CN116112144B - 一种光纤网络信号级数据自适应延迟补偿同步传输方法 - Google Patents

一种光纤网络信号级数据自适应延迟补偿同步传输方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光纤网络信号级数据自适应延迟补偿同步传输方法，涉及信号接收处理技术领域，包括：对相控阵雷达各个子阵进行接收通道信号预处理，生成具有时间戳的DBF数据；将各个子阵生成的DBF数据通过光纤网络传输给指定的某一信号处理节点；其中，在信号处理节点，根据各个子阵的DBF数据的传输路径，以及时间戳，计算出从子阵传输到信号处理节点的传输延迟时间；信号处理节点根据传输延迟时间数据，进行延迟补偿，最终实现各个子阵的DBF数据的同步接收；本发明，具备数据传输延迟小、数据传输稳定的特点，同时，可广泛应用于对数据传输延迟和同步有苛刻技术要的系统和设备。

Description

一种光纤网络信号级数据自适应延迟补偿同步传输方法
技术领域
本发明涉及相控阵雷达系统中的信号接收处理技术领域，具体涉及一种光纤网络信号级数据自适应延迟补偿同步传输方法。
背景技术
本节中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。
相控阵雷达系统要求各个阵元的时钟信号严格同步，各个阵元接收通道的幅相一致性满足一定的指标要求；各个子阵一般先进行接收通道信号预处理，进行DBF相关运算，生成DBF数据；然后各个子阵的DBF数据传输给信号处理模块，进行检测/跟踪/测速/测角/成像等进一步的信号处理及数据处理；一般分布式相控阵雷达只是子阵位置的分布式，通过光纤将子阵DBF数据传输到统一的、固定的信号处理节点进行系统功能的信号处理及数据处理；DBF数据可以采用时间戳等方式，实现DBF数据的同步传输。
随着新兴技术的迅猛发展，未来机载雷达的发展趋势之一是由集中式孔径向分布式孔径发展，天线阵面向轻薄化并与蒙皮共形的方向发展；分布式去中心化的系统设计需求要求相控阵雷达系统的信号处理节点由固定信号处模块转变为不固定信号处理模块；针对上述需求，有方案提出采用TCP/IP协议光纤组网，将各个子阵的DBF数据传输汇集到指定信号处理节点进行系统功能的信号处理；但是对于光纤网络，从传输延迟、中断响应上讲，以太网复杂的多级硬件(MAC+PHY+Transformer)和协议栈造成的数据延迟约100us，明显不符合相控阵雷达信号级数据传输的延迟要求，很难实现DBF数据的同步传输；同时，由于信号处理节点不固定，各个子阵的DBF数据传输路径随着信号处理节点变化而变化，DBF数据传输的同步面临技术难题。
因此，虽然传统相控阵雷达架构，信号处理模块固定，各个接收通道的信号级数据传输路径长短基本相同，通过严格的时钟、数据同步传输设计方案，可以实现相控阵雷达对各个阵元/子阵的接收通道信号预处理数据同步传输的要求；但是对于上述分布式去中心化、信号处理节点不固定的新的机载相控阵雷达系统设计需求，传统相控阵雷达架构的数据同步设计手段，显然无法满足需求；而采用常见的以太网协议的光纤网络，进行DBF数据同步传输的设计方案，数据延迟高达100us，也很难实现相控阵雷达信号级数据同步传输的技术要求。
发明内容
本发明的目的在于：针对传统相控阵雷达架构无法满足上述分布式去中心化、信号处理节点不固定的新的机载相控阵雷达系统设计需求以及采用常见的以太网协议的光纤网络，进行DBF数据同步传输的设计方案，数据延迟高达100us，也很难实现相控阵雷达信号级数据同步传输的技术要求的问题，提供了一种光纤网络信号级数据自适应延迟补偿同步传输方法，基于SRIO协议光纤网络，将数据传输时间戳技术与数据传输路由固定延迟技术相结合，能够实现光纤网络同步传输多路信号级数据的技术要求，实现信号级数据传输延迟自适应补偿并可实现多个子阵的信号级数据同步传输功能，从而解决了上述问题。
本发明的技术方案如下：
一种光纤网络信号级数据自适应延迟补偿同步传输方法，包括：
对相控阵雷达各个子阵进行接收通道信号预处理，生成具有时间戳的经DBF处理后的DBF数据；
将各个子阵生成的DBF数据通过光纤网络传输给指定的某一信号处理节点进行具体功能的信号处理及数据处理；
其中，在信号处理节点，根据各个子阵的DBF数据的传输路径，以及时间戳，计算出从子阵传输到信号处理节点的传输延迟时间；
信号处理节点根据传输延迟时间数据，进行延迟补偿，最终实现各个子阵的DBF数据的同步接收。
进一步地，所述子阵，包含：
信号处理模块，所述信号处理模块对要传输的DBF数据进行加时间戳的打包处理。
进一步地，所述子阵，还包含：
数据交换路由模块，所述数据交换路实现本地子阵与相邻子阵之间的DBF数据的传输、交换、汇集；
所述数据交换路由模块基于SRIO协议进行路由设计，具备组网必备的参数设置功能。
进一步地，所述各个子阵的数据交换路由模块之间，通过光纤进行连接，进而构建基于SRIO协议的数据传输光纤网络。
进一步地，所述数据交换路由模块端口到端口的传输延迟为固定延迟，从而准确算出各个子阵的DBF数据流经数据交换路由模块的延迟总时间。
进一步地，在指定实现某一具体功能的信号处理节点的前提下，各个子阵的DBF数据通过规划好的数据传输路径，传输给指定的信号处理节点。
进一步地，所述信号处理节点，包含：
路径延迟补偿同步处理模块，所述路径延迟补偿同步处理模块根据实现某一具体功能的各个子阵的DBF数据传输路径规划，估算出最大路由延迟总时间，进而在信号处理节点的路径延迟补偿同步处理模块中设置同步传输数据缓存池的大小；
路径延迟补偿同步处理模块根据时间戳，将同一时间戳的各个子阵的DBF数据先缓存在数据缓存池中；
当同一时间戳的各路DBF数据全部缓存完毕，然后在下一时刻，将各路DBF数据全部同时读出，送入信号处理模块进行信号处理，进而实现数据的传输同步功能。
进一步地，所述数据交换路由模块由数据交换路由模块核心电路和各个端口的延迟补偿构成；
数据交换路由模块核心电路由数据交换路由模块实体电路、路由控制中心、I2C控制器、JTAG控制器以及各个数据传输端口组成。
进一步地，所述各个子阵之间的SRIO通道设计为两路双向数据传输通道，可以进行乒乓传输。
与现有的技术相比本发明的有益效果是：
1、一种光纤网络信号级数据自适应延迟补偿同步传输方法，采用数据包加时间戳技术，构建纳秒级数据路由解析延迟的SRIO协议光纤网络，同时将数据交换路由模块设计成具备端口到端口固定延迟功能，并在信号处理节点进行数据同步传输延迟补偿，最终实现多个路径数据的传输同步功能；其能够实现光纤网络同步传输多路信号级数据的技术要求，同时，该发明可广泛应用于对数据传输延迟和同步有苛刻技术要的系统和设备。
2、一种光纤网络信号级数据自适应延迟补偿同步传输方法，基于SRIO协议的光纤网络的数据传输延迟在纳秒级，具备数据传输延迟小、数据传输稳定的特点；本发明可以应用于分布式、去中心化的光纤网络中，同步传输信号级数据的应用场景，以及要求数据传输延迟小的嵌入式应用场景。
附图说明
图1是本发明电路总框图；
图2是数据交换路由模块原理框图；
图3是数据传输延迟的计算模型；
图4是各路径数据传输延迟补偿同步原理图；
图5是本发明的典型应用；
图6是本发明典型应用流程图。
具体实施方式
需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
下面结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例一
传统相控阵雷达架构，信号处理模块固定，各个接收通道的信号级数据传输路径长短基本相同，通过严格的时钟、数据同步传输设计方案，可以实现相控阵雷达对各个阵元/子阵的接收通道信号预处理数据同步传输的要求。
对于上述分布式去中心化、信号处理节点不固定的新的机载相控阵雷达系统设计需求，传统相控阵雷达架构的数据同步设计手段，显然无法满足需求。采用常见的以太网协议的光纤网络，进行DBF数据同步传输的设计方案，数据延迟高达100us，也很难实现相控阵雷达信号级数据同步传输的技术要求。
本发明针对上述问题，提出一种光纤网络信号级数据自适应延迟补偿同步传输方法，构建基于SRIO协议的光纤网络，采用时间戳结合具有固定延迟的数据传输路由技术，能够实现光纤网络同步传输多路信号级数据的技术要求，同时，该发明可广泛应用于对数据传输延迟和同步有苛刻技术要的系统和设备。
本发明的思路是采用数据包加时间戳技术，构建纳秒级数据路由解析延迟的SRIO协议光纤网络，同时将数据交换路由模块设计成具备端口到端口固定延迟功能，并在信号处理节点进行数据同步传输延迟补偿，最终实现多个路径数据的传输同步功能。
请参阅图1-6，一种光纤网络信号级数据自适应延迟补偿同步传输方法，包括：
对相控阵雷达各个子阵进行接收通道信号预处理，生成具有时间戳的经DBF处理后的DBF数据；其中，所述DBF数据实质上为一个数据包；优选地，所述子阵默认内部的各个阵元的接收通道按照常规的时钟和信号同步设计技术进行同步设计，已经实现子阵内部的时钟、数据传输已经同步，不再进行赘述；
将各个子阵生成的DBF数据通过光纤网络传输给指定的某一信号处理节点进行具体功能的信号处理及数据处理；
其中，在信号处理节点，根据各个子阵的DBF数据的传输路径，以及时间戳，计算出从子阵传输到信号处理节点的传输延迟时间；
信号处理节点根据传输延迟时间数据，进行延迟补偿，最终实现各个子阵的DBF数据的同步接收。
在本实施例中，具体的，所述子阵除了包含原有的天线、TR、ADC、DAC等之外，还包含：信号处理模块和数据交换路由模块；
所述信号处理模块对要传输的DBF数据进行加时间戳的打包处理；
所述数据交换路实现本地子阵与相邻子阵之间的DBF数据的传输、交换、汇集；
所述数据交换路由模块基于SRIO协议进行路由设计，具备组网必备的参数设置功能。
在本实施例中，具体的，所述各个子阵的数据交换路由模块之间，通过光纤进行连接，进而构建基于SRIO协议的数据传输光纤网络。
在本实施例中，具体的，所述数据交换路由模块端口到端口的传输延迟为固定延迟，从而准确算出各个子阵的DBF数据流经数据交换路由模块的延迟总时间；即通过数据传输时延补偿设计，实现路由模块端口到端口的数据传输延迟固定功能。
在本实施例中，具体的，在指定实现某一具体功能的信号处理节点的前提下，各个子阵的DBF数据通过规划好的数据传输路径，传输给指定的信号处理节点。
在本实施例中，具体的，所述信号处理节点，包含：
路径延迟补偿同步处理模块，所述路径延迟补偿同步处理模块根据实现某一具体功能的各个子阵的DBF数据传输路径规划，估算出最大路由延迟总时间，进而在信号处理节点的路径延迟补偿同步处理模块中设置同步传输数据缓存池的大小；
路径延迟补偿同步处理模块根据时间戳，将同一时间戳的各个子阵的DBF数据先缓存在数据缓存池中；
当同一时间戳的各路DBF数据全部缓存完毕，然后在下一时刻，将各路DBF数据全部同时读出，送入信号处理模块进行信号处理，进而实现数据的传输同步功能。
在本实施例中，具体的，如图2所示，所述数据交换路由模块主要由数据交换路由模块核心电路和各个端口的延迟补偿构成；其中，数据交换路由模块核心电路有比较成熟的参考设计方案，在此不再进行赘述；
数据交换路由模块核心电路主要由数据交换路由模块实体电路、路由控制中心、I2C控制器、JTAG控制器以及各个数据传输端口组成；
其中，数据交换路由模块实体电路遵循SRIO2.1版本规范；基于SRIO数据包方式实现SRIO数据的交换，每个端口可实现6.25、5、3.125、2.5、1.25Gbps的传输速度；无数据传输拥堵情况，端口到端口的即收即发方式的传输延迟最低可到100ns；路由控制中心、I2C控制器及JTAG控制器可实现16个SRIO通路的路由及组网功能参数配置以及调试、下载网络维护等功能；各个端口的端口传输延迟补偿模块设计成可调试、可配置，可以灵活配置延迟补偿时间并可调试；端口传输延迟补偿功能实现数据交换路由模块端口到端口的延迟时间一样；实际配置应用数据交换路由模块时确保各个端口到端口的数据传输不会出现拥堵、冲突情况。
在本实施例中，具体的，所述各个子阵之间的SRIO通道设计为两路双向数据传输通道，可以进行乒乓传输，避免打时间戳出现拥堵，确保路由延迟固定功能的实现。
图3是数据传输延迟的计算模型。
子阵内部一般默认采用同步设计，输出接收通道信号预处理后的DBF数据；子阵信号处理模块对DBF数据进行加时间戳的打包处理，采用乒乓方式，实现DBF数据包的流水线传输；DBF数据传输的延迟时间是：
T_sum＝Td_1+Td_2+...+Td_n+Tb_max
其中：
T_sum是数据同步传输所需延迟总和；
Td_1...Td_n是各个路由模块的传输延迟；
Tb_max是使路径传输延迟，经过补偿能够实现同步输出的最大同步延迟补偿时间。
图4是各路径数据传输延迟补偿同步原理图。
信号处理节点根据同一时间戳的最早和最晚到达信号处理节点的延迟时间差以及数据传输速率，设置各路径同步缓存池大小。
设置缓存冗余是为了确保各路径数据能够全部存入同步缓存池后再被同步读出。
当检测到最迟到达同步缓存池的数据抵达后，系统信号处理模块同时将同步缓存池的各路DBF数据包读出并进行进一步的功能信号处理和数据处理。
图5是本发明的典型应用。
该图中各子阵均包含天线、TR、ADC、DAC、信号处理模块、数据交换路由模块等电路；光纤连接各个子阵的数据交换路由模块形成基于SRIO协议的光纤网络。
图中的子阵7是系统设置的面阵的信号处理节点；子阵1、子阵2和子阵6的接收信号预处理后的DBF数据通过光纤网络传输给子阵7进行进一步的信号处理运算。
子阵7根据子阵1、子阵2和子阵6的DBF数据的传输路径和经过的路由模块个数，设置同步缓存池大小，实现各路DBF数据包的同步读出，并进行功能信号处理；随着系统任务和功能需求变化，系统可指定子阵16-20组合成线阵，子阵18为线阵运算处理节点；线阵的功能实现过程及原理同面阵；面阵和线阵的子阵数量，子阵单元构成不限于本图所示；具体实现某一功能的阵面形式，信号处理节点，DBF数据包的传输路径规划有专门的算法负责实现，在此不再进行赘述。
图6是本发明典型应用流程图。
系统根据任务和功能需求确定功能阵面各子阵拓扑关系；光纤网络控制终端向功能阵面各个子阵下发各个子阵网络路由配置参数，确定各个子阵DBF数据传输路径并计算出各子阵DBF数据传输路径传输延迟中最大和最小路径延迟差，信号处理节点的路径延迟补偿同步处理模块设置同步缓存池大小，信号处理节点根据图4所示原理，实现个子阵DBF数据的同步传输，当任务和功能发生变化时，重复上述设置，可以实现新的功能阵面各个子阵的DBF数据包的同步传输。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。
提供本背景技术部分是为了大体上呈现本发明的上下文，当前所署名的发明人的工作、在本背景技术部分中所描述的程度上的工作以及本部分描述在申请时尚不构成现有技术的方面，既非明示地也非暗示地被承认是本发明的现有技术。

Claims (5)

1.一种光纤网络信号级数据自适应延迟补偿同步传输方法，其特征在于，包括：
对相控阵雷达各个子阵进行接收通道信号预处理，生成具有时间戳的经DBF处理后的DBF数据；
将各个子阵生成的DBF数据通过光纤网络传输给指定的某一信号处理节点进行具体功能的信号处理及数据处理；
其中，在信号处理节点，根据各个子阵的DBF数据的传输路径，以及时间戳，计算出从子阵传输到信号处理节点的传输延迟时间；
信号处理节点根据传输延迟时间数据，进行延迟补偿，最终实现各个子阵的DBF数据的同步接收；
所述子阵，包含：
信号处理模块，所述信号处理模块对要传输的DBF数据进行加时间戳的打包处理；
所述子阵，还包含：
数据交换路由模块，所述数据交换路实现本地子阵与相邻子阵之间的DBF数据的传输、交换、汇集；
所述数据交换路由模块基于SRIO协议进行路由设计，具备组网必备的参数设置功能；
所述各个子阵的数据交换路由模块之间，通过光纤进行连接，进而构建基于SRIO协议的数据传输光纤网络；
所述信号处理节点，包含：
路径延迟补偿同步处理模块，所述路径延迟补偿同步处理模块根据实现某一具体功能的各个子阵的DBF数据传输路径规划，估算出最大路由延迟总时间，进而在信号处理节点的路径延迟补偿同步处理模块中设置同步传输数据缓存池的大小；
路径延迟补偿同步处理模块根据时间戳，将同一时间戳的各个子阵的DBF数据先缓存在数据缓存池中；
当同一时间戳的各路DBF数据全部缓存完毕，然后在下一时刻，将各路DBF数据全部同时读出，送入信号处理模块进行信号处理，进而实现数据的传输同步功能。
2.根据权利要求1所述的一种光纤网络信号级数据自适应延迟补偿同步传输方法，其特征在于，所述数据交换路由模块端口到端口的传输延迟为固定延迟，从而准确算出各个子阵的DBF数据流经数据交换路由模块的延迟总时间。
3.根据权利要求1所述的一种光纤网络信号级数据自适应延迟补偿同步传输方法，其特征在于，在指定实现某一具体功能的信号处理节点的前提下，各个子阵的DBF数据通过规划好的数据传输路径，传输给指定的信号处理节点。
4.根据权利要求3所述的一种光纤网络信号级数据自适应延迟补偿同步传输方法，其特征在于，所述数据交换路由模块由数据交换路由模块核心电路和各个端口的延迟补偿构成；
数据交换路由模块核心电路由数据交换路由模块实体电路、路由控制中心、I2C控制器、JTAG控制器以及各个数据传输端口组成。
5.根据权利要求1所述的一种光纤网络信号级数据自适应延迟补偿同步传输方法，其特征在于，所述各个子阵之间的SRIO通道设计为两路双向数据传输通道，可以进行乒乓传输。
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