CN114384558B - 一种基于gpu的在线信号质量监测分析方法及系统 - Google Patents

一种基于gpu的在线信号质量监测分析方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于GPU的在线信号质量监测分析方法及系统，方法包括步骤一、引出数字终端的信号并送入GPU服务器，步骤二、万兆交换机内的数字信号发送至GPU服务器，步骤三、实时对接收到的信号完成信号质量分析，步骤四、根据实际接受信号质量与理论信号质量进行对比评估并验证信号质量，系统包括码流单元、万兆交换机、GPU服务器和搭载在GPU服务器上的信号分析软件；本发明通过对各链路、各节点的原始数据进行采集分析，验证评估信号质量和信道特性，为通道校准以及系统的健康诊断提供支撑和参考，可用于对地面运控系统中不同频率、不同体制和不同链路信号的在线监测。

Description

一种基于GPU的在线信号质量监测分析方法及系统
技术领域
本发明涉及卫星通讯技术领域，尤其涉及一种基于GPU的在线信号质量监测分析方法及系统。
背景技术
北斗卫星导航系统主要由空间段、地面控制段、用户段三大部分组成，空间段由GEO、IGSO、MEO三类卫星构成，主要任务是向各类用户提供基本导航信号、星基增强信号、定位报告信号等服务，地面控制段包括地面运控系统、地面测控系统，共同完成在轨卫星的运行管理和控制，用户段即各类手持、车载、机载、舰载、弹载等用户终端设备，而高精度测量是地面运控系统最关键的业务属性，是维持星地时间基准、空间基准的关键；
目前在卫星导航系统中由于地面运控系统缺乏对信号质量的在线监测手段，导致无法准确地评估在长期运行过程中因信道的非理想特性对星地测距精度的影响，也限制了系统的导航定位精度提升，尽管增加大口径天线来实现对信号质量在线监测，但天线数量较少，监测能力受限，无法对地面运控系统中不同频率、不同体质和不同链路信号的在线监测，因此，本发明提出一种基于GPU的在线信号质量监测分析方法及系统以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提出一种基于GPU的在线信号质量监测分析方法及系统，该基于GPU的在线信号质量监测分析方法及系统通过对各链路、各节点的原始数据进行采集分析，验证评估信号质量和信道特性，为通道校准以及系统的健康诊断提供支撑和参考，可用于对地面运控系统中不同频率、不同体制和不同链路信号的在线监测。
为实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：一种基于GPU的在线信号质量监测分析方法，包括以下步骤：
步骤一、在系统正常运行的万兆交换机引出数字终端的信号送入在线信号质量监测分析系统的GPU服务器；
步骤二、遵循GPU服务器接收控制规则，在线信号质量监测分析系统的万兆交换机对GPU服务器进行数据发送；
步骤三、根据系统在线分析速度的需求，系统实时对接收到的信号完成信号质量分析，其中信号质量包括但不限于相关域S取向偏差及相关损失监测、时域伪码波形监测、频域功能及频谱监测、信号相位一致性检测、电文数据质量监测和原始数据异常检测；
步骤四、加载于GPU服务器上的信号质量分析软件根据实际接受信号质量与理论信号质量进行对比评估，验证数字收发终端的信号质量是否达标，接收和发射信道是否存在不理想现象。
进一步改进在于：所述步骤一中在引出数字终端的信号时遵循不影响系统在线运行的原则，所述步骤三中完成信号质量对称性分析时GPU服务器采用GPU处理加速保证时间要求指标。
一种基于GPU的在线信号质量监测分析系统，包括码流单元、万兆交换机、GPU服务器和搭载在GPU服务器上的信号分析软件，所述码流单元用于完成时钟同步与码流生成，并将码流以千兆网络送入GPU服务器；所述万兆交换机用于数据接收和发送，数字终端的信号均在万兆交换机汇聚；所述GPU服务器一方面控制万兆交换机接收某个数字终端的数据，另一方面对进入GPU服务器的数字信号进行连续接收和存储，并根据码流单元发送的码流与采集的数字信号进行综合处理得到该数字信号的信号质量指标。
进一步改进在于：所述信号分析软件用于对接收的信号进行在线信号质量监测和对发送的信号进行在线信号质量检测，所述接收的信号的在线信号质量监测和发送的信号的在线信号质量检测是接收链路和发射链路通过连接光纤与GPU服务器连接实现检测的。
进一步改进在于：所述接收链路包含接收天线、低噪放、接收信号采集设备和数字接收终端，所述接收天线用于接收所需要的卫星下行射频信号；所述低噪放用于对接收天线接收到的信号进行滤波和低噪放放大；所述接收信号采集设备用于对低噪放放大的信号进行变频和A/D转化，并将转化的数字信号分别传送给后端的数字接收终端和GPU服务器。
进一步改进在于：与所述接收链路连接的GPU服务器对接收信号采集设备输出的数字信号进行处理，对收发通道特性测量，来测定通道的相频和幅频特性，并分析评估接收信号的信号质量是否对称来监测测量通道的理想性。
进一步改进在于：所述发射链路包含发射天线、功放、发送信号采集设备和发送终端，所述发射天线用于接收功放发送的上行信号，并对该信号进行滤波和放大发送给指定卫星；所述功放用于将发送终端发送的信号进行滤波和放大；所述发送信号采集设备用于对功放发送的信号耦合回来，并将信号上变频到指定频率的射频信号。
进一步改进在于：与所述发射链路连接的GPU服务器对发送信号采集设备和发送终端输出的数字信号进行处理，对收发通道特性测量，来测定通道的相频和幅频特性，并分析评估接收信号的信号质量是否对称来监测测量通道的理想性。
本发明的有益效果为：本发明通过对各链路、各节点的原始数据进行采集分析，验证评估信号质量和信道特性，为通道校准以及系统的健康诊断提供支撑和参考，可用于对地面运控系统中不同频率、不同体制和不同链路信号的在线监测。
附图说明
图1为本发明接收信号在线信号质量监测原理图。
图2为本发明发送信号在线信号质量检测原理图。
图3为本发明GPU服务器工作原理图。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详述，本实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
实施例1 根据图1、2、3所示，本实施例提供了一种基于GPU的在线信号质量监测分析方法，包括以下步骤：
步骤一、遵循不影响系统在线运行的原则，在系统正常运行的万兆交换机引出数字终端的信号送入在线信号质量监测分析系统的GPU服务器；
步骤二、遵循GPU服务器接收控制规则，在线信号质量监测分析系统的万兆交换机对GPU服务器进行数据发送；
步骤三、根据系统在线分析速度的需求，系统实时对接收到的信号完成信号质量分析，GPU服务器采用GPU处理加速保证时间要求指标，其中信号质量包括但不限于相关域S取向偏差及相关损失监测、时域伪码波形监测、频域功能及频谱监测、信号相位一致性检测、电文数据质量监测和原始数据异常检测；
步骤四、加载于GPU服务器上的信号质量分析软件根据实际接受信号质量与理论信号质量进行对比评估，验证该数字收发终端的信号质量是否达标，接收和发射信道是否存在不理想现象。
一种基于GPU的在线信号质量监测分析系统，包括码流单元、万兆交换机、GPU服务器和搭载在GPU服务器上的信号分析软件，所述码流单元用于完成时钟同步与码流生成，并将码流以千兆网络送入GPU服务器；所述万兆交换机用于数据接收和发送，数字终端的信号均在万兆交换机汇聚；所述GPU服务器一方面控制万兆交换机接收某个数字终端的数据，另一方面对进入GPU服务器的数字信号进行连续接收和存储，并根据码流单元发送的码流与采集的数字信号进行综合处理得到该数字信号的信号质量指标。
所述信号分析软件用于对接收的信号进行在线信号质量监测和对发送的信号进行在线信号质量检测，所述接收的信号的在线信号质量监测和发送的信号的在线信号质量检测是接收链路和发射链路通过连接光纤与GPU服务器连接实现检测的。
所述接收链路包含接收天线、低噪放、接收信号采集设备和数字接收终端，所述接收天线用于接收所需要的卫星下行射频信号；所述低噪放用于对接收天线接收到的信号进行滤波和低噪放放大；所述接收信号采集设备用于对低噪放放大的信号进行变频和A/D转化，并将转化的数字信号分别传送给后端的数字接收终端和GPU服务器。
与所述接收链路连接的GPU服务器对接收信号采集设备输出的数字信号进行处理，对收发通道特性测量，来测定通道的相频和幅频特性，并分析评估接收信号的信号质量是否对称来监测测量通道的理想性。
所述发射链路包含发射天线、功放、发送信号采集设备和发送终端，所述发射天线用于接收功放发送的上行信号，并对该信号进行滤波和放大发送给指定卫星；所述功放用于将发送终端发送的信号进行滤波和放大；所述发送信号采集设备用于对功放发送的信号耦合回来，并将信号上变频到指定频率的射频信号。
与所述发射链路连接的GPU服务器对发送信号采集设备和发送终端输出的数字信号进行处理，对收发通道特性测量，来测定通道的相频和幅频特性，并分析评估接收信号的信号质量是否对称来监测测量通道的理想性。
实施例2 根据图1、2、3所示，本实施例提供了一种基于GPU的在线信号质量监测分析系统，所述接收信号在线信号质量监测流程为：
Step1：在信号分析软件的控制下，接收天线接收到指定卫星信号，经过低噪放放进行滤波和低噪声放大后进入信号采集设备，进行信号变频和A/D转化，并将转化的数字信号；
Step2：数字信号通过光纤分别输送给数字接收终端和GPU服务器；
Step3：数字接收终端完成数字信号的正常业务处理，包括但不限于捕获、跟踪、解调以及译码等操作；GPU服务器完成数字信号的信号质量分析，包括但不限于功率和频谱监测、相关域S曲线偏差和相关损失监测、时域伪码波形监测、信号相位一致性监测等。
所述发送信号在线信号质量检测流程为：
Step1：在信号分析软件的控制下，天线对准到指定卫星信号，发送终端根据需求输出携带测距和电文等信息的载波信号；发送终端将载波信号分成两路，一路信号上变频到指定频率的射频信号，另一路输出数字信号给GPU服务器；
Step2：GPU服务器完成发送终端输出的数字信号的信号质量分析，包括但不限于功率和频谱监测、相关域S曲线偏差和相关损失监测、时域伪码波形监测、信号相位一致性监测等；
Step3：射频信号进入功放进行滤波和放大，一路信号进入发射天线，另外一路信号经过耦合回到小环链路的信号采集设备，信号采集设备将信号进行变频和A/D转化，并将转化的数字信号分别传送给后端的GPU服务器；
Step4：GPU服务器对信号采集设备输出的数字信号进行处理，包括但不限于功率和频谱监测、相关域S曲线偏差和相关损失监测、时域伪码波形监测、信号相位一致性监测等。
实施例3 本实施例提供了一种基于GPU的在线信号质量监测分析系统，其中GPU服务器主要由服务器以及安装在其上的信号质量监测软件、监测分析处理软件完成，其中信号质量监测软件主要功能包括但不限于：
1）对接收到的数字信号按标签（VLANID）进行采集存储；
2）利用原始数据进行FFT变化进行频域功率及频谱监测，发现频谱是否存在载波泄露和异常功率；
3）实时进行数字信号的捕获跟踪，利用跟踪后形成的信号质量、基带信号和环路跟踪结果进行相关域S曲线偏差和相关损失监测、时域伪码波形监测、信号相位一致性监测；
4）根据电文解析后的结果进行电文数据质量监测和原始数据异常检验。
监测分析处理软件的主要功能包括但不限于：
1）对信号质量监测软件输出的监测信息进行融合和综合处理；
2）对各通道间的信号质量、信道非理想特性进行平行对比；
3）基于融合处理结果和通道间平行对比结果，完成对信号的质量分析以及异常告警。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种基于GPU的在线信号质量监测分析方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、在系统正常运行的万兆交换机引出数字终端的信号送入在线信号质量监测分析系统的GPU服务器；
步骤二、遵循GPU服务器接收控制规则，在线信号质量监测分析系统的万兆交换机对GPU服务器进行数据发送；
步骤三、根据系统在线分析速度的需求，系统实时对接收到的信号完成信号质量分析，其中信号质量包括但不限于相关域S取向偏差及相关损失监测、时域伪码波形监测、频域功能及频谱监测、信号相位一致性检测、电文数据质量监测和原始数据异常检测；
步骤四、加载于GPU服务器上的信号质量分析软件根据实际接受信号质量与理论信号质量进行对比评估，验证数字收发终端的信号质量是否达标，接收和发射信道是否存在不理想现象；
一种基于GPU的在线信号质量监测分析系统，用于实现所述基于GPU的在线信号质量监测分析方法，包括：
码流单元、万兆交换机、GPU服务器和搭载在GPU服务器上的信号分析软件，所述码流单元用于完成时钟同步与码流生成，并将码流以千兆网络送入GPU服务器；所述万兆交换机用于数据接收和发送，数字终端的信号均在万兆交换机汇聚；所述GPU服务器一方面控制万兆交换机接收某个数字终端的数据，另一方面对进入GPU服务器的数字信号进行连续接收和存储，并根据码流单元发送的码流与采集的数字信号进行综合处理得到该数字信号的信号质量指标；
所述信号分析软件用于对接收的信号进行在线信号质量监测和对发送的信号进行在线信号质量检测，所述接收的信号的在线信号质量监测和发送的信号的在线信号质量检测是接收链路和发射链路通过连接光纤与GPU服务器连接实现检测的；
所述在线信号质量监测和对发送的信号进行信号质量检测的流程为：
Step1：在信号分析软件的控制下，天线对准到指定卫星信号，发送终端根据需求输出携带测距和电文等信息的载波信号；发送终端将载波信号分成两路，一路信号上变频到指定频率的射频信号，另一路输出数字信号给GPU服务器；
Step2:GPU服务器完成发送终端输出的数字信号的信号质量分析，包括但不限于功率和频谱监测、相关域S曲线偏差和相关损失监测、时域伪码波形监测、信号相位一致性监测等；
Step3：射频信号进入功放进行滤波和放大，一路信号进入发射天线，另外一路信号经过耦合回到小环链路的信号采集设备，信号采集设备将信号进行变频和A/D转化，并将转化的数字信号分别传送给后端的GPU服务器；
Step4:GPU服务器对信号采集设备输出的数字信号进行处理，包括但不限于功率和频谱监测、相关域S曲线偏差和相关损失监测、时域伪码波形监测、信号相位一致性监测等。
2.根据权利要求1所述的一种基于GPU的在线信号质量监测分析方法，其特征在于：所述步骤一中在引出数字终端的信号时遵循不影响系统在线运行的原则，所述步骤三中完成信号质量对称性分析时GPU服务器采用GPU处理加速保证时间要求指标。
3.根据权利要求1所述的一种基于GPU的在线信号质量监测分析方法，其特征在于：所述接收链路包含接收天线、低噪放、接收信号采集设备和数字接收终端，所述接收天线用于接收所需要的卫星下行射频信号；所述低噪放用于对接收天线接收到的信号进行滤波和低噪放放大；所述接收信号采集设备用于对低噪放放大的信号进行变频和A/D转化，并将转化的数字信号分别传送给后端的数字接收终端和GPU服务器。
4.根据权利要求3所述的一种基于GPU的在线信号质量监测分析方法，其特征在于：与所述接收链路连接的GPU服务器对接收信号采集设备输出的数字信号进行处理，对收发通道特性测量，来测定通道的相频和幅频特性，并分析评估接收信号的信号质量是否对称来监测测量通道的理想性。
5.根据权利要求1所述的一种基于GPU的在线信号质量监测分析方法，其特征在于：所述发射链路包含发射天线、功放、发送信号采集设备和发送终端，所述发射天线用于接收功放发送的上行信号，并对该信号进行滤波和放大发送给指定卫星；所述功放用于将发送终端发送的信号进行滤波和放大；所述发送信号采集设备用于对功放发送的信号耦合回来，并将信号上变频到指定频率的射频信号。
6.根据权利要求5所述的一种基于GPU的在线信号质量监测分析方法，其特征在于：与所述发射链路连接的GPU服务器对发送信号采集设备和发送终端输出的数字信号进行处理，对收发通道特性测量，来测定通道的相频和幅频特性，并分析评估发射信号的信号质量是否对称来监测测量通道的理想性。
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