CN108153511A - 一种星载定长数字信号的毛刺滤除方法 - Google Patents

Abstract

一种星载定长数字信号的毛刺滤除方法，首先用前端载荷输入的随路时钟在随路门控有效时将随路数据写入到两个乒乓操作的FIFO中，然后在门控无效时判断写入到缓存FIFO中的数据个数，当FIFO中的缓存数据量不等于有效长度时，对当前的FIFO进行复位清空，等待下一个有效随路门控和数据的写入，直至当前FIFO接收到符合约定长度的缓存数据时，基于本地时钟域在随路门控无效时启动缓存数据的读取；如果接收到新有效载荷数据时，则跳转到另一个FIFO进行数据的写入，同时继续读取第一个FIFO直到其为空，依次循环，通过至少两个FIFO的乒乓缓存判决，可有效的滤除掉接口间的毛刺信号并确保有效信号的不丢失。

Description

一种星载定长数字信号的毛刺滤除方法

技术领域

本发明涉及星载传输接收处理领域，特别是一种星载定长数字信号的毛刺滤除方法。

背景技术

随着卫星遥感技术的高速发展和星上处理任务的智能化，数传系统需要实时或准实时的完成前端载荷在各种工作模式下有效载荷数据的无丢失传输与正确处理，并且需要适应前端载荷间歇开关机带来的毛刺干扰，为此开展了星载定长数字信号的毛刺滤除方法设计。

传统星载前端载荷发送和后端数据处理器接收处理之间需要约定一个明确的开关机顺序：开机时要求数据处理器先上电，然后前端载荷上电，待数据处理器和前端载荷均上电稳定一段时间后，载荷和数据处理器才开始正常工作；在断电时，载荷处于不工作状态，数据处理器先断电，然后载荷断电。并且在前端载荷起始和结束发送数据时刻在受到毛刺干扰时允许数据处理器有部分数据丢失，上述的前端载荷发送和后端数据处理器接收的开关机顺序要求或后端接收处理允许部分数据丢失的约定虽然能够在使用上对传输过程中的毛刺干扰进行一定程度规避，但是在设计上没有进行有效的改进。同时严格的开关机顺序要求使得整星的工作模式受限，并且丢失的部分数据可能会导致在轨侦测信息的不完整和不连续。

随着新一代星上载荷的在轨智能处理，卫星载荷针对特定目标进行机动的侦查监测，并且从整星能源节省的角度考虑，其前端载荷根据任务需要进行间歇的开关机。而为了确保前端载荷侦查到的目标信息和在轨处理情报的快速下传，后端的数据处理器会长期处于加电工作状态，这就要求数据处理器能够适应前端载荷随机的开关机顺序变化，实现传输数据的无丢失正确接收处理。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种星载定长数字信号的毛刺滤除方法，解决了星载系统传输接口间的毛刺信号需要滤除，以确保有效数据的实时不丢失接收的问题。

本发明的技术解决方案是：一种星载定长数字信号的毛刺滤除方法，包括如下步骤：

(1)获取星载前端载荷对应的随路时钟，根据随路时钟在随路门控有效时将随路数据写入FIFO i，在随路门控无效时判断写入到FIFO i中的数据个数，当FIFO i中的数据量不为有效长度时，对FIFO i进行复位清空，然后等待下一个有效随路门控、数据写入，直至FIFO i在随路门控有效时接收到有效长度的缓存数据，然后基于本地时钟域在随路门控无效时开始读取FIFO i内缓存数据直到其为空；

(2)当FIFO i内缓存数据不为空且接收到与FIFO i缓存的不同载荷包数据时，获取当前星载前端载荷对应的随路时钟，根据随路时钟在随路门控有效时将随路数据写入FIFO j，在随路门控无效时判断写入到FIFO j中的数据个数，当FIFO j中的数据量不为有效长度时，对FIFO j进行复位清空，然后等待下一个有效随路门控、数据写入，直至FIFO j在随路门控有效后接收到有效长度的缓存数据，然后基于本地时钟域在随路门控无效时开始读取FIFO j内缓存数据直到其为空，其中j≠i；

(3)通过至少两个FIFO的乒乓缓存判决，完成所有星载定长数字信号的毛刺滤除。

所述的FIFO的数据位宽等于星载前端载荷数据位宽，缓存深度大于星载前端载荷数据长度。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明针对现有技术的不足，提出一种新颖的定长门控数字信号的毛刺滤除方法，有效滤除星载系统传输接口间的毛刺信号，并确保有效数据的实时不丢失接收；

(2)本发明方法通过两个乒乓操作的FIFO对定长数字信号的数据进行缓存并同时通过毛刺滤除算法对有效门控长度进行严格判决从而实现将干扰毛刺滤除，毛刺滤除算法覆盖了载荷接口开关机产生的毛刺及传输干扰的各种情况，无开关机顺序配合的限制；

(3)本发明方法能适应最小一个时钟周期的逆程、最大正程任意长的情况，资源占用率低，易于采用FPGA或ASIC实现，提高了传输的正确性和抗干扰性，实用性强，属于星载传输接收处理领域。

附图说明

图1为基于定长数字信号的毛刺滤除方法示意图；

图2为定长数字信号毛刺滤除设计流程框图；

图3为定长数字信号毛刺滤除算法的状态转移图；

图4为定长数字信号的毛刺滤除方法的输入输出时序关系图；

图5为定长数字信号的毛刺滤除方法使用框图。

具体实施方式

本发明设计方法框图如图1所示，利用前端载荷输入的随路时钟在随路门控有效时将随路数据(位宽D～0均适用，D为自然数)写入到两个乒乓操作的FIFO中，然后在门控无效时判断写入到缓存FIFO中的数据个数。当FIFO1中的缓存数据量不等于约定的有效长度N时，立即对当前的FIFO1进行复位清空，然后等待下一个有效随路门控和数据的写入，直至当前FIFO1接收到符合约定长度为N*clk的有效门控和N个缓存数据时，然后基于本地时钟域在随路门控无效时启动FIFO1内缓存数据的读取。若接收到新的一包有效载荷数据时，跳转到另一个FIFO2进行数据的写入，同时若FIFO1不为空时则继续读取缓存直到为FIFO1为空后退出。依次循环，通过两个FIFO的乒乓缓存判决，可有效的滤除掉接口间的毛刺信号并确保有效信号的不丢失。

具体设计方法如下：根据接口的输入数据位宽D及约定的定值门控长度N*clk_in(clk_in为载荷输入的随路时钟)，设定两个缓存FIFO的数据位宽为D，FIFO缓存深度为L，并且要求L大于N(以确保数据写入时缓存不满)。门控的有效电平定义为正程，门控的无效电平定义为逆程，其中逆程的最小周期可为一个clk_in时钟周期。一般星载系统或单机之间的接口时钟和门控信号经过差分转单端后为单bit位宽，数据接口位宽可以是单bit或多bit，而接口的门控和信号相对时钟而言更容易受到环境及接口的干扰影响产生毛刺，从而影响后端数据接收处理的正常功能。

定长数字信号的毛刺滤除方法工作流程如下：

步骤一，利用前端载荷输入的随路时钟clk_in对其随路门控syn_in是否有效进行检测。门控无效时状态机停留在步骤一，在检测到门控为有效时，将缓存FIFO1的写使能fifo1_wr_en置为有效，随路数据写入到FIFO1的数据接口，同时对写入到FIFO1的数据量进行计数fifo_wr_cnt，然后将状态机跳转到步骤二；

步骤二，在syn_in有效时，继续将缓存FIFO1的写使能fifo1_wr_en置为有效，将随路数据写入到FIFO1的数据接口，对写入到FIFO1的数据量进行计数fifo_wr_cnt。在fifo_wr_cnt的计数值M1大于约定的门控长度L时，停止向缓存FIFO1中写入随路数据，同时将FIFO1的写使能fifo1_wr_en置为无效，对FIFO1的数据量计数器fifo_wr_cnt进行计数保持，syn_in有效时状态机停留在步骤二。在syn_in无效时，将FIFO1的写使能fifo1_wr_en置为无效，同时判断写入到FIFO1的数据量fifo_wr_cnt进行是否等于L，若等于L则将预读取FIFO1内的数据量计数器fifo1_rd_en_cnt置为L；若fifo_wr_cnt不等于L，则将预读取FIFO1内的数据量计数器fifo1_rd_en_cnt置为0，同时将FIFO1的复位信号fifo1_rst置为高(即将FIFO1处于复位状态)，然后将计数器fifo_wr_cnt置为0，syn_in无效时状态机跳转到步骤三；

步骤三，将FIFO1的复位信号置为无效(即低电平)，同时判断预读取FIFO1内的数据量计数器fifo1_rd_en_cnt是否大于0，若大于0，则在本地时钟域下将FIFO1的读使能fifo1_rd_en置为有效，同时将fifo1_rd_en_cnt按照FIFO1读出数据的个数进行依次递减，直到fifo1_rd_en_cnt的值为0退出；若fifo1_rd_en_cnt等于0时，则将FIFO1的读使能fifo1_rd_en置为无效。在读取FIFO1时若检测到下一个随路门控syn_in有效时，将缓存FIFO2的写使能fifo2_wr_en置为有效，将随路数据写入到FIFO2的数据接口，对写入到FIFO2的数据量进行计数fifo_wr_cnt，同时将状态机跳转到步骤四；

步骤四，在写入FIFO2时继续判断预读取FIFO1内的数据量fifo1_rd_en_cnt是否大于0。若大于0，则在本地时钟域下将FIFO1的读使能fifo1_rd_en置为有效，同时将fifo1_rd_en_cnt按照FIFO1读出数据的个数进行依次递减，直到fifo1_rd_en_cnt的值为0退出；若fifo1_rd_en_cnt等于0时，则将FIFO1的读使能fifo1_rd_en置为无效。在syn_in有效时，继续将缓存FIFO2的写使能fifo2_wr_en置为有效，将随路数据写入到FIFO2的数据接口，对写入到FIFO2的数据量进行计数fifo_wr_cnt，在fifo_wr_cnt的计数值M2大于约定的门控长度L时，停止向缓存FIFO2中写入随路数据，同时将FIFO2的写使能fifo2_wr_en置为无效，对FIFO2的数据量计数器fifo_wr_cnt进行计数保持；在syn_in无效时，将FIFO2的写使能fifo2_wr_en置为无效，同时判断写入到FIFO2的数据量计数器fifo_wr_cnt进行是否等于L，若等于L则将预设读取FIFO2内的数据量计数器fifo2_rd_en_cnt置为L，同时将状态机跳转到步骤五；若fifo_wr_cnt不等于L，则将预设读取FIFO2内的数据量计数器fifo2_rd_en_cnt置为0，同时将FIFO2的复位信号fifo2_rst置为高(即FIFO2处于复位状态)，然后将fifo_wr_cnt置为0，同时将状态机停留在步骤四；

步骤五，将FIFO2的复位信号置为无效，同时判断预读取FIFO2内的数据量fifo2_rd_en_cnt是否大于0，若大于0，则在本地时钟域下将FIFO2的读使能fifo2_rd_en置为有效，同时将fifo2_rd_en_cnt按照FIFO2读出数据的个数进行依次递减，直到fifo2_rd_en_cnt的值为0退出；若fifo2_rd_en_cnt等于0时，则将FIFO2的读使能fifo2_rd_en置为无效。在检测到有效门控时，将缓存FIFO1的写使能fifo1_wr_en置为有效，将随路数据写入到FIFO1的数据接口，对写入到FIFO1的数据量进行计数fifo_wr_cnt，同时将状态机跳转到步骤六；

步骤六，继续判断预读取FIFO2内的数据量fifo2_rd_en_cnt是否大于0，若大于0，则在本地时钟域下将FIFO2的读使能fifo2_rd_en置为有效，同时将计数器fifo2_rd_en_cnt按照FIFO2读出数据的个数进行依次递减，直到fifo2_rd_en_cnt的值为0退出；若fifo2_rd_en_cnt等于0时，则将FIFO2的读使能fifo2_rd_en置为无效。在syn_in有效时，继续将缓存FIFO1的写使能fifo1_wr_en置为有效，将随路数据写入到FIFO1的数据接口，对写入到FIFO1的数据量进行计数fifo_wr_cnt，在fifo_wr_cnt的计数值M3大于约定的门控长度L时，停止向缓存FIFO1中写入随路数据，同时将FIFO1的写使能fifo1_wr_en置为无效，对FIFO1的数据量计数器fifo_wr_cnt进行计数保持；在syn_in无效时，将FIFO1的写使能fifo1_wr_en置为无效，同时判断写入到FIFO1的数据量fifo_wr_cnt进行是否等于L，若等于L则将预设读取FIFO1内的数据量fifo1_rd_en_cnt置为L，同时将状态机跳转到步骤三；若fifo_wr_cnt不等于L，则将预设读取FIFO1内的数据量fifo1_rd_en_cnt置为0，同时将FIFO1的复位信号fifo1_rst置为高(即FIFO1处于复位状态)，然后将fifo_wr_cnt置为0，同时将状态机停留在步骤六；

在其他状态时，缓存FIFO1和FIFO2的读写使能均为无效，并且其预置的fifo1_rd_en_cnt、fifo2_rd_en_cnt及fifo_wr_cnt均置为0。

根据缓存FIFO1和FIFO2的有效门控信号，选择输出的有效门控和有效信号。星载定长数字信号的毛刺滤除方法设计流程框图如图2所示，其毛刺滤除算法的状态转移图见图3所示。定长数字信号的毛刺滤除算法的输入和输出时序关系如图4所示，在定长数字信号门控和有效数据量判决正确后，便立即开始有效数据的输出。其相对时延仅为(N+2)个时钟周期，即将毛刺滤除掉和定长门控判决正确后立即将有效数据准实时输出。

采用本发明提出的这种星载定长数字信号的毛刺滤除方法，在遥感X号卫星的数据处理器进行了全面验证。

图5显示了星载数据处理器的定长数字信号毛刺的滤除方法实施框图，首先数据处理器接收前端载荷的随路时钟、门控、数据，在随路门控有效时将随路数据(位宽D～0均适用，D为自然数)写入到两个乒乓操作的FIFO1和FIFO2中，然后在门控无效时判断写入到缓存FIFO1中的数据个数，当FIFO1中的缓存数据不等于约定的有效长度N时，立即对当前的FIFO1进行复位清空，然后等待下一个有效随路门控和数据的写入，直至接收到符合约定长度N*clk的有效门控和数据时，然后在本地时钟域下启动FIFO1内缓存数据的读取。若接收到新的一包有效数据时，跳转到另一个FIFO2进行数据的写入，同时若FIFO1不为空时则继续读取缓存直到为FIFO1为空后退出。依次循环，通过两个FIFO的乒乓缓存操作。最后根据缓存FIFO1和FIFO2的有效门控信号，选择输出的有效门控和有效信号。

在遥感卫星的多个型号载荷和数据处理器之间的接口数据传输接收，使用本发明提出的毛刺滤除方法可有效的滤除掉传输接口的毛刺信号，并且可确保有效数据不丢失接收。该方法能够适应最小一个时钟周期的逆程，最大正程任意长的情况，并且资源的占用率低，该方法节省了系统和硬件电路改动来改善所需要较高的成本。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (2)

1.一种星载定长数字信号的毛刺滤除方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)获取星载前端载荷对应的随路时钟，根据随路时钟在随路门控有效时将随路数据写入FIFO i，在随路门控无效时判断写入到FIFO i中的数据个数，当FIFO i中的数据量不为有效长度时，对FIFO i进行复位清空，然后等待下一个有效随路门控、数据写入，直至FIFO i在随路门控有效时接收到有效长度的缓存数据，然后基于本地时钟域在随路门控无效时开始读取FIFO i内缓存数据直到其为空；

(2)当FIFO i内缓存数据不为空且接收到与FIFO i缓存的不同载荷包数据时，获取当前星载前端载荷对应的随路时钟，根据随路时钟在随路门控有效时将随路数据写入FIFOj，在随路门控无效时判断写入到FIFO j中的数据个数，当FIFO j中的数据量不为有效长度时，对FIFO j进行复位清空，然后等待下一个有效随路门控、数据写入，直至FIFO j在随路门控有效后接收到有效长度的缓存数据，然后基于本地时钟域在随路门控无效时开始读取FIFO j内缓存数据直到其为空，其中j≠i；

(3)通过至少两个FIFO的乒乓缓存判决，完成所有星载定长数字信号的毛刺滤除。

2.根据权利要求1所述的一种星载定长数字信号的毛刺滤除方法，其特征在于：所述的FIFO的数据位宽等于星载前端载荷数据位宽，缓存深度大于星载前端载荷数据长度。