本發(fā)明涉及雷達(dá)模擬信號(hào)采集及傳輸領(lǐng)域，尤其涉及一種雷達(dá)模擬信號(hào)采集及高速大帶寬數(shù)據(jù)傳輸方法。

背景技術(shù)：

當(dāng)前，雷達(dá)技術(shù)得到了迅速發(fā)展，雷達(dá)已成功應(yīng)用于海陸空的各種領(lǐng)域，其不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的探測(cè)、定位和跟蹤，還可以應(yīng)用于大地測(cè)繪、地形回避、導(dǎo)航、氣象觀察、航空管制等領(lǐng)域。

雷達(dá)系統(tǒng)主要是通過(guò)提出和處理目標(biāo)回波信號(hào)的相關(guān)信息來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的定位、探測(cè)和跟蹤。在現(xiàn)代雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別過(guò)程中，為了準(zhǔn)確提取和處理目標(biāo)信息，大量的雷達(dá)視頻回波數(shù)據(jù)需要采集以便對(duì)目標(biāo)回波信號(hào)的各種特性進(jìn)行分析和研究。雷達(dá)系統(tǒng)中的接收機(jī)常把其接收到的射頻回波信號(hào)變化為中頻信號(hào)，然后再對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換。采用中頻數(shù)字化接收機(jī)的雷達(dá)系統(tǒng)，其通過(guò)天線接收到的射頻回波信號(hào)經(jīng)過(guò)中頻數(shù)字化接收機(jī)處理后，就可以獲得數(shù)據(jù)流，并通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行分析處理。由于中頻數(shù)字化接收機(jī)輸出的信號(hào)傳輸速率高、數(shù)據(jù)量龐大，使得數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)必須具備高速、大容量的特點(diǎn)，因此高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)是雷達(dá)通信領(lǐng)域中不可或缺的部分。同時(shí)高速、可靠的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)也會(huì)方便后續(xù)的數(shù)據(jù)處理，從而節(jié)省大量的資金、時(shí)間和人力資源。

數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析、處理系統(tǒng)之間起著重要的橋梁連接作用，其主要是通過(guò)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口對(duì)接，將采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)分析、處理系統(tǒng)的要求規(guī)則進(jìn)行整理，并最終通過(guò)一定通信方式將數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)分析、處理系統(tǒng)。隨著電子技術(shù)的蓬勃發(fā)展，各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?shù)據(jù)傳輸速率的要求越來(lái)越高，尤其是一些需要在極短時(shí)間內(nèi)完成大量數(shù)據(jù)采集、測(cè)試，進(jìn)行實(shí)時(shí)處理的應(yīng)用場(chǎng)合，對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸速度和接口形式提出了非常高的要求，高性能數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的研究日益顯著。

中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利《一種基于VPX平臺(tái)的雷達(dá)信號(hào)波分復(fù)用模塊設(shè)計(jì)方法》（申請(qǐng)?zhí)枮镃N201510359152.5）公開(kāi)了一種相控陣?yán)走_(dá)波分復(fù)用傳輸技術(shù)，其具體操作步驟為：接收相控陣?yán)走_(dá)產(chǎn)生的多路數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)電光轉(zhuǎn)換電路輸出多路粗波分單模光信號(hào)，經(jīng)過(guò)屏蔽模塊抑制電磁干擾以及通道間的串?dāng)_，再經(jīng)合波器形成單路粗波分復(fù)用光信號(hào)，經(jīng)過(guò)光滑環(huán)轉(zhuǎn)接進(jìn)入信號(hào)處理機(jī)箱，通過(guò)分波器首先將單路復(fù)用光信號(hào)轉(zhuǎn)換為多路不同的單模光信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)中繼、放大電路提高光功率，再經(jīng)光電轉(zhuǎn)換電路輸出多路CML電平信號(hào)傳輸至信號(hào)處理模塊。

該專(zhuān)利僅僅設(shè)計(jì)了一種使用波分復(fù)用傳輸多路數(shù)字信號(hào)的方法，并沒(méi)有考慮相控陣?yán)走_(dá)大帶寬的數(shù)據(jù)傳輸要求，而且沒(méi)辦法保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確度。

當(dāng)前數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的高性能要求主要表現(xiàn)如下：（1）在傳輸速率方面，其要求越來(lái)越高。2002年到2008年之間，美國(guó)NASA所設(shè)計(jì)的飛行器設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸速率從150Mbps迅速增長(zhǎng)到800Mbps，并且初步預(yù)計(jì)將在2020年，其數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)到100Gbps；（2）在數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量方面，其要求越來(lái)越高，傳輸系統(tǒng)在傳輸過(guò)程中要求具備強(qiáng)大的糾錯(cuò)能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種雷達(dá)模擬信號(hào)采集及高速大帶寬數(shù)據(jù)傳輸方法。本發(fā)明的方法包括A/D模塊處理、復(fù)接1處理、分接處理、復(fù)接2處理和波分復(fù)用等步驟，實(shí)現(xiàn)了可以實(shí)時(shí)高速采集和傳輸分布在不同系統(tǒng)和不同工作地點(diǎn)的模擬信號(hào)的發(fā)明目的，本發(fā)明的方法具有數(shù)據(jù)量大、傳輸速率高、傳輸不易出錯(cuò)等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種雷達(dá)模擬信號(hào)采集及高速大帶寬數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于：順序包括如下步驟：

步驟一、A/D模塊處理步驟：M個(gè)A/D模塊分成S組完成雷達(dá)中頻數(shù)據(jù)的A/D轉(zhuǎn)換，每組N個(gè)的I/Q數(shù)據(jù)流，S個(gè)組每組N個(gè)的I/Q數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)電光轉(zhuǎn)換處理后由光纖傳給步驟二，其中N=M/S，M大于等于1，S大于等于1；

步驟二、復(fù)接1處理步驟：將步驟一送入的S個(gè)組每組N個(gè)的光信號(hào)在復(fù)接芯片中進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換處理后進(jìn)行復(fù)接處理后，形成S路光信號(hào)傳給步驟三；

步驟三、分接處理步驟：將步驟二送入的S路光信號(hào)在分接芯片中進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換、分接處理得到S組每組N個(gè)共M個(gè)工作通道的數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，步驟三中M，N，S與步驟一中相同；

步驟四、復(fù)接2處理步驟：將步驟三送入的S組每組N個(gè)共M個(gè)工作通道的數(shù)據(jù)添加信息后在復(fù)接芯片中進(jìn)行復(fù)接2處理；處理完成后的數(shù)據(jù)通過(guò)電光轉(zhuǎn)換得到P路光信號(hào)送給步驟五； P大于等于2；

步驟五、波分復(fù)用步驟：將步驟四的送入的P路光信號(hào)通過(guò)波分復(fù)用方式轉(zhuǎn)換成1路光信號(hào)送給后端處理。

根據(jù)如上所述的雷達(dá)模擬信號(hào)采集及高速大帶寬數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于：所述的復(fù)接1和復(fù)接2采用定幀長(zhǎng)數(shù)據(jù)復(fù)分接技術(shù)：在復(fù)接端將同一段時(shí)間內(nèi)收到的各路數(shù)據(jù)采用時(shí)分復(fù)用方式復(fù)接成等長(zhǎng)的一幀；在分接端根據(jù)幀頭的位置將幀中對(duì)應(yīng)位置的數(shù)據(jù)分別恢復(fù)成原來(lái)的數(shù)據(jù)后輸出。

根據(jù)如上所述的雷達(dá)模擬信號(hào)采集及高速大帶寬數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于：所述步驟一中采用M個(gè)A/D模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

本發(fā)明的有益效果是：一是可實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)率的傳輸，最終可達(dá)10Gbps信號(hào)的傳輸；二是可實(shí)現(xiàn)對(duì)分布在不同系統(tǒng)的A/D模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和高速傳輸，便于分布式雷達(dá)的設(shè)計(jì)處理和實(shí)現(xiàn)；三是解決了集成多路A/D轉(zhuǎn)化模塊存在的數(shù)據(jù)傳輸易出錯(cuò)，而且沒(méi)有容錯(cuò)性，選取處理通道難等問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明流程框圖；

圖2為A/D模塊處理步驟示意圖；

圖3為復(fù)接1處理步驟示意圖；

圖4為分接處理步驟示意圖；

圖5為復(fù)接2處理步驟示意圖；

圖6為波分復(fù)用步驟示意圖；

圖7為實(shí)施例A/D模塊硬件示意圖；

圖8為實(shí)施例光纖多功能板硬件示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本發(fā)明順序包括A/D模塊處理步驟、復(fù)接1處理步驟、分接處理步驟、復(fù)接2處理步驟、波分復(fù)用步驟。

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例是以某型相控陣?yán)走_(dá)為例：

一．A/D模塊處理步驟：

30個(gè)A/D模塊分成3組完成雷達(dá)中頻信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換，經(jīng)兩級(jí)數(shù)字下變頻及抽取濾波處理后插入幀頭、標(biāo)識(shí)字等信息后得到3組每組10個(gè)的I/Q數(shù)據(jù)流，3組每組10個(gè)的I/Q數(shù)據(jù)流進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換、電光轉(zhuǎn)換后由光纖傳給步驟二。

實(shí)施例的A/D模塊硬件框圖如圖7所示。其中FPGA芯片采用Altera公司Arria Ⅱ GX系列產(chǎn)品，型號(hào)為EP2AGX125EF35I5； EP2AGX125EF35I5具有12個(gè)高速串行編碼器、118143個(gè)LEs、6570Kbit存儲(chǔ)空間、576個(gè)18 bit×18 bit的乘法器、6個(gè)鎖相環(huán)和32個(gè)高速LVDS收發(fā)器。

本發(fā)明最好采用M個(gè)A/D模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。并將A/D模塊進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)處理，這樣可以解決傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用一塊A/D板集成多路A/D存在的數(shù)據(jù)傳輸易出錯(cuò)，而且沒(méi)有容錯(cuò)性，選取處理通道難等問(wèn)題。并且，便于采集分布在不同系統(tǒng)的A/D模塊數(shù)據(jù)，便于分布式雷達(dá)的設(shè)計(jì)處理。

二．復(fù)接1處理步驟：

將步驟一送入的3組每組10個(gè)的I/Q數(shù)據(jù)的光信號(hào)在FPGA中進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換等處理后進(jìn)行復(fù)接1處理。

具體為將1至10路A/D模塊送入的光信號(hào)在FPGA1中進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換、串并轉(zhuǎn)換處理后得到10路192Mbps的數(shù)據(jù)送給FPGA2，在FPGA2中進(jìn)行復(fù)接1處理后，經(jīng)并串轉(zhuǎn)換、電光轉(zhuǎn)換后成為1路2.56Gbps的光信號(hào)。將11至20路A/D模塊送入的光信號(hào)在FPGA1中進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換、串并轉(zhuǎn)換處理后得到10路192Mbps的數(shù)據(jù)送給FPGA2，在FPGA2中進(jìn)行復(fù)接1處理后，經(jīng)并串轉(zhuǎn)換、電光轉(zhuǎn)換后成為1路2.56Gbps的光信號(hào)；將21至30路A/D模塊送入的光信號(hào)在FPGA1中進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換、串并轉(zhuǎn)換處理后得到10路192Mbps的數(shù)據(jù)送給FPGA2，在FPGA2中進(jìn)行復(fù)接1處理后，經(jīng)并串轉(zhuǎn)換、電光轉(zhuǎn)換后成為1路2.56Gbps的光信號(hào)。其中復(fù)接時(shí)鐘為128MHz，復(fù)接幀所占的時(shí)間長(zhǎng)1μs。復(fù)接幀長(zhǎng)為128個(gè)16bit。

實(shí)施例的復(fù)接1處理由實(shí)現(xiàn)，光纖多功能板硬件框圖如圖8所示。主要由FPGA、DSP、ARM與光模塊等組成，除實(shí)現(xiàn)高帶寬的數(shù)據(jù)傳輸外，本身也具有比較強(qiáng)的處理能力。光纖多功能板主要包換2片Altera公司Arria Ⅱ GX系列FPGA，型號(hào)為EP2AGX125EF35I5；2片ADI公司的TigerSharc系列DSP，型號(hào)為T(mén)S201；1片NXP公司的ARM芯片，型號(hào)為L(zhǎng)PC2292。TS201是ADI公司性能最好的高速浮點(diǎn)DSP，600M主頻、雙核，用以滿(mǎn)足大量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)要求。

三．分接處理步驟：

將步驟二送入的3個(gè)組每組10個(gè)的光信號(hào)在FPGA2中進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換、分接處理后得到30路4Mbps*48bit的數(shù)據(jù)進(jìn)行脈沖壓縮處理。實(shí)施例的分接處理也由光纖多功能板實(shí)現(xiàn)。

四．復(fù)接2處理步驟：

將步驟三送入的30路4Mbps*48bit的脈壓數(shù)據(jù)在FPGA2中添加幀頭信息后進(jìn)行復(fù)接2處理。處理完成后的數(shù)據(jù)通過(guò)電光轉(zhuǎn)換得到4路2.56Gbps光信號(hào)送給步驟五。復(fù)接時(shí)鐘為128MHz，復(fù)接幀所占的時(shí)間長(zhǎng)1μs。復(fù)接幀長(zhǎng)為128個(gè)16bit。

實(shí)施例的復(fù)接2處理也由光纖多功能板實(shí)現(xiàn)。

五．波分復(fù)用步驟：

將步驟四的送入的4路波長(zhǎng)分別為1530nm、1550nm、1570nm、1590nm的4路2.56Gbps光信號(hào)通過(guò)多路光纖的波分復(fù)用可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)10Gbps信號(hào)的傳輸。1路10Gbps光信號(hào)送給后端的光纖旋轉(zhuǎn)連接器。

實(shí)施例中采用中航光電科技股份有限公司的1分16波分復(fù)用器CWDM1310～1610-FC*16FC-F1。其技術(shù)指標(biāo)如下：

a) 復(fù)用通道：16個(gè)；

b) 中心波長(zhǎng)：1310～1610 nm（相鄰波長(zhǎng)間隔20nm）；

c) 插入損耗：≤3.7 dB；

d) 使用溫度：－40°C ～ +85 °C。

采用波分復(fù)用方式可以將多路光信號(hào)轉(zhuǎn)換成1路光信號(hào)，一是可以解決雷大后端某些器件如光纖旋轉(zhuǎn)連接器只允許一路光纖傳輸?shù)膯?wèn)題，二是可以解決雷達(dá)數(shù)據(jù)傳輸中存在的高速率信號(hào)傳輸難、易出錯(cuò)等問(wèn)題，實(shí)施例可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)10Gbps信號(hào)的傳輸。

本發(fā)明的復(fù)接1和復(fù)接2可以采用定幀長(zhǎng)數(shù)據(jù)復(fù)分接技術(shù)，在FPGA中實(shí)現(xiàn)。在復(fù)接端將同一段時(shí)間內(nèi)收到的各路數(shù)據(jù)采用時(shí)分復(fù)用方式復(fù)接成等長(zhǎng)的一幀；在分接端根據(jù)幀頭的位置將幀中對(duì)應(yīng)位置的數(shù)據(jù)分別恢復(fù)成原來(lái)的數(shù)據(jù)后輸出。現(xiàn)有FPGA工藝已經(jīng)可以保證單通道2.5Gpbs以上的光纖通信。

當(dāng)然，本發(fā)明還可以有其他多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出相應(yīng)的改變和變形。