CN114785865B - 一种二次雷达数据压缩方法、解压缩方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二次雷达数据压缩方法、解压缩方法、装置和系统，压缩方法包括获取二次雷达信号的AD原始数据并进行缓存；对所述AD原始数据进行规格化处理；按照预设帧长度将规格化处理后的数据进行划分，划分后的数据组包括可压缩数据组和/或不可压缩数据组；当信道中出现可压缩数据组时，按照压缩编码数据格式对可压缩数据组进行数据打包压缩，打包压缩过程中出现不可压缩数据组时，将已打包压缩的数据发送给AD数据接收端；当信道中出现不可压缩数据组时，按照不可压缩数据格式对不可压缩数据组进行数据打包，打包过程中出现可压缩数据时，将已打包的数据发送给AD数据接收端。本发明能够完成AD数据无损压缩，降低数据传输带宽。

Description

一种二次雷达数据压缩方法、解压缩方法、装置和系统

技术领域

本发明涉及二次雷达技术领域，具体涉及一种二次雷达数据压缩方法、解 压缩方法、装置和系统。

背景技术

二次雷达接收设备广泛采用相控阵天线、高速AD采样等技术，前端采集 板卡完成AD采样后通过GTX高速串行接口传输至处理板卡。以接收通道16 个，AD采样率500MHz的系统为例，AD数据总速率为128Gbps，如果采用线 速率6.25Gbps的GTX高速串行接口，传输协议开销10％计算，板卡间至少需 23路(128×(1+10％)/6.25)GTX高速串行接口完成数据传输。

目前，为实现板卡间大容量AD数据传输，国内多采用高性能FPGA芯片， 例如采用更多的高速串行接口实现板卡间AD数据传输，或采用多路光纤实现 板卡间AD数据传输。

过多使用高速串行接口将带来板卡设计复杂、板卡间布局布线困难、时序 优化困难，系统可靠性差，板卡散热大等问题。

采用多路光纤实现板卡间AD数据传输，光纤完成光电转换后，将电线号 通过高速串行接口传输至板卡FPGA芯片，底层仍然需要使用高速串行接口， 且具备光纤接口的板卡成本较高。

发明内容

为了解决现有AD数据传输技术带来的板卡设计复杂、可靠性差等问题， 本发明提供了一种二次雷达数据压缩方法，其利用AD数据重复传输冗余符号 位的特点，结合二次雷达信号特征，完成AD数据无损压缩，降低数据传输带 宽。

本发明通过下述技术方案实现：

一种二次雷达数据压缩方法，该方法于AD数据发送端执行，包括：

获取二次雷达信号的AD原始数据并进行缓存；

对所述AD原始数据进行规格化处理；

按照预设帧长度将规格化处理后的数据进行划分，划分后的数据组包括可 压缩数据组和/或不可压缩数据组；

当信道中出现可压缩数据组时，按照压缩编码数据格式对可压缩数据组进 行数据打包压缩，打包压缩过程中出现不可压缩数据组时，将已打包压缩的数 据发送给AD数据接收端；

当信道中出现不可压缩数据组时，按照不可压缩数据格式对不可压缩数据 组进行数据打包，打包过程中出现可压缩数据时，将已打包的数据发送给AD 数据接收端。

优选的，本发明的规格化处理具体为：

将所述AD原始数据加一个正补偿值，确保经规格化处理后的AD数据噪声 数据均为正值。

第二方面，本发明提出了一种二次雷达数据解压缩方法，该方法于AD数 据接收端执行，包括：

接收所述AD数据发送端打包压缩的数据，并按照压缩编码数据格式或不 可压缩编码数据格式进行解包；

将解包后的数据中的直流偏置去除，恢复AD原始数据；

将恢复的AD原始数据进行缓存以便于后续处理。

优选的，本发明的将解包后的数据中的直流偏置去除，具体为：

将解包后的数据减去正补偿值。

优选的，本发明的AD数据发送端采用高速DDR对未能及时传输的簇发信 号进行缓存；

或，在所述AD数据接收端将恢复的AD原始数据缓存预设时间后，再将数 据读出，以确保接收端从缓存中读出的AD原始数据的连续性。

优选的，本发明的方法还包括：

当出现AD数发送端缓存写满时，暂停发送端写入缓存预设时间，暂停期 间写入缓存器件AD原始数据全部丢弃，暂停结束后数据继续写入缓存；

或，当出现AD数据接收端缓存读空时，暂停接收端读缓存预设时间，暂 停期间输出的AD原始数据置0，暂停结束后正常从缓存中读出AD原始数据进 行处理。

第三方面，本发明提出了一种二次雷达数据传输方法，包括：

在AD数据发送端采用本发明所述的数据压缩方法对AD原始数据进行压缩 打包，并发送给AD数据接收端；

在AD数据接收端采用本发明所述的数据解压缩方法对接收的数据进行解 包恢复，得到AD原始数据。

第四方面，本发明提出了一种二次雷达数据压缩装置，包括：

数据采集模块，获取二次雷达信号的AD原始数据；

缓存模块，用于缓存AD原始数据；

规格化模块，用于对AD原始数据进行规格化处理；

压缩模块，用于对规格化处理后的数据进行压缩打包并发送给解压缩装置；

所述压缩模块包括：

分组单元，按照预设帧长度将规格化处理后的数据进行划分，划分后的数 据组包括可压缩数据组和/或不可压缩数据组；

可压缩单元，按照压缩编码数据格式对可压缩数据组进行数据打包压缩， 打包压缩过程中出现不可压缩数据组时，将已打包压缩的数据发送给解压缩装 置；

不可压缩单元，按照不可压缩编码数据格式对不可压缩数据组进行数据打 包，打包过程中出现可压缩数据时，将已打包的数据发送给解压缩装置。

第五方面，本发明提出了一种二次雷达数据解压缩装置，包括：

解包模块，用于将压缩装置发送来的数据进行解包；

解规格化模块，用于将解包后的数据中的直流偏置去除，恢复AD原始数 据；

缓存模块，用于将恢复的AD原始数据进行缓存以便于后续处理。

第六方面，本发明提出了一种二次雷达数据传输系统，其特征在于，包括 本发明所述的压缩装置和所述的解压缩装置。

本发明具有如下的优点和有益效果：

1、针对部分扩展接收通道，但信号处理部分硬件保持不变的设计中，采用 本发明可实现板卡间数据传输带宽不变的情况下支持更多接收通道，支持接收 数据容量扩展，降低硬件升级成本，提高产品经济性。

2、部分板卡间数据传输带宽小于数据总带宽，存在数据传输瓶颈的设计， 采用本发明可以极小的延时代价，解决传输带宽问题，降低系统硬件成本，提 高产品经济性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的 一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的主视图。

图2为本发明的俯视图。

图3为本发明实施例的接收端执行的数据解压缩方法流程示意图。

图4为本发明实施例的航管信号解压缩过程示意图。

图5为本发明实施例的数据传输方法流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附 图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于 解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

相关技术术语定义：

AD数据，其是将模拟信号进行AD采样量化后输出的连续有符号数，AD 数据低位为信号电平，高位为符号位。

二次雷达信号为ASK或BPSK调制的脉冲序列；脉冲序列由同步头脉冲和 数据脉冲组成(部分信号无数据脉冲)，脉冲序列长度为3μs至120μs，脉冲宽 度0.45μs～0.8μs。

现有采用更多的高速串行接口实现板卡间AD数据传输或采用多路光纤实 现板卡间AD数据传输，过多采用高速串行接口将带来板卡设计复杂、板卡间 布局布线款男、可靠性差等问题，而采用多路光纤，底层仍然需要使用高速串 行接口，且成本高。基于此，本实施例提出了一种二次雷达数据压缩方法，本 实施例的方法能够完成AD数据无损压缩，降低数据传输宽带，在AD数据传输 过程中采用本实施例的方法可实现板卡间数据传输宽带不变的情况下支持更多 接收通道，支持接收数据容量扩展，降低硬件升级成本，提高产品经济性。

本实施例的数据压缩方法可由发送端执行，如图1所示，本实施例的压缩 方法具体包括以下步骤：

步骤S11，获取二次雷达信号的AD原始数据并进行缓存。

本实施例在压缩前将AD数据(记为Data0)存入1Gb的DDR中，当大量 无法压缩的二次雷达信号簇发时，1Gb DDR能够缓存125ms AD数据，根据二 次雷达信号特征，该缓存能够确保所有工作情况下，不会出现数据丢失的现象。

步骤S12，对AD原始数据进行规格化处理。

在不考虑直流偏置的情况下，AD数据低4位为噪声时，AD数据取值范围 为-15～+15，为确保AD噪声数据的符号位均为正数，将AD数据加一个正的补 偿值(记Cmp0)，保证经规格化后的AD数据Data1噪声数据均为正值，Cmp0 可取值16。

Data1＝Data0+Cmp0

得到Data1噪声数据取值范围为1～31，即Data1低5Bits为噪声位，高11Bits 符号位均为0。

步骤S13，按照预设帧长度将规格化处理后的数据进行划分，划分后的数据 组包括可压缩数据组和/或不可压缩数据组。

将Data1按照每相邻64帧数据划分为一组，记Col_0，Col_1,Col_2...Col_n。 任意组数据Col_i内所有AD数据高11Bits均为0的数记为S_Col_i(可压缩数 据组)，否则记为H_Col_i(不可压缩数据组)。

步骤S14，当信道中出现可压缩数据组时，按照压缩编码数据格式对可压缩 数据组进行数据打包压缩，打包压缩过程中出现不可压缩数据组时，将已打包 压缩的数据发送给接收端，并执行步骤S15的不可压缩数据打包。

本实施例中，将S_Col_i(可压缩数据组)按照表1进行数据打包压缩(记 为pk_sof0,pk_sof1...pk_sofn)，表1的数据包最大支持16组连续可压缩数据，打 包过程中出现不可压缩数据时，将已打包的数据发送到总线，如图2所示，并 按照步骤S15启动不可压缩数据打包。

表1压缩或不可压缩编码数据格式

帧组成	描述
		帧头	-
帧长度	数据帧总长度，含帧头帧尾
		帧编号	用于接收端数据解包及对齐
帧类别	压缩数据/未压缩数据
		数据长度	帧中包含的AD采样点数据数量
数据	每个数据4bit或16bit，即0.5字节
		帧尾	-

本实施例以一段1024个采样点16bit宽度的AD数据为例，当待传输数据 全部为噪声时如果不进行数据压缩，则传输数据总量为16384bit，如果采用附 表1的方式进行数据压缩，则总线实际传输数据总量为4192bit((12+512)×8)， 其中12字节为压缩包帧开销，512字节为噪声数据)。压缩比为25.59％ (4192/16384×100％)。

步骤S15，当信道中出现不可压缩数据组时，按照不可压缩编码数据格式对 不可压缩数据组进行数据打包，打包过程中出现可压缩数据时，将已打包的数 据发送给接收端，并执行步骤S14。

本实施例中，将H_Col_i(不可压缩数据组)，按照表1所示的不可压缩编 码数据格式进行数据打包(记为pk_hd0,pk_hd1...pk_hdn)，表1的数据包最大支 持16组连续不可压缩数据，打包过程中出现可压缩数据时，将已打包的数据发 送到总线，并按照步骤S4启动可压缩数据打包，如图2所示。

本实施例以一段1024个采样点16bit宽度的AD数据为例，当待传输数据 全部为噪声时如果不进行数据压缩，则传输数据总量为16384bit，如果采用附 表1的方式进行数据压缩，则总线实际传输数据总量为4192bit((12+512)×8)， 其中12字节为压缩包帧开销，512字节为噪声数据)。压缩比为25.59％ (4192/16384×100％)。

本实施例还提出了一种二次雷达数据解压缩方法，该方法可由接收端执行， 具体如图3所示，该方法包括以下步骤：

步骤S21，接收由发送端打包压缩的数据，并按照压缩编码数据格式或不可 压缩编码数据格式进行解包。

步骤S22，将解包后的数据中的直流偏置去除，恢复AD原始数据。

步骤S23，将恢复的AD原始数据进行缓存以便于后续处理。

本实施例按照表1所示的数据格式进行解包，提取并恢复出Data1数据；之 后将Data1数据中的直流偏置Cmp0去除，则恢复AD原始数据Data0；最后将 恢复的AD原始数据存入1Gb的DDR，便于后续处理，例如信号处理算法从 DDR中读出数据进行下变频、滤波等处理，如图4所示。

本实施例还提出了一种二次雷达数据传输方法，该方法可由发送端和接收 端执行，具体如图5所示，包括以下步骤：

发送端采用上述数据压缩方法对AD原始数据进行压缩打包，并发送给接 收端；

接收端采用上述数据解压缩方法对接收的数据进行解包恢复，得到AD原 始数据

宏观上航管二次雷达信道占空比一般不超过20％，但存在局部信号占空比 100％可能性，这一类局部簇发喜好具有占空比高、持续时间短的特征(一般持 续时间第一1ms)，簇发信号将导致压缩算法短时间失效，不能及时传输数据。 因此需要在发送端和接收端使用高速DDR进行数据缓存，具体缓存过程为：

发送端，未能及时传输的簇发数据进入DDR缓存，按照1Gb容量，最大可 缓存128ms，发送端DDR缓存可确保未及时发送的簇发数据能够有效缓存，不 存在数据丢失风险。

接收端，如果信道传输不可压缩数据包，接收端解压出AD原始数据Data0 将不连续(数据不能压缩情况下，信道传输带宽小于原始数据带宽)。为解决该 问题，本实施例将Data0数据存入DDR缓存，待缓存一段时间T(T可根据信 道占空比情况配置，T取值小则系统实时性较好，T取值大可满足更复杂的簇发 信号传输场景，典型T取值32ms)后，再将数据读出，可确保接收端从DDR 中读出的AD数据连续性，保证系统正确性。

采用DDR对簇发信号进行缓存，缓解瞬时大量数据带来传输压力，但系统 仍可能因针对性的连续干扰、或其他非正常干扰信号导致发送端DDR写满或接 收端DDR被读空的异常情况。

当出现上述异常情况时，采用如下异常处理方法：

发送端DDR写满时，暂停发送端写DDR32ms，暂停写DDR期间AD原始 数据全部丢弃，暂停时间结束后数据继续写入DDR。

接收端DDR读空时，暂停接收端读DDR，暂停时间为T+16ms(T为暂停 前DDR度缓存延时，T+16不超过112ms)，暂停期间输出AD数据置0，暂停 结束后正常读DDR缓存AD数据进行下变频、滤波等处理。

采用本实施例的方法，AD信道传输噪声时，压缩比为25.59％；传输调制 信号时压缩比为100.59％。实际航管二次雷达信道占空比一般不超过20％，即信 道80％时间传输噪声，20％时间传输有用信号，综合AD信道传输压缩比为40.48％ ((25.59×0.8+100.59×0.2)×100％)，考虑信道实际情况，取50％压缩比可保 证压缩算法能够良好运行，并具备足够适应性。即对于一个128Gbps传输带宽 要求的系统，采用本实施例的方法后仅需64Gbps传输带宽即可满足系统要求， 可显著降低系统内部高速接口数量。

实施例2

本实施例提出了一种二次雷达数据压缩装置，本实施例的压缩装置包括：

数据采集模块，获取二次雷达信号的AD原始数据，即将获取的二次雷达 模拟信号转换为数字信号。

缓存模块，用于缓存AD原始数据。

规格化模块，用于对AD原始数据进行规格化处理。

压缩模块，用于对规格化处理后的数据进行压缩打包处理并发送给解压缩 装置。

本实施例的压缩模块还包括数据分组单元、可压缩单元和不可压缩单元。 其中，分组单元按照预设帧长度将规格化处理后的数据进行划分，划分后的数 据组包括可压缩数据组和/或不可压缩数据组。

可压缩单元用于执行压缩数据打包算法，具体为：当信道中出现可压缩数 据组时，按照压缩编码数据格式对可压缩数据组进行数据打包压缩，打包压缩 过程中出现不可压缩数据组时，将已打包压缩的数据发送给接收端。

不可压缩单元用于执行不可压缩数据打包算法，具体为：当信道中出现不 可压缩数据组时，按照不可压缩编码数据格式对不可压缩数据组进行数据打包， 打包过程中出现可压缩数据时，将已打包的数据发送给接收端。

本实施例还提出了一种二次雷达数据解压缩装置，包括：

解包模块，用于将压缩装置发送来的数据进行解包。

解规格化模块，用于将解包后的数据中的直流偏置去除，恢复AD原始数 据。

缓存模块，用于将恢复的AD原始数据进行缓存以便于后续处理。

本实施例还提出了一种电子设备，该电子设备包括上述二次雷达数据压缩 装置或解压缩装置。

本实施例还提出了一种二次雷达数据传输系统，包括上述压缩装置和解压 缩装置，且压缩装置和解压缩装置通过高速通信接口通信连接。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了 进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已， 并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何 修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种二次雷达数据压缩方法，其特征在于，该方法于AD数据发送端执行，包括：

获取二次雷达信号的AD原始数据并进行缓存；

对所述AD原始数据进行规格化处理；所述规格化处理具体为：

将所述AD原始数据加一个正补偿值，确保经规格化处理后的AD数据噪声数据均为正值；

按照预设帧长度将规格化处理后的数据进行划分，划分后的数据组包括可压缩数据组和/或不可压缩数据组；

当信道中出现可压缩数据组时，按照压缩编码数据格式对可压缩数据组进行数据打包压缩，打包压缩过程中出现不可压缩数据组时，将已打包压缩的数据发送给AD数据接收端；

当信道中出现不可压缩数据组时，按照不可压缩数据格式对不可压缩数据组进行数据打包，打包过程中出现可压缩数据时，将已打包的数据发送给AD数据接收端。

2.一种二次雷达数据解压缩方法，其特征在于，该方法于AD数据接收端执行，包括：

接收AD数据发送端打包压缩的数据，并按照压缩编码数据格式或不可压缩编码数据格式进行解包；所述AD数据发送端打包压缩的数据采用权利要求1所述的二次雷达数据压缩方法进行处理得到；

将解包后的数据中的直流偏置去除，恢复AD原始数据；

将恢复的AD原始数据进行缓存以便于后续处理。

3.根据权利要求2所述的一种二次雷达数据解压缩方法，其特征在于，将解包后的数据中的直流偏置去除，具体为：

将解包后的数据减去正补偿值。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述AD数据发送端采用高速DDR对未能及时传输的簇发信号进行缓存；

或，在所述AD数据接收端将恢复的AD原始数据缓存预设时间后，再将数据读出，以确保接收端从缓存中读出的AD原始数据的连续性。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括：

当出现AD数发送端缓存写满时，暂停发送端写入缓存预设时间，暂停期间写入缓存器件AD原始数据全部丢弃，暂停结束后数据继续写入缓存；

或，当出现AD数据接收端缓存读空时，暂停接收端读缓存预设时间，暂停期间输出的AD原始数据置0，暂停结束后正常从缓存中读出AD原始数据进行处理。

6.一种二次雷达数据压缩装置，其特征在于，包括：

数据采集模块，获取二次雷达信号的AD原始数据；

缓存模块，用于缓存AD原始数据；

规格化模块，用于对AD原始数据进行规格化处理；所述规格化处理具体为：

将所述AD原始数据加一个正补偿值，确保经规格化处理后的AD数据噪声数据均为正值；

压缩模块，用于对规格化处理后的数据进行压缩打包并发送给解压缩装置；

所述压缩模块包括：

分组单元，按照预设帧长度将规格化处理后的数据进行划分，划分后的数据组包括可压缩数据组和/或不可压缩数据组；

可压缩单元，按照压缩编码数据格式对可压缩数据组进行数据打包压缩，打包压缩过程中出现不可压缩数据组时，将已打包压缩的数据发送给解压缩装置；

不可压缩单元，按照不可压缩编码数据格式对不可压缩数据组进行数据打包，打包过程中出现可压缩数据时，将已打包的数据发送给解压缩装置。

7.一种二次雷达数据解压缩装置，其特征在于，包括：

解包模块，用于将权利要求6所述的二次雷达数据压缩装置发送来的数据进行解包；

解规格化模块，用于将解包后的数据中的直流偏置去除，恢复AD原始数据；

缓存模块，用于将恢复的AD原始数据进行缓存以便于后续处理。

8.一种二次雷达数据传输系统，其特征在于，包括权利要求6所述的压缩装置和权利要求7所述的解压缩装置。

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