CN110221560A - 一种基于光纤传输的多路脉冲同步方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于光纤传输的多路脉冲同步方法，主要解决现有的脉冲同步技术在长距离传输上同步性能变差的问题，并降低了实现成本。其实现过程是：1.脉冲发送板FPGA利用基准时钟产生脉冲信号，用特殊字符代表脉冲信号，经多路等长光纤发送出去；2.各个脉冲接收板检测到光纤数据中的特殊字符后，恢复出原脉冲信号；3.调整恢复脉冲的位置，使调整后的脉冲上升沿处在恢复脉冲的中间位置，再使用基准时钟锁存调整后的脉冲，得到最终的同步脉冲。解决了因时钟抖动带来的脉冲不同步的问题。本发明使用等长光纤传输同步脉冲信号，光纤数据传输技术成熟稳定且适合长距离传输，基于FPGA实现简单，易于工程实现。

Description

一种基于光纤传输的多路脉冲同步方法

技术领域

本发明属于雷达技术领域，涉及雷达的脉冲同步，可用于雷达前端收发组件的同步脉冲的传输，并满足工程要求。

背景技术

现在雷达特别是军用雷达需要在复杂的工作环境中，具备更远的目标探测距离和更高的目标探测精度，因此需要更多的雷达天线单元和更大的天线阵面。在大型数字阵列雷达信号处理中，必须保证雷达前端的多路天线收发组件接收到的基准脉冲信号同步，以基准信号作为收发控制的同步信号。任何一个组件不同步都会造成收发组件间的幅相特性不一致，导致数字波束形成的方向图指向产生偏差，最终影响雷达系统的目标探测性能，因此脉冲同步技术是雷达系统设计中的重要内容。

传统的数字阵列雷达采用等长屏蔽的同轴电缆来传输同步脉冲，但在强电磁环境中屏蔽层和接头处的微小瑕疵将降低屏蔽性能，影响触发信号的传输，造成脉冲信号不同步。现阶段一般使用等长差分电缆传输同步脉冲信号，差分电缆能够有效抵抗电磁干扰，但设备连接电缆的数量也随之增加了一倍，不利于生产和调试工作。另外同步脉冲的传输性能受电缆长度影响，随着电缆长度增加，同步脉冲的触发沿变化会更加缓慢，脉冲传输质量会严重下降。

目前还有一种利用光端机传输基准时钟和同步脉冲的方法，光端机利用光电转换，将时钟和脉冲信号功分到多个接收单元，再利用时钟锁存同步脉冲，实现多路脉冲同步。光端机实现脉冲同步的缺点是增加了系统的额外成本，且光电转换后的恢复脉冲电路采用的是模拟电路，因此环境变化、板卡不同批次等因素都会影响恢复脉冲的稳定性，增加了系统调试的复杂度。

发明内容

要解决的技术问题

为了解决现有的脉冲同步技术在长距离传输上同步性能变差的问题，本发明提出一种基于光纤传输的多路脉冲同步方法。

技术方案

一种基于光纤传输的多路脉冲同步方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：外部输入的基准时钟分别接入到脉冲发送板、多个脉冲接收板的FPGA时钟管脚，且基准时钟分配给各脉冲接收板的基准时钟传输电缆误小于1厘米，保证各个接收板的基准时钟相位一致；

步骤2：根据雷达系统的时序要求，脉冲发送板的FPGA利用基准时钟，逻辑计数产生待同步的脉冲信号；脉冲发送板的FPGA使用Rocket I/O模块时钟异步检测脉冲信号；在Rocket I/O时钟域检测到脉冲信号后，控制FPGA内部逻辑产生特殊字符，用特殊字符代表同步脉冲信号，经多路等长光纤发送给多块脉冲接收板；

步骤3：多块脉冲接收板FPGA的Rocket I/O模块接收光纤数据，在Rocket I/O时钟域检测到约定的特殊字符后，计数恢复出原脉冲；

步骤4：在接收Rocket I/O模块时钟域，调整恢复脉冲的上升沿位置，使延迟的脉冲上升沿位置处在原恢复脉冲的中间位置；最后利用基准时钟去锁存延迟的脉冲信号，得到最终稳定的同步脉冲，实现多路脉冲同步。

有益效果

本发明提出的一种基于光纤传输的多路脉冲同步方法，解决了因时钟抖动带来的脉冲不同步的问题。本发明使用等长光纤传输同步脉冲信号，光纤数据传输技术成熟稳定且适合长距离传输，基于FPGA实现简单，易于工程实现。

本发明具有以下优点：

(1)本发明基于FPGA中的Rocket I/O模块实现光纤传输，FPGA厂商提供了完整封装的IP核，用户根据需求配置相应参数即可，易于工程实现；

(2)光纤已被广泛应用于雷达前端收发组件与信号处理机间的数据传输，本发明使用光纤实现同步脉冲，使资源复用，降低了系统设计成本和复杂度；

(3)本发明使用光纤作为同步脉冲的传输介质，光纤数据传输为数字传输，相比于模拟传输，数字传输同步脉冲信号稳定性、可靠性高，脉冲同步的性能不受光纤长度影响，更适合长距离的脉冲同步。

附图说明

图1是本发明的硬件组成框图；

图2是本发明的具体实现流程图；

图3是本发明的收发同步脉冲的时序关系图。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

当前主流的FPGA(现场可编程门阵列)芯片集成了专用的高速串行数据收发Rocket I/O模块，使得FPGA能够实现光纤数据传输。脉冲发送板的FPGA根据雷达系统时序产生特殊字符代表脉冲信号，经等长光纤发送给多块接收板；各接收板使用相同的基准时钟恢复出脉冲信号，实现多路同步脉冲的传输。由于光纤数据传输技术稳定成熟，该技术具有工程实用性。

参照图1、图2，本发明的具体实现步骤如下：

步骤1.搭建基于光纤传输实现脉冲同步的硬件平台。

光纤传输实现脉冲同步的硬件组成包括一块脉冲发送板、N块脉冲接收板，电源为收发板卡供电，频率源为收发板卡提供基准时钟，N路等长光纤用于传输同步脉冲，N+1路基准时钟传输线用于给一块脉冲发送板和N块脉冲接收板传输基准时钟，保证连接频率源和N块接收板的基准时钟传输线长度误差小于1厘米。

步骤2.脉冲发送板的FPGA产生脉冲。实现多路光纤传输脉冲。

根据雷达系统的时序需求，在基准时钟的时钟域，控制发送板FPGA逻辑计数产生待同步的脉冲信号。脉冲发送板的FPGA内部配置产生Rocket I/O发送模块，Rocket I/O发送模块的时钟频率是基准时钟频率的十倍以上。使用Rocket I/O发送模块的时钟去异步检测步骤2中的脉冲信号，检测到脉冲信号后，控制FPGA内部逻辑填充特殊字符数据，用特殊字符数据代表脉冲信号，经多路等长光纤发送给多块脉冲接收板。

步骤3.各脉冲接收板的FPGA生成Rocket I/O收发模块，接收光纤数据并恢复出同步脉冲。

各脉冲接收板的FPGA内部配置产生Rocket I/O接收模块，配置参数与脉冲发送板Rocket I/O发送模块的参数一致。脉冲接收板的FPGA在Rocket I/O接收模块的时钟下，对接收的光纤数据进行检测，当接收到约定的特殊字符后，计数恢复出原来宽度的同步脉冲信号。

步骤4.调整恢复脉冲的位置，各脉冲接收板利用基准时钟锁存调整后的脉冲信号，实现多路脉冲同步。

在脉冲接收板恢复同步脉冲的过程中，由于接收Rocket I/O时钟与基准时钟存在十倍以上的频率关系，基准时钟锁存脉冲信号时会产生一到两个时钟的抖动。因此调整Rocket I/O恢复脉冲的位置，使调整后的脉冲上升沿处在恢复脉冲的中间位置，避免抖动带来的脉冲不同步。最后用基准时钟锁存调整后的脉冲信号，得到同步脉冲。

本发明的实现通过以下实验进一步说明：

1.实验硬件组成：3块带有光纤接口的FPGA板卡，其中一块作为脉冲发送板，其他两块作为脉冲接收板；两路等长光纤用于传输同步脉冲；电源为3块板卡供电；频率源为3块板卡提供基准时钟，3根时钟传输电缆，其中两根时钟传输电缆长度误差小于1厘米。

2.实验内容：

频率源产生10MHz频率的时钟信号作为基准时钟接入到3块板卡，保证频率源到两块脉冲接收板的时钟传输电缆等长。脉冲发送板FPGA使用基准时钟计数产生一个宽度10us的脉冲。

参照图3的收发同步脉冲的时序关系图，产生FPGA逻辑。脉冲发送板FPGA产生两路Rocket I/O发送模块，配置光纤收发数据位宽为16位，用户时钟125MHz，使用Rocket I/O的用户时钟检测10us的脉冲信号，光纤发送数据中用特殊数据6ABC去代表检测到的脉冲信号，无脉冲时段发送规律的空闲数据，将带有特殊数据的两路光纤数据同步分发给两块脉冲接收板。

两块脉冲接收板的FPGA各产生一路Rocket I/O接收模块，配置参数与脉冲发送板一致，数据传输位宽16位，用户时钟125MHz。在Rocket I/O时钟域，FPGA逻辑检测到特殊数据6ABC后，计数恢复出原来宽度10us的脉冲信号。

调整恢复脉冲的位置，使调整后的脉冲上升沿处在恢复脉冲的中间位置。最后用基准时钟去锁存调整后的脉冲，得到同步脉冲信号。

3.实验结果分析：

整个脉冲同步系统中，脉冲发送板下发数据的两条光纤等长，保证了发送板同步脉冲到两个接收板的延时相等；频率源到两块脉冲接收板的时钟传输电缆等长，保证了两块脉冲接收板基准时钟相位一致，保证了两路恢复脉冲上升沿同步；通过调整Rocket I/O时钟恢复的脉冲信号位置，再用基准时钟锁存调整后的脉冲信号，解决了时钟抖动带来的脉冲不同步的问题，保证多次上电过程两路同步脉冲上升沿位置不变，保证了系统脉冲同步的稳定性。

Claims (1)

1.一种基于光纤传输的多路脉冲同步方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：外部输入的基准时钟分别接入到脉冲发送板、多个脉冲接收板的FPGA时钟管脚，且基准时钟分配给各脉冲接收板的基准时钟传输电缆误小于1厘米，保证各个接收板的基准时钟相位一致；

步骤2：根据雷达系统的时序要求，脉冲发送板的FPGA利用基准时钟，逻辑计数产生待同步的脉冲信号；脉冲发送板的FPGA使用Rocket I/O模块时钟异步检测脉冲信号；在Rocket I/O时钟域检测到脉冲信号后，控制FPGA内部逻辑产生特殊字符，用特殊字符代表同步脉冲信号，经多路等长光纤发送给多块脉冲接收板；

步骤3：多块脉冲接收板FPGA的Rocket I/O模块接收光纤数据，在Rocket I/O时钟域检测到约定的特殊字符后，计数恢复出原脉冲；

步骤4：在接收Rocket I/O模块时钟域，调整恢复脉冲的上升沿位置，使延迟的脉冲上升沿位置处在原恢复脉冲的中间位置；最后利用基准时钟去锁存延迟的脉冲信号，得到最终稳定的同步脉冲，实现多路脉冲同步。