201是ADI公司性能最好的高速浮点DSP，600M主频、双核，用以满足大量数据存储要求。
三．分接处理步骤：
将步骤二送入的3个组每组10个的光信号在FPGA2中进行光电转换、分接处理后得到30路4Mbps*48bit的数据进行脉冲压缩处理。实施例的分接处理也由光纤多功能板实现。
四．复接2处理步骤：
将步骤三送入的30路4Mbps*48bit的脉压数据在FPGA2中添加帧头信息后进行复接2处理。处理完成后的数据通过电光转换得到4路2.56Gbps光信号送给步骤五。复接时钟为128MHz，复接帧所占的时间长1μs。复接帧长为128个16bit。
实施例的复接2处理也由光纤多功能板实现。
五．波分复用步骤：
将步骤四的送入的4路波长分别为1530nm、1550nm、1570nm、1590nm的4路2.56Gbps光信号通过多路光纤的波分复用可以实现高达10Gbps信号的传输。1路10Gbps光信号送给后端的光纤旋转连接器。
实施例中采用中航光电科技股份有限公司的1分16波分复用器CWDM1310～1610-FC*16FC-F1。其技术指标如下：
a) 复用通道：16个；
b) 中心波长：1310～1610 nm（相邻波长间隔20nm）；
c) 插入损耗：≤3.7 dB；
d) 使用温度：－40°C ～ +85 °C。
采用波分复用方式可以将多路光信号转换成1路光信号，一是可以解决雷大后端某些器件如光纤旋转连接器只允许一路光纤传输的问题，二是可以解决雷达数据传输中存在的高速率信号传输难、易出错等问题，实施例可以实现高达10Gbps信号的传输。
本发明的复接1和复接2可以采用定帧长数据复分接技术，在FPGA中实现。在复接端将同一段时间内收到的各路数据采用时分复用方式复接成等长的一帧；在分接端根据帧头的位置将帧中对应位置的数据分别恢复成原来的数据后输出。现有FPGA工艺已经可以保证单通道2.5Gpbs以上的光纤通信。
当然，本发明还可以有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出相应的改变和变形。

Claims (3)

1.一种雷达模拟信号采集及高速大带宽数据传输方法，其特征在于：顺序包括如下步骤：
步骤一、A/D模块处理步骤：M个A/D模块分成S组完成雷达中频数据的A/D转换，每组N个的I/Q数据流，S个组每组N个的I/Q数据经过电光转换处理后由光纤传给步骤二，其中N=M/S，M大于等于1，S大于等于1；
步骤二、复接1处理步骤：将步骤一送入的S个组每组N个的光信号在复接芯片中进行光电转换处理后进行复接处理后，形成S路光信号传给步骤三；
步骤三、分接处理步骤：将步骤二送入的S路光信号在分接芯片中进行光电转换、分接处理得到S组每组N个共M个工作通道的数据，进行数据处理，步骤三中M，N，S与步骤一中相同；
步骤四、复接2处理步骤：将步骤三送入的S组每组N个共M个工作通道的数据添加信息后在复接芯片中进行复接2处理；处理完成后的数据通过电光转换得到P路光信号送给步骤五； P大于等于2；
步骤五、波分复用步骤：将步骤四的送入的P路光信号通过波分复用方式转换成1路光信号送给后端处理。
2.根据权利要求1所述的雷达模拟信号采集及高速大带宽数据传输方法，其特征在于：所述的复接1和复接2采用定帧长数据复分接技术：在复接端将同一段时间内收到的各路数据采用时分复用方式复接成等长的一帧；在分接端根据帧头的位置将帧中对应位置的数据分别恢复成原来的数据后输出。
3.根据权利要求1所述的雷达模拟信号采集及高速大带宽数据传输方法，其特征在于：所述步骤一中采用M个A/D模块进行数据采集。
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