CN115291180B - 星载sar系统的波控电缆测试方法 - Google Patents
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Abstract
本公开实施例公开了一种星载SAR系统的波控电缆测试方法，所述方法包括：将代码加载到波束控制器FPGA芯片内部中；波束控制器与N台天线子系统波控单元连接；对第Y个天线子系统波控单元加电；从FPGA存储的数据中选择出第Y个天线子系统波控单元对应的第Y组波束控制数据，输出至第Y个天线子系统波控单元；波束控制器从第Y个天线子系统波控单元读取天线遥测数据，并基于天线遥测数据中的校验错误位以及校验和判断是否接收到遥测正确数据；重复执行上一步骤；跳转至从FPGA存储的数据中选择出第Y个天线子系统波控单元对应的第Y组波束控制数据的步骤；针对每个天线子系统波控单元对应的遥测正确数据的数量确定数据传输正确性。
Description
技术领域
本公开涉及通信技术领域，具体涉及一种星载SAR系统的波控电缆测试方法。
背景技术
二维高分辨率雷达成像技术通常被称为合成孔径雷达(Synthetic ApertureRadar，SAR)。绝大多数情况下，合成孔径雷达被用来对地面固定场景目标进行成像。波束控制系统是SAR系统的重要组成部分，它的主要功能是根据SAR工作模式以数字式移相器实现SAR天线的波束扫描与控制。
波束控制系统通常采用：波束控制器、天线子系统波控单元和组件波控（T/R组件和延时放大组件）三级波控方案，其中波束控制器为舱内设备，属于中央电子设备数字子系统单机；天线子系统波控单元与组件波控为舱外设备，属于天线子系统单机。
波束控制器按照SAR系统监控计算机的控制要求，生成当前波位需要的波束控制数据，依照波束控制器与天线子系统波控单元的约定，将波束控制数据输出至天线子系统波控单元，天线子系统波控单元作为数据接口电路将收到的波束控制数据分发输出，控制T/R组件，实现SAR系统要求的二维波束赋型和波束扫描控制，同时波束控制器完成天线多路遥测数据接收，读取天线阵面数字量遥测，并打包组合后输出至监控计算机。
如图1所示，波束控制器与天线子系统波控单元之间靠波控电缆相连接，因此为了保证波束控制数据传输的正确性，需要验证波控电缆传输数据的准确性和可靠性，每一个星载SAR系统都需要进行波控电缆的验证工作。因此，需要提出一种解决方案，针对不同的星载SAR系统，验证波控电缆传输数据的准确性和可靠性。
发明内容
本公开实施例提供一种星载SAR系统的波控电缆测试方法。
第一方面，本公开实施例中提供了一种星载SAR系统的波控电缆测试方法，包括：
在将波束控制器加电后，将所述波束控制器上固化于配置FLASH中的实现所述波束控制器功能的代码加载到所述波束控制器FPGA芯片内部中；所述波束控制器通过一拖N波控电缆与N台天线子系统波控单元连接，所述波控电缆最远端连接的是第N个天线子系统波控单元；N为大于1的自然数；
设Y=N，选择第Y个天线子系统波控单元，并对所述第Y个天线子系统波控单元加电；
从所述FPGA存储的数据中选择出第Y个天线子系统波控单元对应的第Y组波束控制数据，输出至所述第Y个天线子系统波控单元；
所述波束控制器从所述第Y个天线子系统波控单元读取天线遥测数据，并基于所述天线遥测数据中的校验错误位以及校验和判断是否接收到遥测正确数据；
重复执行上一步骤，直至满足重复停止条件为止；
Y=Y-1，跳转至从所述FPGA存储的数据中选择出第Y个天线子系统波控单元对应的第Y组波束控制数据的步骤重复执行，直至Y=0为止；
针对每个天线子系统波控单元对应的遥测正确数据的数量确定数据传输正确性。
进一步地，所述波束控制器在波束控制数据同步时钟的上升沿向天线子系统波控单元输出波束控制数据；所述天线子系统波控单元在所述波束控制数据同步时钟的下降沿锁存所述波束控制数据，所述波束控制数据同步时钟为连续时钟。
进一步地，在同一时刻所述波束控制器对其中一个天线子系统波控单元下发遥测使能帧，使能所述天线子系统波控单元输出天线遥测数据，而同时所述波束控制器对对其余N-1个天线子系统波控单元下发遥测禁止帧，禁止所述其余N-1个天线子系统波控单元输出天线遥测数据。
进一步地，所述天线子系统波控单元接收到波束控制数据后，将波束控制数据按照等比特划分成多段，并对划分得到的多段数据进行求和，求和结果与接收到的所述波束控制数据中的校验和相等，则将输出的天线遥测数据中的校验错误位置为预设数值。
进一步地，所述波束控制器输出天线遥测数据读有效标志信号后，当前的所述天线子系统波控单元在所述天线遥测数据读有效标志信号有效后的第一个波束控制数据同步时钟下降沿时输出天线遥测数据，并保持2个波束控制数据同步时钟的时长，所述波束控制器在第2个波束控制数据同步时钟的上升沿读取所述天线遥测数据。
本公开实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本发明提出的波控电缆通用测试方法，针对不同的星载SAR系统，只需要根据不同星载SAR系统不同的天线布局更改M，N的数值、根据不同星载SAR系统的不同波束控制数据格式，更改存在ROM中的N组规律波束控制数据，根据不同的波束控制数据传输速率更改DCM的输出时钟这些基础参数即可验证波控电缆传输数据的准确性和可靠性。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
结合附图，通过以下非限制性实施方式的详细描述，本公开的其它特征、目的和优点将变得更加明显。在附图中：
图1示出已有技术中波束控制系统传输流程示意图；
图2示出根据本公开一实施方式的星载SAR系统的波控电缆测试方法的流程图；
图3示出根据本公开一实施方式的波束控制器与天线子系统波控单元数据线之间的对应关系示意图；
图4示出根据本公开一实施方式的波束控制器FPGA产品外围接口示意图；
图5示出根据本公开一实施方式的波束控制器与天线子系统波控单元接口网络示意图；
图6示出根据本公开一实施方式的波束控制器与天线子系统波控单元的接口信号时序关系示意图；
图7示出根据本公开一实施方式的50MHz基准时钟通过波束控制器FPGA的数字时钟管理器产生的时钟方案示意图；
图8示出根据本公开一实施方式的80MHz基准时钟通过波束控制器FPGA的数字时钟管理器产生的时钟方案示意图；
图9示出根据本公开一实施方式的波控电缆数据传输误码率测试系统的结构框图。
具体实施方式
下文中，将参考附图详细描述本公开的示例性实施方式，以使本领域技术人员可容易地实现它们。此外，为了清楚起见，在附图中省略了与描述示例性实施方式无关的部分。
在本公开中，应理解，诸如“包括”或“具有”等的术语旨在指示本说明书中所公开的特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合的存在，并且不排除一个或多个其他特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合存在或被添加的可能性。
另外还需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。
本发明提出一种星载SAR系统的波控电缆测试方法，针对不同的星载SAR系统，可以只通过更改相应的基础参数即可验证波控电缆传输数据的准确性和可靠性。
下面通过具体实施例详细介绍本公开实施例的细节。
图2示出根据本公开一实施方式的星载SAR系统的波控电缆测试方法的流程图。如图2所示，该星载SAR系统的波控电缆测试方法包括以下步骤：
在步骤S201中，在将波束控制器加电后，将所述波束控制器上固化于配置FLASH中存储的实现所述波束控制器功能的代码加载到所述波束控制器FPGA芯片内部中；所述波束控制器通过一拖N波控电缆与N台天线子系统波控单元连接，所述波控电缆最远端连接的是第N个天线子系统波控单元；N为大于1的自然数；
在步骤S202中，设Y=N，选择第Y个天线子系统波控单元，并对所述第Y个天线子系统波控单元加电；
在步骤S203中，从所述FPGA存储的数据中选择出第Y个天线子系统波控单元对应的第Y组波束控制数据，输出至所述第Y个天线子系统波控单元；
在步骤S204中，所述波束控制器从所述第Y个天线子系统波控单元读取天线遥测数据，并基于所述天线遥测数据中的校验错误位以及校验和判断是否接收到遥测正确数据；
在步骤S205中，重复执行上一步骤S204，直至满足重复停止条件为止；
在步骤S206中，Y=Y-1，跳转至步骤S203重复执行，直至Y=0为止；
在步骤S207中，针对每个天线子系统波控单元对应的遥测正确数据的数量确定数据传输正确性。
在本实施例的一个可选实现方式中，所述波束控制器在波束控制数据同步时钟的上升沿向天线子系统波控单元输出波束控制数据；所述天线子系统波控单元在所述波束控制数据同步时钟的下降沿锁存所述波束控制数据，所述波束控制数据同步时钟为连续时钟。
在本实施例的一个可选实现方式中，在同一时刻所述波束控制器对其中一个天线子系统波控单元下发遥测使能帧，使能所述天线子系统波控单元输出天线遥测数据，而同时所述波束控制器对对其余N-1个天线子系统波控单元下发遥测禁止帧，禁止所述其余N-1个天线子系统波控单元输出天线遥测数据。
在本实施例的一个可选实现方式中，所述天线子系统波控单元接收到波束控制数据后，将波束控制数据按照等比特划分成多段，并对划分得到的多段数据进行求和，求和结果与接收到的所述波束控制数据中的校验和相等，则将输出的天线遥测数据中的校验错误位置为预设数值。
在本实施例的一个可选实现方式中，所述波束控制器输出天线遥测数据读有效标志信号后，当前的所述天线子系统波控单元在所述天线遥测数据读有效标志信号有效后的第一个波束控制数据同步时钟下降沿时输出天线遥测数据，并保持2个波束控制数据同步时钟的时长，所述波束控制器在第2个波束控制数据同步时钟的上升沿读取所述天线遥测数据。
下面通过具体的实现实例介绍本发明的技术细节。
图3示出根据本公开一实施方式的波束控制器与天线子系统波控单元数据线之间的对应关系示意图。如图3所示，设定SAR天线平面阵共有M个子阵组成，每个子阵包括N个天线子系统波控单元，每个天线子系统波控单元控制L个T/R组件，可以认为与波束控制器相连天线子系统波控单元电路的布局为矩形布局，可以使用行号和列号来唯一表示。天线子系统波控单元波束控制器基于FPGA实现，FPGA是波束控制器的核心，用于实现波束控制器的主要核心功能。
图4示出根据本公开一实施方式的波束控制器FPGA产品外围接口示意图。如图4所示，波束控制器硬件加电后，将固化于配置FLASH中的代码加载到FPGA芯片内部中，并根据软件代码内容运行，实现波束控制器FPGA的所有功能。波束控制器外围接口包括波束控制数据的发送接口和天线子系统波控单元串行数字遥测信息的接收接口，波束控制器通过波束控制数据的发送接口向天线子系统波控单元发送波束控制数据；天线子系统波控单元利用波束控制器的波束控制数据的发送接口接收波束控制数据。波束控制器在波束控制数据计算完成后，按照约定的时序将波束控制数据输出至天线子系统波控单元；波束控制器还周期性的产生天线子系统波控单元遥测选择指令，并通过天线子系统波控单元串行数字遥测信息的接收接口接收选中天线子系统波控单元的串行数字遥测信息。其中，遥测选择指令用于发送给指定的天线子系统波控单元，用于控制天线子系统波控单元将自身信息传送给波束控制器，波束控制器根据传送回来的信息确定该天线子系统波控单元的状态，例如用于确定波束控制器发送给天线子系统波控单元的码字是否被正确接收。
图5示出根据本公开一实施方式的波束控制器与天线子系统波控单元接口网络示意图。如图5所示，在星载SAR中天线子系统波控单元与波束控制器接口为RS422电平，采用差分双绞线双点单线连接方式，每个接口结构及定义相同，包括以下内容及功能：
波束控制器输出信号即天线子系统波控单元输入信号：
波束控制数据DataA：波束控制器的DataA1~DataAN对应于不同天线子系统波控单元的波束控制数据DataA，波束控制器与天线子系统波控单元之间采用的波控电缆是一拖N电缆，即每根波控电缆中含有N根波束控制数据线（DataA1，DataA2到DataAN），波束控制器会通过M根波控电缆，同时向M*N个天线子系统波控单元传输波束控制数据。
波束控制数据同步时钟CLK：发送波束控制数据期间，波束控制器在CLK上升沿输出数据，天线子系统波控单元在CLK下降沿锁存波束控制数据。CLK为连续时钟。
波束控制数据有效选通标志信号CP：低电平有效，在低电平期间发送波束控制数据。
波位建立同步刷新信号SYN：波束控制数据传输、分发完成后，波束控制器输出SYN信号，天线子系统波控单元将SYN信号直接分发至T/R组件，全阵面波束控制数据生效，建立新的波位。
天线遥测数据读有效标志信号FLAG：FLAG在全阵面波束控制数据生效，建立新的波位后产生，低电平有效，在低电平期间读取天线子系统波控单元的监测数据。
波束控制器输入信号即天线子系统波控单元输出信号：
天线遥测数据 DataB：在FLAG和CLK控制下通过DataB输出天线子系统遥测数据，DataB为三态输出，三态门控制选通信号由波束控制数据决定。
DataAn（1~N）为RS422电平，1对1接口。
CLK、CP、SYN、FLAG为RS422电平，1驱N接口。
图6示出根据本公开一实施方式的波束控制器与天线子系统波控单元的接口信号时序关系示意图。如图6所示，星载SAR天线子系统中天线遥测通常采用定时遥测方式进行遥测回读。波束控制器在时钟CLK驱动下输出波束控制数据DataA，再按一定周期读取天线遥测数据DataB等。
一组完整的波束控制数据包含帧头、有效波束控制数据和帧尾三个部分。波束控制数据传输时，从帧头开始，直到校验和传输完成。发送波束控制数据期间，波束控制器在CLK上升沿输出波束控制数据，天线子系统波控单元在CLK下降沿锁存数据。
波束控制器与天线子系统波控单元之间，通过遥测帧和禁止帧进行遥测数据读取， DataB为“N合一”共享通道，所以同一时刻波束控制器仅对一个天线子系统波控单元下发遥测使能帧，使能DataB输出，同时对其余N-1个天线子系统波控单元下发遥测禁止帧。
波束控制数据帧格式如下表1和表2所示：
表1 波束控制器与天线子系统波控单元遥测帧格式
表2 波束控制器与天线子系统波控单元禁止帧格式
天线子系统波控单元收到波束控制数据后，将波束控制数据按照等比特（如8比特）分成X段，然后对划分得到的X段数据进行求和。如果与最后的校验和相等，则认为该帧数据正确，否则判为数据错误，将校验结果直接反映在遥测数据中的数据校验错误位上，比如将校验错误位置为预设数值，0或1。
波束控制器通过输出FLAG信号获取到该天线子系统波控单元的DataB信号。所以为了保证采样的准确性, 每个DataB数据保持2个时钟CLK时长，DataB数据在FLAG有效后的第一个时钟CLK下降沿时输出，接收端在第2个时钟CLK上升沿时采集，后续采样时刻依次类推。
数字遥测的格式及编排如下表3所示，遥测数据字节传输时高比特在前，低比特在后。
表3 天线子系统波控单元遥测格式
验证波控电缆传输数据的准确性和可靠性主要依靠接口数据传输误码测试和传输速度范围拉偏这两项指标。
数据传输误码率测试原理说明：
根据不同星载SAR系统的不同波束控制数据格式，产生N组规律波束控制数据存放在FPGA内部的ROM中，这N组波束控制数据依次为：第一组波束控制数据向天线子系统波控单元1下发遥测使能帧，其他天线子系统波控单元下发遥测禁止帧；第二组波束控制数据向天线子系统波控单元2下发遥测使能帧，其他天线子系统波控单元下发遥测禁止帧；以此类推，第N组波束控制数据向天线子系统波控单元N下发遥测使能帧，其他天线子系统波控单元下发遥测禁止帧。
波束控制器开始上电工作后，在波束控制数据发送时钟CLK的作用下，从ROM中读取其中一组波束控制数据，同时生成相应长度的波束控制数据有效信号CP，输出到天线子系统波控单元，在波束控制数据输出完成后，产生相应的SYN信号。这组波束控制数据生效后，也即天线接收到一组正确的波束控制数据，基于该组波束控制数据进行工作时，产生FLAG信号，同时接收DataB，波束控制器通过遥测返回数据DataB校验错误位以及遥测数据的校验和，判断数据正确性。每收到一帧遥测数据，接收遥测总数据帧数加1，如果该遥测数据帧返回的数据校验标志位及校验和均正确，那么接收遥测正确数据帧数加1，反之接收遥测错误数据帧数加1。
为了保证波束控制数据传输的稳定性和准确性，目前的星载SAR系统波束控制数据同步时钟基本为3M-6M这一区间。
本发明以Xilinx的FPGA，晶振50M，波束控制数据同步时钟CLK为6.25M为例进行说明。
将晶振输入的50MHz基准时钟通过波束控制器FPGA的数字时钟管理器（DCM）产生的时钟，用作FPGA内部工作主时钟：50MHz，再通过波束控制器FPGA程序计数八分频产生波束控制数据发送时钟：6.25MHz。50M时钟产生方案如图7所示，80M时钟产生方案如图8所示。
波控电缆传输数据误码率测试步骤如下：
步骤1、用一拖N波控电缆将波束控制器和N台天线子系统波控单元连接好。
步骤2、波束控制器加电后，将固化于配置FLASH中的代码加载到波束控制器FPGA；
步骤3、选择波控单缆最远端的天线子系统波控单元N，将其加电；
步骤4、从波束控制器FPGA的ROM中选择出与波控单缆最远端的天线子系统波控单元N相对应的第N组波束控制数据，输出到天线子系统波控单元N；天线子系统波控单元N通过遥测返回校验标志到波束控制器，波束控制器通过遥测返回数据校验错误位以及遥测数据的校验和，判断数据正确性。每收到一帧遥测数据，接收遥测总数据帧数加1，如果该遥测数据帧返回的数据校验标志位及校验和均正确，那么接收遥测正确数据帧数加1，反之接收遥测错误数据帧数加1。
重复执行步骤4，持续大概30分钟，统计最终的帧数，要求错误帧数为0。
选择电缆次远端的天线子系统波控单元N-1，重复步骤2~5，测试其数据输出传输准确性；依此类推，直到选择电缆最近端的天线子系统波控单元1，重复步骤2~5，测试其数据输出传输准确性。
在进行传输速度范围拉偏测试的时候，只需要在波束控制器FPGA中更改DCM的输出时钟，即可提高波束控制数据发送时钟CLK。星载SAR系统中，通常要求传输速度至少有20%的冗余。如图8和图9所示，将DCM产生的时钟提高到80M，再通过FPGA程序计数八分频后，就可以将产生的波束控制数据发送时钟提高到10MHz。提高时钟后，再依照上面的波控电缆数据传输误码率测试步骤完成传输速度范围拉偏后的误码率测试。
本发明的有益效果：
所有的星载SAR系统，都需要验证波控电缆传输数据的准确性和可靠性。
本发明提出的波控电缆通用测试方法，针对不同的星载SAR系统，只需要根据不同星载SAR系统不同的天线布局更改M，N的数值、根据不同星载SAR系统的不同波束控制数据格式，更改存在ROM中的N组规律波束控制数据，根据不同的波束控制数据传输速率更改DCM的输出时钟这些基础参数即可验证波控电缆传输数据的准确性和可靠性。
以上描述仅为本公开的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开中公开的（但不限于）具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (5)
1.一种星载SAR系统的波控电缆测试方法，其特征在于，包括：
数据传输误码率测试步骤为：
在将波束控制器加电后，将所述波束控制器上固化于配置FLASH中的实现所述波束控制器功能的代码加载到所述波束控制器FPGA芯片内部中；所述波束控制器通过一拖N波控电缆与N台天线子系统波控单元连接，所述波控电缆最远端连接的是第N个天线子系统波控单元；N为大于1的自然数；
设Y=N，选择第Y个天线子系统波控单元，并对所述第Y个天线子系统波控单元加电；
从所述FPGA存储的数据中选择出第Y个天线子系统波控单元对应的第Y组波束控制数据，输出至所述第Y个天线子系统波控单元；
所述波束控制器从所述第Y个天线子系统波控单元读取天线遥测数据，并基于所述天线遥测数据中的校验错误位以及校验和判断是否接收到遥测正确数据；
重复执行上一步骤，直至满足重复停止条件为止；
Y=Y-1，跳转至从所述FPGA存储的数据中选择出第Y个天线子系统波控单元对应的第Y组波束控制数据的步骤重复执行，直至Y=0为止；
针对每个天线子系统波控单元对应的遥测正确数据的数量确定数据传输正确性；
传输速度范围拉偏测试步骤为：
在所述FPGA中更改DCM的输出时钟，即可提高波束控制数据发送时钟CLK；
在提高波束控制数据发送时钟CLK后，再依照上面的数据传输误码率测试步骤完成传输速度范围拉偏后的误码率测试。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述波束控制器在波束控制数据同步时钟的上升沿向天线子系统波控单元输出波束控制数据；所述天线子系统波控单元在所述波束控制数据同步时钟的下降沿锁存所述波束控制数据，所述波束控制数据同步时钟为连续时钟。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在同一时刻所述波束控制器对其中一个天线子系统波控单元下发遥测使能帧，使能所述天线子系统波控单元输出天线遥测数据，而同时所述波束控制器对其余N-1个天线子系统波控单元下发遥测禁止帧，禁止所述其余N-1个天线子系统波控单元输出天线遥测数据。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述天线子系统波控单元接收到波束控制数据后，将波束控制数据按照等比特划分成多段，并对划分得到的多段数据进行求和，求和结果与接收到的所述波束控制数据中的校验和相等，则将输出的天线遥测数据中的校验错误位置为预设数值。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述波束控制器输出天线遥测数据读有效标志信号后，当前的所述天线子系统波控单元在所述天线遥测数据读有效标志信号有效后的第一个波束控制数据同步时钟下降沿时输出天线遥测数据，并保持2个波束控制数据同步时钟的时长，所述波束控制器在第2个波束控制数据同步时钟的上升沿读取所述天线遥测数据。
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-
2022
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