CN116667912B - 一种多地多机高带宽数据通信终端 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多地多机高带宽数据通信终端，属于测控通信领域，具体包括：作为地面端使用时配置有宽带接收通道、授时通道和发射通道；作为机载端使用时配置有宽带发射通道、主接收通道、轮询接收通道和副接收通道，其中主接收通道、轮询接收通道和副接收通道同时接收在机载端跨站时，根据切换逻辑在主接收通道、副接收通道之间切换，以避免单通道切换时控制信息的中断。本发明有益效果：本发明具有高带宽的特点，机载终端可实时发送高清视频给地面，地面终端可以同时接收多路机载终端的视频数据。在飞行过程中，终端可根据所接收的地面站信号的好坏，自动实现跨站控制切换。

Description

一种多地多机高带宽数据通信终端

技术领域

本发明属于测控通信领域，尤其是涉及一种多地多机高带宽数据通信终端。

背景技术

在巡检、勘查等作业中，常需要飞机与地面站配合，实时传输视频图像和遥控遥测信息。一地一机和一地多机是较为常见的应用方式，由单个地面站实施对单架次或多架次飞机的控制，作业范围取决于地面站。在多地多机的应用中，涉及到跨站切换、信号干扰等问题，在这种情况下传输数据量较大的视频图像信息不仅要保持信号传输的可靠性，同时要求数据通信终端有足够高的带宽以保证能发送和接收高清晰度的视频。相比其它应用场景，多地多机应用需要更为复杂的软件和硬件配置，但是这种应用方式提高了飞机和地面站的灵活程度，更接近于实际应用场景，在大规模作业中有着更广泛的应用。

现有的数据通信终端大多仅能支持一地一机或一地多机的工作模式，实现方式有如下特点：1）在传输方式方面，现有终端多采用4G公网传输，这种传输方式在通信设备较多的情况下容易受到干扰，带宽互相限制影响传输实时性，在信号塔稀少的空旷地区，信号传输的可靠性较低，不通过公网传输的终端自定义传输频点，采用自行搭建的收发通道进行传输，但大多只能支持单地面站控制的工作模式，或者传输带宽有限不能支持多路高清视频传输；2）在工作模式方面，单地面站控制方式的作业范围受到地面站的发射功率和接收灵敏度限制，灵活性较差，且适用于单地面站控制方式的通信终端不具备跨站切换的软件和硬件配置，不能直接用于多地多机的应用场景；3）在传输内容方面，现有终端包含视频编解码和视频采样模块，已具备传输高清视频图像信息的能力，但多数不同时具备视频存储功能，在通信受阻的情况下，视频无法实时传输也不能存储，造成了数据丢失；4）在传输带宽方面，市面上多数终端受到所用射频收发芯片的限制，传输带宽只有60MHz左右，除去保护带宽，实际可用带宽更小，能传输的数据量因此受限，在一地多机的应用中，地面设备受带宽限制，接收飞机下行发送的视频路数和视频清晰度会受到影响；5）在可靠性方面，现有终端多采用非隔离电源实现，一级电源电路设计简单，没有对电源浪涌、过冲等干扰的预处理，大多适用于商业领域，环境适应性较差，不能通过相关国军标试验，也不能用于严苛的工作环境。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种多地多机高带宽数据通信终端，以至少解决背景技术中的至少一个问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种多地多机高带宽数据通信终端，包括：

作为地面端使用时配置有宽带接收通道、授时通道和发射通道；

作为机载端使用时配置有宽带发射通道、主接收通道、轮询接收通道和副接收通道，其中主接收通道、轮询接收通道和副接收通道同时接收；

在机载端跨站时，根据切换逻辑在主接收通道、副接收通道之间切换，以避免单通道切换时控制信息的中断。

进一步的，切换逻辑包括：

在机载端的通信终端接收到工作于不同频点的多个地面站所发射的上行控制指令时，选取其中信号质量最优的两路上行控制指令，并将选取的质量最优的两路上行控制指令分别通过主接收通道与副接收通道进行解调解析，并使用主通道接收到的上行控制指令的解析结果，此时利用轮询接收通道将对各个地面站的发射的上行控制指令进行不间断的扫频轮询监测，一旦检测到某地面站的信号幅度大于当前副接收通道内接收信号的幅度值，则机载端将副通道切换至此地面站的频点，以此来实现对多个地面站上行信号的实时监测与最优选取。

若机载端接收到的信号达到切换条件则进行主接收通道、副接收通道之间切换；

进一步的，在检测到某地面站的信号幅度大于当前副接收通道内接收信号的幅度值时，计算超过的幅度值差值，当幅度值差值大于预设阈值后，则机载端将副通道切换至此地面站的频点。

进一步的，在通信终端中配置有高带宽射频转换芯片用以进行下行宽带发射通道，同时针对主接收通道、副接收通道以及轮询接收通道分别配置有捷变频收发器；

利用捷变频收发器1负责主接收通道的接收，同时接收两路上行信号；

利用捷变频收发器3负责副接收通道的接收，同时接收两路上行信号；

利用捷变频收发器2负责轮询接收通道的接收，同时接收来自于主接收通道和副接收通道的上行信号。

进一步的，作为地面端使用时通信终端中配置有宽带接收通道、授时通道和发射通道，利用宽带接收通道同时接收位于地面站不同位置的两个天线的数据，同时高带宽使一个地面站可同时控制多个飞机，并接收多路视频数据。

进一步的，通信终端中配置有时钟模块，包括100MHzVCXO+JESD204B专用时钟分配器部分和40MHzTCXO+一般用时钟分配器部分；

利用JESD204B专用时钟分配器为高带宽射频转换芯片和ZYNQ-7提供器件时钟和参考时钟。

进一步的，通信终端中配置有监控模块，利用单片机+电压监控芯片构成监控模块，配合电流转换芯片实现对一级输入电压5V的电流测算，进而计算整板功耗。

进一步的，通信终端中配置有视频图像处理和存储板，包括视频采样芯片、ARM处理器、FPGA、SATA模块；

在存储时，通过SATA接口存储到板上的SATA模块中；

在读取时，外部设备通过千兆网口直接读取SATA模块数据，ARM完成以太网到SATA之间的协议转换，实时传输时机载端下行发送视频数据到地面。

进一步的，通信终端中配置有电源预处理板，包括反极性保护电路、缓启动模块、电源预处理模块、储能模块；

反极性保护电路作为整机第一级电路，设置了防插反二极管和TVS二极管，为后级模块提供反极性保护；

缓启动模块以大功率NMOS管为核心，通过RC电路控制NMOS管打开时间，实现电路缓启动；

电源预处理模块用于对过高瞬态浪涌电压进行跟踪并抑制，当输入电源发生过压浪涌时，将输出电压嵌位在安全电压以下以保证系统的安全，在输入电源欠压或掉电时，通过CIN端的储能电容提供能量维持系统短时间正常工作；

储能模块用以保证设备断电时不会立刻停止工作。

相对于现有技术，本发明所述的一种多地多机高带宽数据通信终端具有以下有益效果：

（1）本发明所述的一种多地多机高带宽数据通信终端，具有高带宽的特点，机载终端可实时发送高清视频给地面，地面终端可以同时接收多路机载终端的视频数据。在飞行过程中，终端可根据所接收的地面站信号的好坏，自动实现跨站控制切换。在电源预处理方面，终端满足相关国军标要求，且结构设计坚固、灵活，适合于电源特性、信号传输可靠性、环境适应性方面要求较高的多地多机通信场景；

（2）本发明所述的一种多地多机高带宽数据通信终端，宽带信号处理板非标准VNX架构，但是所选连接器仍为高速精密连接器，在宽带信号处理板的结构和数字部分结构对插时，容易损坏连接器，因此在数字部分结构上增加凸起圆柱，宽带信号处理板结构相应位置开孔，凸起圆柱的高度经过精确设计，使圆柱与开孔恰好接触时高速接插件之间留有微小间隙，实现了在接插件对插之前由结构定位，防止损坏连接器的同时，也没有过多增加结构复杂度和重量。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的机载端所用模块和通道划分示意图；

图2为本发明实施例所述的地面端所用模块和通道划分示意图；

图3为本发明实施例所述的跨站切换原则示意图；

图4为本发明实施例所述的视频图像处理和存储板原理框图示意图；

图5为本发明实施例所述的电源预处理板原理框图示意图；

图6为本发明实施例所述的射频头紧固件示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明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发明。

本发明解决了如下技术问题：1）通过自行搭建的收发通道进行数据传输，解决公网传输实时性和可靠性不高的问题，频带内频点可切换，解决固定频点干扰问题；2）根据跨站切换需要，增加不同带宽的通道，在跨站时根据信号强度阈值进行地面站切换，提供了跨站切换的软硬件配置；3）具有视频图像存储模块，该模块可以根据需要插拔，既可实现高清视频图像实时传输，也可实现存储，解决了通信不良时数据丢失问题；4）选用先进高带宽数据收发芯片实现大数据量视频图像数据的收发，具有高带宽的同时也有高集成度，解决了因带宽限制多路高清传输的问题；5）采用隔离电源模块，增加EMI滤波模块、上电缓启动模块等，实现了电源预处理，整机合理划分地平面、合理规划信号流向，提高抗干扰能力，接插件部分增加固定结构，提高整体抗振性能。

本发明具有的优点是：1）采用自行搭建的收发通道进行数据传输，搭配频点切换的方法，提高了传输的实时性和可靠性；2）具备跨站切换的功能，既可实现多地多机通信，也可兼容一地一机和一地多机的通信，扩大了应用范围；3）既可实现高清视频图像实时传输，也可实现存储，存储模块可以根据需要插拔，使用灵活，且数据可留存，加强了对数据的保护；4）选用先进高带宽数据收发芯片，占用PCB面积小，且多路机载终端可同时向地面终端发送高清视频流，提高了终端传输数据的能力；5）通过增加电源预处理，提高了电源可靠性，通过合理规划结构，提高了模拟信号和数字信号的隔离度，增强了抗干扰能力和整体抗振性能。

本发明为飞机与地面之间通信用数据终端，根据使用位置的不同可分为机载端和地面端，机载端向地面端发送视频图像、遥测数据，从地面端接收遥控信息，包括切换频点、切换码率、参数配置等。本发明在设计上兼容机载端和地面端，既可以用作机载设备，也可以用作地面设备，只有内部接线和程序不同，设计通用性好。终端整体仿照VNX机箱架构，与VNX机箱不同的是，为了增加数字部分和模拟部分的隔离度，防止射频电路和数字电路相互影响，将整个机箱分为了上下两部分，射频转换用的宽带信号处理板和其它数字和电源板卡分别在两部分结构里，增加了隔离度的同时也有更好的散热效果。母板提供多卡槽位，接插件上信号和地线的排布参考VITA74标准，将电源、高速信号和低速信号分开，防止高速和低速信号互相干扰，终端可根据需要使用不同功能的板卡，作为视频传输终端使用时包括电源转换板、电源预处理板、宽带信号处理板、视频处理板，可扩展接口板等。

需要说明的是，在附图中：

附图1为机载端宽带信号处理板原理框图，其中TX1为射频信号发射通道，RX1~4为射频信号接收通道，板卡以FPGA ZYNQ-7为核心，包含用于存储的DDR3芯片、EEPROM芯片、FLASH芯片，用于控制电源和复位的复位顺序芯片，以及用于程序下载的JTAG接口和用于通信的串口等ZYNQ-7功能性外设；

附图2为地面端宽带信号处理板原理框图，其中TX1为射频信号发射通道，RX1和RX2为射频信号接收通道，北斗或GPS时钟源经过匹配电阻接入FPGA ZYNQ-7芯片，匹配电阻起到缓冲外部干扰和匹配传输线阻抗的作用，附图2中ZYNQ-7功能性外设与图1相同不赘述；

附图3为跨站切换原则示意图，展示了飞机平台从原地面站车载站1切换到新地面站车载站2控制的情况，当飞机平台收到的原地面站控制信号弱于阈值Th，且新地面站信号强度超过原地面站信号强度大于余量h时，飞机平台切换地面控制站；

附图4中监控和复位模块用于监控整板功耗和对ARM处理器进行上电复位，并将监测的功耗通过I2C接口发送出去，复合数据指ARM处理器和FPGA之间传输的数据，是视频数据、控制数据复合在一起的数据流；

附图5为电源预处理板原理框图，电源预处理板的作用是将输入的电源28V及其对应的地28V_GND分别转换为28V_OUT和28V_OUT_GND输出。

（一）跨站切换的基本方法和信号转换设计

宽带信号处理板是实现跨站切换、宽带射频收发功能的板卡，以FPGA为核心，包含射频转换通道、时钟模块、监控模块等，板卡既可以在机载端也可以在地面端使用，根据不同的用法有不同的接线方式，机载端所用模块和通道划分如图1所示，地面端如图2所示。

射频转换芯片的选择：为保证能同时传输多路高清视频数据且传输的数据具有更低延时，应使每个数据包传输更多数据，因此射频通道应具有更高的带宽。本发明选用发射和接收带宽均为200MHz的两收两发射频转换芯片，芯片集发射和接收于一体，可将高至6GHz的射频信号和JESD204B接口的数字信号互相转换，数字信号连接到FPGA的GTX接口，实现了高速数据传输，具有很高的实时性，同时占用PCB面积小。高带宽射频转换芯片使机载端以更低的延时发送高清视频数据，地面端的高带宽允许同时接收多路高清视频数据，这样一个地面站可以同时和多个机载设备通信，并传输大量数据。一般数据链终端设备选用的多是带宽只有56MHz的捷变频收发器，在传输数据量较大的多路视频数据时，延时和同时接收的视频路数会受到影响。

在上电时，射频转换芯片通过SPI接口进行程序初始化和参数配置，FPGA选用ZYNQ-7芯片，ZYNQ-7兼有ARM核和逻辑模块，既可以实现对射频转换芯片的C语言编程也可以实现时序控制。一般射频转换芯片的收发通道设计都是外接巴伦，直接连接射频前端，但是芯片手册中强调在上电过程中如果射频转换芯片端口处有大信号会影响芯片使用，上电过程中射频端口应该接地。在实际测试的过程中也发现，上电过程中如果射频转换芯片的接收端口处有超过-20dbm的信号，芯片的程序初始化会失败，导致后续无法使用。由于射频转换芯片的特殊性，本设计在芯片的射频端口加上了射频开关QPC6014，该芯片内部有50欧姆接地电阻，可通过FPGA的GPIO控制，在射频转换芯片程序未加载时GPIO默认为低电平，保证射频通道50欧姆接地，程序加载完GPIO拉高，开始正常收发，通过程序控制解决了射频转换芯片程序初始化的问题，无论何时射频前端给出大信号都保证了终端正常使用，提高了可靠性。

高带宽射频转换芯片专用于视频数据的收发，而遥控遥测信息数据量较小，只有约250kbps，扩频后约8MHz，所以采用收发带宽56MHz的两收两发捷变频收发器，可以保证遥控遥测信息在扩频调制之后仍有余量。为增加控制信息的可靠性，设置多个可切换的频点，每个频点之间设置保护间隔，在频点受到干扰时可以切换到其它频点，充分利用了收发器的带宽，增加了控制的可靠性。

射频通道划分：作为机载端使用时可划分为四个通道，分别是宽带发射通道、主接收通道、轮询接收通道和副接收通道。板上的高带宽射频转换芯片用于下行宽带发射通道，三个捷变频收发器分别用于主接收通道、副接收通道以及轮询接收通道。

机载三通道同时接收架构的工作原理可简述为，若当前机载设备接收到工作于不同频点的多个地面站所发射的上行控制指令，则将选取其中信号质量最优的两路使其分别通过主通道与副通道进行解调解析，并使用主通道的指令解析结果，此时轮询通道将对各个地面站的上行信号进行不间断扫频轮询监测，一旦检测到某地面站的信号幅度大于当前副通道内接收信号的幅度值，并超过阈值，则机载端将副通道切换至此地面站频点，以此来实现对多个地面站上行信号的实时监测与最优选取，此三通道接收机架构保证了任一时刻所解析上行控制指令都为信号质量最优状态，且主副通道的同时解析保证了上行指令跨站不中断，实现了软切换，并保有良好的可扩展性，由于对于单架飞机上行接收而言，即使区域内存在其他机载设备同时接收上行数据，也不会对自身接收产生影响。

跨站切换采用具有滞后余量的相对信号强度准则，即仅允许在新地面站的信号强度比原地面站信号强度强一定余量（即大于滞后余量）的情况下进行跨站。例如图3所示的A点，A点为控制站切换点。该技术可以防止由于信号波动引起的移动台在两个地面站之间来回重复切换，即“乒乓效应”。

作为地面端使用时可划分为三个通道，分别是宽带接收通道、授时通道和发射通道。宽带接收通道带宽200MHz，双通道，可同时接收位于地面站不同位置的两个天线的数据，同时高带宽使一个地面站可同时控制多个飞机，并接收多路视频数据。不同地面站之间通过授时来保证系统时间一致，时钟源来自北斗或GPS，根据系统时间来协调信号发送和接收的时间。地面站通过捷变频收发器发送上行遥控信号，和机载端一样，设置了多个频点，可供在遇到干扰时切换。

时钟模块：板上不同器件对时钟有不同的要求，高带宽射频转换芯片需要JESD204B接口时钟，捷变频收发器需要高精度单端时钟，其它芯片对时钟精度要求不高，但是频率不同，因此时钟模块包含100MHzVCXO+JESD204B专用时钟分配器部分和40MHzTCXO+一般用时钟分配器部分。JESD204B专用时钟分配器为高带宽射频转换芯片和ZYNQ-7提供器件时钟和参考时钟。一般用时钟分配器为三个捷变频收发器提供高精度40MHz单端时钟和其它器件时钟。上电后一般用时钟分配器受单片机控制启动，FPGA加载程序，然后FPGA通过SPI配置JESD204B专用时钟分配器提供时钟。

监控模块：单片机+电压监控芯片构成整板的监控模块，配合电流转换芯片可实现对一级输入电压5V的电流测算，进而计算整板功耗。电压监控芯片最多可监测10路电压，如果电压超过设定阈值，会向单片机报错，也可通过FPGA的DXP/DXN引脚测量FPGA温度，单片机将结果传输给FPGA，作为遥测信息向地面传输，实现对关键板卡的状态监控。

（二）视频图像处理和存储设计

视频图像处理和存储板由视频采样芯片、ARM处理器、FPGA、SATA模块等构成，芯片之间的连接关系如图4所示。视频图像处理和存储板支持视频数据的压缩编码，以及高速存储和读取。存储时通过SATA接口存储到板上的SATA模块中，读操作时，外部设备通过千兆网口直接读取SATA模块数据，ARM完成以太网到SATA之间的协议转换。实时传输时机载端下行发送视频数据到地面，地面端通过千兆网口输出视频流后，可在电脑中通过视频软件播放。

ARM处理器具有1路SDI视频接口和1路HDMI接口，支持H.265编码压缩技术，压缩效率可高达50%，压缩后占用带宽小，支持SDI、HDMI接口1080P@60fps双路高清视频处理，具备UART、SPI、千兆以太网接口、USB2.0接口、PCIE、SATA等丰富的外部接口，处理能力强大。

视频数据经采样芯片转换成数字信号，由ARM处理器发送给FPGA，FPGA生成高速差分LVDS信号传给宽带信号处理板，处理后向地面发送，同时经SATA接口存储到SATA模块中。SATA模块基于MLC介质，容量大于256GB，持续读速率最大200Mbps，持续写速率最大200Mbps，可在飞行过程中可实时存储大量的视频数据，在通信不良的情况下通过存储数据留存飞行成果。

（三）电源预处理设计

电源预处理板具有抗浪涌、缓启动、掉电储能、EMI滤波、反极性保护等功能，由反极性保护电路、缓启动模块、电源预处理模块、储能模块组成，如图5所示。

反极性保护电路作为整机第一级电路，设置了防插反二极管和TVS二极管，为后级模块提供反极性保护。缓启动模块以大功率NMOS管为核心，通过RC电路控制NMOS管打开时间，实现电路缓启动。电源预处理模块选用专用模块化器件，具有良好的电磁兼容性、过压浪涌抑制、欠压浪涌保护和掉电维持功能，可对过高瞬态浪涌电压进行跟踪并抑制，当输入电源发生过压浪涌时，为了保证系统的安全，将输出电压嵌位在安全电压以下。在输入电源欠压或掉电时，通过CIN端的储能电容提供能量维持系统短时间正常工作。储能模块由若干1000uF电容组成，保证设备断电时不会立刻停止工作。

电源预处理板使整机能满足《GJB181A-2003飞机供电特性》、GJB1188A《飞机／悬挂物电气连接系统接口要求》和GJB151B-2013规定的浪涌、尖峰电压、瞬时断电要求，尖峰电压50V/50ms情况下不损坏设备，在0～20MHz内，纹波峰峰值不超过100mV，输出可提供最大100W功率。

（四）信号流向设计和结构加固设计

终端机箱参考VNX架构，为优化信号隔离度、降低干扰，提高EMC兼容性、达到防水要求，设计中将射频板卡与数字板卡从结构上分隔开，增加固定和锁紧结构，结构抗振性能提高的同时不会增加过多成本。

信号流向设计：除射频接口和SDI接口外，各板卡均通过VNX连接器接口或FMC子板连接器与母板实现电源、高速、低速数据交互，再由母板将通信数据转发至目标板。考虑到射频信号与数字信号间易产生干扰，如果宽带信号处理板也和其它板卡一样通过VNX连接器插在母板上，首先以板卡尺寸小不足以摆放器件，其次模拟信号和数字信号混杂，易使机箱内部电磁兼容环境恶化。因此将宽带信号处理板放在单独结构腔体内，其它数字板卡放在另一个结构内，宽带信号处理板位于母板下方，射频信号通过线缆从宽带信号处理板的前端引出，减弱射频信号在整个机箱内辐射的影响，提高整机的电磁兼容性能。宽带信号处理板上发热器件较多，如FPGA、射频转换芯片等，将宽带信号处理板单独放在位于下方的腔体内也方便结构上制作散热凸台，提高散热性能。除了数字信号和模拟信号分开，高速数字信号和低速数字信号也分别从不同的航插引出，防止高速和低速信号互相干扰，进一步提高信号隔离度。

结构加固设计：机箱为拼板形式，拼板处采用止口结构，配合导电胶条，具有良好的EMC屏蔽效果，可以有效屏蔽电磁辐射，同时还起到良好的防水、防尘作用。

宽带信号处理板非标准VNX架构，但是所选连接器仍为高速精密连接器，在宽带信号处理板的结构和数字部分结构对插时，容易损坏连接器，因此在数字部分结构上增加凸起圆柱，宽带信号处理板结构相应位置开孔，在接插件对插之前由结构定位，防止损坏连接器。

宽带信号处理板的射频信号通过射频线引出，射频头处容易松动，设计如所示的独立紧固件，如图6所示，可以利用射频头之间的作用力互相紧固，固定结构独立于整个腔体，减小了腔体的复杂度，降低了成本。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法和系统，可以通过其它的方式实现。例如，以上所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。上述单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种多地多机高带宽数据通信终端，其特征在于，包括：

作为地面端使用时配置有宽带接收通道、授时通道和发射通道；

作为机载端使用时配置有宽带发射通道、主接收通道、轮询接收通道和副接收通道，其中主接收通道、轮询接收通道和副接收通道同时接收地面站发送的数据；

在机载端跨站时，根据切换逻辑在主接收通道、副接收通道之间切换，以避免单通道切换时控制信息的中断；

切换逻辑包括：

在机载端的通信终端接收到工作于不同频点的多个地面站所发射的上行控制指令时，选取其中信号质量最优的两路上行控制指令，并将选取的质量最优的两路上行控制指令分别通过主接收通道与副接收通道进行解调解析，并使用主通道接收到的上行控制指令的解析结果，此时利用轮询接收通道将对各个地面站的发射的上行控制指令进行不间断的扫频轮询监测，一旦检测到某地面站的信号幅度大于当前副接收通道内接收信号的幅度值，则机载端将副通道切换至此地面站的频点，以此来实现对多个地面站上行信号的实时监测与最优选取；

若机载端接收到的信号达到切换条件则进行主接收通道、副接收通道之间切换；

在检测到某地面站的信号幅度大于当前副接收通道内接收信号的幅度值时，计算超过的幅度值差值，当幅度值差值大于预设阈值后，则机载端将副通道切换至此地面站的频点；

在通信终端中配置有高带宽射频转换芯片用以进行下行宽带发射通道，同时针对主接收通道、副接收通道以及轮询接收通道分别配置有捷变频收发器；

利用捷变频收发器1负责主接收通道的接收，同时接收两路上行信号；

利用捷变频收发器3负责副接收通道的接收，同时接收两路上行信号；

利用捷变频收发器2负责轮询接收通道的接收，同时接收来自于主接收通道和副接收通道的上行信号；

作为地面端使用时通信终端中配置有宽带接收通道、授时通道和发射通道，利用宽带接收通道同时接收位于地面站不同位置的两个天线的数据，同时高带宽使一个地面站可同时控制多个飞机，并接收多路视频数据；

通信终端中配置有时钟模块，包括100MHz VCXO+JESD204B专用时钟分配器部分和40MHz TCXO+一般用时钟分配器部分；

利用JESD204B专用时钟分配器为高带宽射频转换芯片和ZYNQ-7提供器件时钟和参考时钟；

通信终端中配置有监控模块，利用单片机+电压监控芯片构成监控模块，配合电流转换芯片实现对一级输入电压5V的电流测算，进而计算整板功耗；

通信终端中配置有视频图像处理和存储板，包括视频采样芯片、ARM处理器、FPGA、SATA模块；

在存储时，通过SATA接口存储到板上的SATA模块中；

读读取时，外部设备通过千兆网口直接读取SATA模块数据，ARM完成以太网到SATA之间的协议转换，实时传输时机载端下行发送视频数据到地面；

通信终端中配置有电源预处理板，包括反极性保护电路、缓启动模块、电源预处理模块、储能模块；

反极性保护电路作为整机第一级电路，设置了防插反二极管和TVS二极管，为后级模块提供反极性保护；

缓启动模块以大功率NMOS管为核心，通过RC电路控制NMOS管打开时间，实现电路缓启动；

电源预处理模块用于对过高瞬态浪涌电压进行跟踪并抑制，当输入电源发生过压浪涌时，将输出电压嵌位在安全电压以下以保证系统的安全，在输入电源欠压或掉电时，通过CIN端的储能电容提供能量维持系统短时间正常工作；

储能模块用以保证设备断电时不会立刻停止工作。