CN113466808B - 一种雷达回波叠加中频模拟数据的多基准同步方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及雷达领域，尤其涉及一种雷达回波叠加中频模拟数据的高实时异步光纤数据多基准切换同步方法，包括：(1)以先到数据帧头标志结合数据唯一同步标志为基准测后到数据的时延差；(2)以帧尾标志为基准对FIFO同步复位以缓存完整报文数据；(3)以最大延时差为基准实现同步读取；(4)以主要数据为基准调整模拟回波的零距、幅值；(5)以主要数据为基准缓存其报文参数并设定IQ数据的异常值叠加保护。该方法解决了因时钟不同源、纳秒级延时差难以测量、回波幅度距离不匹配等造成雷达回波和中频模拟数据难以实现同步叠加的难题。

Description

一种雷达回波叠加中频模拟数据的多基准同步方法

技术领域

本发明涉及雷达技术领域。

背景技术

随着相控阵雷达技术的不断发展，对装备性能的完备性提出了较高要求。相控阵雷达目标回波模拟技术解决了雷达研制初期在不具备发射前端的情况下，对雷达后端各分系统的功能进行验证，同时又能够对其整体性能进行评估分析，为雷达系统的研究、设计和验证节省了大量的费用，加快研制过程，成为雷达系统分析、设计、试验、评估等各个方面的重要技术手段。

但传统的雷达工作状态将雷达回波和模拟回波数据独立分开送给雷达后端进行处理。难以将雷达回波和模拟回波光纤数据的同步叠加，实现基于回波基础上可自设叠加模拟目标及设定杂波/干扰模拟扇区的功能。主要难点在于：(1)时钟不同源；(2)高精度纳秒级的光纤传输时延差难以确定；(3)回波零距/幅度不配；(4)缺少能够实现回波与模拟回波两路异步数据同步叠加输出的手段。

发明内容

本发明提供了一种雷达回波叠加中频模拟数据的多基准同步方法。雷达回波数据和中频模拟回波数据起初受控于相同的雷达波控参数触发。波控参数在经上行发射(包括雷达时序固有延时、TR移相、D/A、上变频、功率放大、辐射)、下行接收(T/R接收、低噪放、下变频、滤波、A/D、幅相修正、DBF合成)、数据传输的时延不确定情况下，得到雷达回波数据。波控参数在经模拟目标数据产生、杂波生成、干扰生成、回波叠加、数据传输后得到雷达中频模拟回波数据。若实现雷达回波IQ数据叠加中频模拟回波IQ数据，需要将两路异步光纤链路数据进行同步处理，设定唯一同步基准完成对跨时钟域异步数据的高精度时延差测试，基于多同步基准切换实现高实时异步数据条件下IQ数据的综合输出。

本发明采用的技术方案是：

一种雷达回波叠加中频模拟数据的多基准同步方法，包括光纤链路超时延测试方法、高实时异步数据同步基准、以主要数据为基准完成对异常数据的叠加保护功能。步骤如下：

S1，接收两路异步光纤数据，经FIFO做时钟同源处理；

S2，基于先到基准进行计时清0计数，后到基准计时锁存，多次测量测链路传输最大延时；

S3，以帧尾为同步基准做FIFO缓存的同步复位使能，以保证存储的光纤数据报文完整；先到数据以S2最大延时作为同步基准，实现两路光纤数据的FIFO同步读取；

S4，以回波数据为优先同步基准，将中频模拟回波数据的IQ数据做零距、幅度调整；

S5，考虑数据饱和、空闲码字、虚接断路等情形，进行异常值保护情形下的信号综合输出。

进一步的，所述步骤S1包括：

(1)接收1路雷达回波和1路中频模拟回波的光纤IQ数据，两路光纤数据时钟不同源，报文格式一致，均由报文参数和IQ数据组成，记为A1、B1；

(2)设定报文参数标志及数据唯一同步基准，包括报文开始标志flag_start，报文结束标志flag_end，数据唯一同步基准flag_same；

(3)将A1、B1数据同时进入相同的FIFO1做时钟同源处理，输出后，得到A2、B2。

更进一步的，所述步骤S2包括：

(1)基于先到基准B₂数据，解析flag_start，检测到flag_same进行计时清0计数；

(2)基于后到基准A₂数据，解析flag_start，检测到flag_same，则计数器锁存并触发锁存脉冲，用ChipScope软件触发此脉冲，采集到延时差，计时为T₁；

(3)进行雷达定向或旋转等不同工作状态下场景下的M次延时性测试，测试结果：假如A₂比B₂慢，以下均保持此假设条件，测量时延差为{T₁,T₂,…T_M}；

(4)设定最大延时差为Timedelay_max＝max{T₁,T₂,…T_M}。

更进一步的，所述步骤S3包括：

(1)将A₂、B₂数据同时进入相同的FIFO2，设定其复位基准均为flag_end，以保证每个周期的光纤数据都是完整的报文；

(2)设置FIFO2的存储深度为Fifo_depth＝N*Timedelay_max，N为大于2的整数，确保缓存大小能够维持数据同步条件；

(3)设置同步读取标志，以B₂为基准，当B₂存储数据数达(N-1)*Timedelay_max，则让两个FIFO2的读取使能有效；

(4)同步读取，同步读取FIFO2分别得到数据A₃、B₃。

更进一步的，所述步骤S4包括：

(1)报文参数及IQ数据分开存储：将B3的报文参数进行存储保留为Head，A₃、B₃的IQ数据分别存储成A₄、B₄；

(2)零距/幅度调节：以A₄为基准，修正B₄做距离/幅度修正；

(3)IQ数据对齐：将A₄、B₄按照距离单元对齐处理。

更进一步的，所述步骤S5包括：

(1)异常值保护：若检测到A₄或B₄在某些距离单元上存在异常，属于以下情形之一的：①叠加后数据达到饱和；②有数据为空闲K码；③B光纤链路虚接断路；则不参与后续叠加，以A₄为基准直接输出；

(2)IQ数据叠加：将A₄和B₄同步叠加得到Data_out；

(3)综合输出：将Head与Data_out时序对准并拼接整合输出。

与现有技术相比，本发明的有益效果有：

(1)采用异常值叠加保护设置，克服异步光纤传输链路的不对称性；

(2)采用回波距离/幅度修正，实现回波与中频模拟回波位置/幅值吻合；

(3)采用FIFO同步复位结合同步基准读取，确保了FIFO存储报文数据的完整性和同步性；

(4)提出了一种基于多同步基准切换的高实时异步光纤数据同步方法，包括：①以先到数据帧头标志结合数据唯一同步标志为基准测后到基准数据的时延差；②以帧尾标志为基准对FIFO同步复位以缓存完整报文数据；③以最大延时差为基准同步读取，确保IQ数据能够同步叠加；④以主要数据为基准调整模拟回波的零距、幅值；⑤以主要数据为基准缓存其报文参数并设定IQ数据的异常值叠加保护。

(5)该发明基于雷达回波背景下，可实现添加不同姿态环境下的中频模拟目标、不同干扰模拟扇区及杂波模拟扇区的功能，对于相控阵雷达回波叠加模拟数据的实现有重要的应用价值。

本发明提出了一种雷达回波叠加中频模拟数据的多基准同步方法，能够满足回波与中频模拟回波两路IQ数据在未知纳秒级别光纤时延、异步时钟、零距不同、幅值不匹配的情况下，实现跨时钟域异步信号的同步叠加功能。下面结合附图和实施例对本发明作进一步的解释说明。

附图说明

附图1是系统实现框图。

附图2是系统实现示意图。

附图3是系统实现具体流程图。

具体实施方式

本发明提出的一种雷达回波叠加中频模拟数据的多基准同步方法，系统实现框如附图1所示，系统实现示意图如附图2所示，实施步骤流程如附图3所示，具体实施例可描述为以下过程：

Step1，接收两路跨时钟域的异步光纤数据，包括回波IQ数据和中频模拟IQ数据，记为A₁、B₁。

Step2，设定报文参数标志及同步基准，包括报文开始标志flag_start，报文结束标志flag_end，数据唯一同步基准flag_same。

Step3，将A₁、B₁数据同时进入相同FIFO做时钟同源处理，得到A₂、B₂。

Step4，基于先到基准B₂数据，解析flag_start，检测到flag_same进行计时清0计数；基于后到基准A₂数据，解析flag_start，检测到flag_same，则触发计数器锁存脉冲，用ChipScope软件触发此脉冲，采集到延时差，计时为T₁；以flag_same作为数据唯一同步基准，进行雷达定向或不同转速旋转场景下的M次延时性测试，测试结果：假如A₂比B₂慢，以下均保持此假设条件，测量时延差为{T₁,T₂,…T_M}；设定最大延时差为Timedelay_max＝max{T₁,T₂,…T_M}。

Step5，将A₂、B₂数据同时进入相同的FIFO2，设定复位基准均为flag_end，以保证每个周期的光纤数据都是完整的报文。

Step6，设置FIFO2的存储深度为Fifo_depth＝N*Timedelay_max，N为大于2的整数，确保缓存大小能够维持数据同步条件。

Step7，同步读取。①设置同步读取标志，以B₂为基准，当B₂存储数据数达(N-1)*Timedelay_max，则让两个FIFO2的读取使能有效。②同步读取。同步读取FIFO2分别得到数据A₃、B₃。

Step8，报文参数及IQ数据分开存储，将B₃的报文参数进行存储保留为Head；A₃和B₃的IQ数据分别存储成A₄、B₄。

Step9，零距/幅值调节。以A₄为基准，修正B₄做距离修正和IQ幅值修正。

Step10，IQ数据对齐。将A₄、B₄按照距离单元对齐处理。

Step11，异常值保护。若检测到A₄或B₄在某些单元上存在异常，属于以下情形之一的：①叠加后数据达到饱和；②有数据为空闲K码；③B光纤链路虚接断路。则不参与后续叠加，以A₄为基准直接输出。

Step12，IQ数据叠加。将A₄和B₄同步叠加得到Data_out。

Step13，信号综合输出。将Head与Data_out时序对准并拼接整合输出。

Claims (6)

1.一种雷达回波叠加中频模拟数据的多基准同步方法，其特征在于：

S1，接收两路异步光纤数据，经FIFO做时钟同源处理；

S2，基于先到基准数据，解析报文开始标志，检测到数据唯一同步基准进行计时清0计数；基于后到基准数据，解析报文开始标志，检测到数据唯一同步基准，则触发计数器锁存脉冲，用ChipScope软件触发此脉冲，采集到延时差；以数据唯一同步基准进行雷达定向或不同转速旋转场景下的延时性测试，得到最大延时差；

S3，同源处理后的数据同时进入相同的FIFO2，设定复位基准均为报文结束标志，以保证每个周期的光纤数据都是完整的报文；以S2得到的最大延时差为基准设置同步读取标志，同步读取FIFO2；

S4，以回波数据为优先同步基准，将中频模拟回波数据的IQ数据做零距/幅度调整；

S5，信号综合输出。

2.根据权利要求1所述的一种雷达回波叠加中频模拟数据的多基准同步方法，其特征在于：所述步骤S1包括：

(1)接收1路雷达回波和1路中频模拟回波的光纤IQ数据，两路光纤数据时钟不同源，报文格式一致，均由报文参数和IQ数据组成，记为A₁、B₁；

(2)设定报文参数标志及数据唯一同步基准，包括报文开始标志flag_start，报文结束标志flag_end，数据唯一同步基准flag_same；

(3)将A₁、B₁数据同时进入相同的FIFO1做时钟同源处理，输出后，得到A₂、B₂。

3.根据权利要求2所述的一种雷达回波叠加中频模拟数据的多基准同步方法，其特征在于：所述步骤S2包括：

(1)基于先到基准B₂数据，解析flag_start，检测到flag_same进行计时清0计数；

(2)基于后到基准A₂数据，解析flag_start，检测到flag_same，则计数器锁存并触发锁存脉冲，用ChipScope软件触发此脉冲，采集到延时差，计时为T₁；

(3)进行雷达定向或旋转的不同工作状态下场景下的M次延时性测试，测试结果：假如A₂比B₂慢，以下均保持此假设条件，测量时延差为{T₁,T₂,..., T_M}；

(4)设定最大延时差为Timedelay_max＝max{T₁,T₂,..., T_M}。

4.根据权利要求3所述的一种雷达回波叠加中频模拟数据的多基准同步方法，其特征在于：所述步骤S3包括：

(1)将A₂、B₂数据同时进入相同的FIFO2，设定其复位基准均为flag_end，以保证每个周期的光纤数据都是完整的报文；

(2)设置FIFO2的存储深度为Fifo_depth＝N*Timedelay_max，N为大于2的整数，确保缓存大小能够维持数据同步条件；

(3)设置同步读取标志，以B₂为基准，当B₂存储数据数达(N-1)*Timedelay_max，则让两个FIFO2的读取使能有效；

(4)同步读取，同步读取FIFO2分别得到数据A₃、B₃。

5.根据权利要求4所述的一种雷达回波叠加中频模拟数据的多基准同步方法，其特征在于：所述步骤S4包括：

(1)报文参数及IQ数据分开存储：将B3的报文参数进行存储保留为Head，A₃、B₃的IQ数据分别存储成A₄、B₄；

(2)零距/幅度调节：以A₄为基准，修正B₄做距离/幅度修正；

(3)IQ数据对齐：将A₄、B₄按照距离单元对齐处理。

6.根据权利要求5所述的一种雷达回波叠加中频模拟数据的多基准同步方法，其特征在于：所述步骤S5包括：

(1)异常值保护：若检测到A₄或B₄在某些距离单元上存在异常，属于以下情形之一的：①叠加后数据达到饱和；②有数据为空闲K码；③B光纤链路虚接断路；则不参与后续叠加，以A₄为基准直接输出；

(2)IQ数据叠加：将A₄和B₄同步叠加得到Data_out；

(3)综合输出：将Head与Data_out时序对准并拼接整合输出。