CN212255684U - 一种可扩展的dbf组合系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种可扩展的DBF组合系统。包括VPX架构的机箱，在机箱内安装有负责完成各模块间互联功能的背板模块，在背板模块上安装有一个负责完成对整个系统的控制、权值下发和数据快视功能的主控模块，在背板模块上还安装有多个负责完成回波数据的波束合成处理功能的DBF模块，在背板模块上还安装有一个负责完成本组合系统与外部系统接口互联功能的后I/O模块；主控模块通过后I/O模块具有用于支持多路时钟、同步、触发信号输入输出的多路光纤接口，每个DBF模块具有用于接收前端回波信号的多路光纤输入接口、用于DBF组合系统之间级联的多路板间光纤输入输出接口以及用于DBF模块之间级联的多路模块间光纤输入输出接口。本实用新型复用率高，构建成本低。

Description

一种可扩展的DBF组合系统

技术领域

本实用新型属于数字阵列雷达技术领域，尤其涉及一种可扩展的DBF组合系统。

背景技术

数字波束形成(Digital Beam Forming，DBF)是数字阵列雷达中的关键系统，在工程实现方面，通常采用现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)实现其多通道实时数据处理。众所周知，一个实用型数字阵面雷达系统的成本较高，而伴随雷达系统阵面规模的不断增加，回波的数据量和处理速度要求也越来越高，因此为了最大限度的降低系统成本，适应不同的应用环境，一款高性能、可扩展的DBF系统变得尤为重要。

目前，国内数字阵面DBF系统的通用性和可扩展性较差，应用场景变化后则需要重新定制，这就大大增加了系统的成本。

实用新型内容

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种可扩展的DBF组合系统，提高系统的复用率，降低系统构建成本。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种可扩展的DBF组合系统包括VPX架构的机箱，在机箱内安装有负责完成各模块间互联功能的背板模块，在背板模块上安装有一个负责完成对整个系统的控制、权值下发和数据快视功能的主控模块，在背板模块上还安装有多个负责完成回波数据的波束合成处理功能的DBF模块，在背板模块上还安装有一个负责完成本组合系统与外部系统接口互联功能的后I/O模块；主控模块通过后I/O模块具有用于支持多路时钟、同步、触发信号输入输出的多路光纤接口，每个DBF模块具有用于接收前端回波信号的多路光纤输入接口、用于DBF组合系统之间级联的多路板间光纤输入输出接口以及用于DBF模块之间级联的多路模块间光纤输入输出接口。

本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型提供了一种结构设计合理的可扩展的DBF组合系统，与现有的系统相比，本实用新型中的系统由背板模块、主控模块、多个DBF模块以及后I/O模块构成，实现了嵌入式的系统结构设计。多个DBF模块之间实现了向背板模块上的嵌入式安装，因此整个系统支持DBF模块的扩展。这样，当DBF组合系统的应用场景发生变化时，可以根据当前场景对数字处理能力的要求而对系统进行扩展。扩展包括两个方面，一个是本DBF组合系统中DBF模块的扩展，另一个是多个DBF组合系统之间的扩展。与现有的非可扩展式的设备相比，此种结构的DBF组合系统在应用场景变化后无需进行重新定制，显著降低了系统的建设成本。本可扩展的DBF组合系统可以满足大部分数字阵列雷达系统的需求，提高了系统的复用率。

优选地：各DBF模块均通过背板模块和后I/O模块获取数据输入，上一DBF模块的模块间光纤输入输出接口与下一DBF模块的模块间光纤输入输出接口连接，最后一个的DBF模块的模块间光纤输出接口作为本DBF组合系统的输出。

优选地：各DBF模块中有一个作为二级处理模块，其它DBF模块作为一级处理模块；作为一级处理模块的各DBF模块均通过背板模块和后I/O模块获取数据输入，且各DBF模块的模块间光纤输入输出接口均与作为二级处理模块的DBF模块的模块间光纤输入输出接口连接，作为二级处理模块的DBF模块的模块间光纤输出接口作为本DBF组合系统的输出。

优选地：每个DBF模块各自由四个FPGA芯片搭建而成，其中一个FPGA芯片作为本DBF模块的控制单元以及本DBF模块的二级处理单元，其它三个FPGA芯片作为一级处理单元，各一级处理单元处理的数据发送给二级处理单元，二级处理单元处理后将数据发送给下一级DBF模块。

优选地：主控模块通过后I/O模块具有的用于支持多路时钟、同步、触发信号的输入输出光纤接口数量为4路。

优选地：每个DBF模块具有的用于接收前端回波信号的光纤输入接口数量为96路，具有的用于DBF组合系统之间级联的板间光纤输入输出接口数量为12路，具有的用于DBF模块之间级联的模块间光纤输入输出接口的数量为8路。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型中第一种级联方式的示意图；

图3是本实用新型中第二种级联方式的示意图；

图4是本实用新型中DBF模块的结构框图；

图5是DBF组合系统级联方式的结构示意图。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹举以下实施例详细说明。

请参见图1，本实用新型的可扩展的DBF组合系统包括VPX架构的机箱。

VPX是VITA(VME International Trade Association，VME国际贸易协会)组织于2007年在其VME总线基础上提出的新一代高速串行总线标准。VPX总线的基本规范、机械结构和总线信号等具体内容均在ANSI/VITA46系列技术规范中定义。VPX就是基于高速串行总线的新一代总线标准，该标准制定的最初目的为了保护VME总线的应用者，继承和延续VME总线。

在机箱内安装有负责完成各模块间互联功能的背板模块，在背板模块上安装有一个负责完成对整个系统的控制、权值下发和数据快视功能的主控模块，在背板模块上还安装有多个负责完成回波数据的波束合成处理功能的DBF模块，在背板模块上还安装有一个负责完成本组合系统与外部系统接口互联功能的后I/O模块。

如图中所示，背板模块安装在机箱的中部，主控模块以及各DBF模块均采用嵌入式安装的方式安装在背板模块的正面，后I/O模块采用嵌入式安装的方式安装在背板模块的背面。从功能上来说：主控模块负责对整个组合系统进行控制，负责权值下发以及数据快视的功能；DBF模块负责进行回波数据的波束合成处理功能；背板模块负责进行各模块间的互联功能，提供标准嵌入式连接插槽；后I/O模块负责进行本DBF组合系统与外部系统的接口互联功能。

主控模块通过后I/O模块具有用于支持多路时钟、同步、触发信号输入输出的多路光纤接口，本实施例中，上述光纤接口的数量为4路。在硬件设计上，主控模块搭载Intel高性能主机板用于实现对整个系统的控制与管理，使用Virtex7系列的FPGA芯片实现主控模块与DBF模块之间的通信，通信内容包括权值信息下发、获取各DBF模块快视数据等功能。

每个DBF模块具有用于接收前端回波信号的多路光纤输入接口、用于DBF组合系统之间级联的多路板间光纤输入输出接口以及用于DBF模块之间级联的多路模块间光纤输入输出接口。本实施例中，每个DBF模块具有的用于接收前端回波信号的光纤输入接口数量为96路，具有的用于DBF组合系统之间级联的板间光纤输入输出接口数量为12路，具有的用于DBF模块之间级联的模块间光纤输入输出接口的数量为8路。

本可扩展的DBF组合系统可支持DBF模块之间级联处理或者DBF模块之间按照二级DBF方式处理两种方案，具体说明如下。

第一种级联方式，请参见图2：

各DBF模块均通过背板模块和后I/O模块获取数据输入，上一DBF模块的模块间光纤输入输出接口与下一DBF模块的模块间光纤输入输出接口连接，最后一个的DBF模块的模块间光纤输出接口作为本DBF组合系统的输出。

第二种级联方式，请参见图3：

各DBF模块中有一个作为二级处理模块，其它DBF模块作为一级处理模块；作为一级处理模块的各DBF模块均通过背板模块和后I/O模块获取数据输入，且各DBF模块的模块间光纤输入输出接口均与作为二级处理模块的DBF模块的模块间光纤输入输出接口连接，作为二级处理模块的DBF模块的模块间光纤输出接口作为本DBF组合系统的输出。

请参见图4，可以看出：DBF模块的结构为，每个DBF模块各自由四个FPGA芯片搭建而成，其中一个FPGA芯片作为本DBF模块的控制单元以及本DBF模块的二级处理单元，其它三个FPGA芯片作为一级处理单元，各一级处理单元处理的数据发送给二级处理单元，二级处理单元处理后将数据发送给下一级DBF模块。

每个DBF模块可支持96路数字回波光纤输入，用于接收前端回波信号；支持12路板间光纤输入输出，用于DBF组合系统之间的级联；支持8路模块间光纤输入输出，用于DBF模块之间的级联。

在硬件设计上，每个DBF模块共包含4片Virtex7系列的FPGA芯片，可以记为FPGA0-3。其中FPGA1-3作为一级FPGA，FPGA0作为二级FPGA。

输入的96路光纤信号分三组发送给一级FPGA1-3完成DBF合成或快视缓存功能；二级FPGA0接收一级FPGA1-3数字合成结果，和上一级的DBF模块合成结果，对四路数据求和打包后送至下一级DBF模块。

FPGA0作为DBF模块自身的控制单元，通过Serial RapidIO x1总线实现与主控模块之间的通信，同时通过Serial RapidIO x1总线将权值和控制指令发送给自身板卡的一级FPGA 1-3。

为了适应不同的应用场景，本DBF组合系统在设计上具备很强的扩展性，主要体现在以下三个方面：

1)DBF组合系统内部模块的可扩展性，单个组合最多可扩展到12个DBF模块，最多支持两个后I/O模块，因此可通过插入更多的模块扩展整个系统；同时，机箱预留可扩展接口，满足系统的最高需求。

2)DBF组合系统内部处理方案可扩展性，当前硬件设计可支持DBF模块之间级联处理(参见图2)或者DBF模块之间按照二级DBF方式处理(参见图3)两种方案。具体地，

级联处理方案在实现上，首先外部的多路光纤数据同步进入到DBF组合系统内的多个DBF模块，多个DBF模块开始模块内多路回波数据的合成处理；当模块内部的处理完成后，上一个DBF模块将处理结果传输给相邻的下一个DBF模块，对应的下一个DBF模块等待上一个DBF模块数据到来后开始模块之间的波束合成；依次处理，直到最后一个DBF模块处理完成后将结果通过光纤输出。

二级处理方案是将其中一个DBF模块作为二级处理单元，其他所有DBF模块作为一级处理单元，各一级处理单元的结果全部输出到二级处理单元，最终在二级处理单元完成后将结果通过光纤输出。

两种方案各有利弊：DBF级联方案可以最大化利用所有的DBF模块，可支持最多96*n路光纤输入，但这种方案延迟会随着DBF模块数量增大而线性增加；DBF二级处理方案的延迟固定且延迟量较小，和DBF数量不相关，针对延迟要求较高的应用可以采用此方案，但该方案会有一个DBF模块用于二级处理，支持输入光纤数据量相对级联会少96路。

3)DBF组合系统可支持多个系统设备之间的级联(参见图5)，可应用到更庞大的系统中使用。系统间级联方式带来的延迟量，同样会随着级联组合数量的增大而线性增加。

Claims (6)

1.一种可扩展的DBF组合系统，其特征是：包括VPX架构的机箱，在机箱内安装有负责完成各模块间互联功能的背板模块，在背板模块上安装有一个负责完成对整个系统的控制、权值下发和数据快视功能的主控模块，在背板模块上还安装有多个负责完成回波数据的波束合成处理功能的DBF模块，在背板模块上还安装有一个负责完成本组合系统与外部系统接口互联功能的后I/O模块；主控模块通过后I/O模块具有用于支持多路时钟、同步、触发信号输入输出的多路光纤接口，每个DBF模块具有用于接收前端回波信号的多路光纤输入接口、用于DBF组合系统之间级联的多路板间光纤输入输出接口以及用于DBF模块之间级联的多路模块间光纤输入输出接口。

2.如权利要求1所述的可扩展的DBF组合系统，其特征是：各DBF模块均通过背板模块和后I/O模块获取数据输入，上一DBF模块的模块间光纤输入输出接口与下一DBF模块的模块间光纤输入输出接口连接，最后一个的DBF模块的模块间光纤输出接口作为本DBF组合系统的输出。

3.如权利要求1所述的可扩展的DBF组合系统，其特征是：各DBF模块中有一个作为二级处理模块，其它DBF模块作为一级处理模块；作为一级处理模块的各DBF模块均通过背板模块和后I/O模块获取数据输入，且各DBF模块的模块间光纤输入输出接口均与作为二级处理模块的DBF模块的模块间光纤输入输出接口连接，作为二级处理模块的DBF模块的模块间光纤输出接口作为本DBF组合系统的输出。

4.如权利要求2或3所述的可扩展的DBF组合系统，其特征是：每个DBF模块各自由四个FPGA芯片搭建而成，其中一个FPGA芯片作为本DBF模块的控制单元以及本DBF模块的二级处理单元，其它三个FPGA芯片作为一级处理单元，各一级处理单元处理的数据发送给二级处理单元，二级处理单元处理后将数据发送给下一级DBF模块。

5.如权利要求2或3所述的可扩展的DBF组合系统，其特征是：主控模块通过后I/O模块具有的用于支持多路时钟、同步、触发信号的输入输出光纤接口数量为4路。

6.如权利要求5所述的可扩展的DBF组合系统，其特征是：每个DBF模块具有的用于接收前端回波信号的光纤输入接口数量为96路，具有的用于DBF组合系统之间级联的板间光纤输入输出接口数量为12路，具有的用于DBF模块之间级联的模块间光纤输入输出接口的数量为8路。

Images