大规模子阵化数字阵列多通道同步采样系统技术方案

本发明专利技术公开的一种大规模子阵化数字阵列多通道同步采样系统，复杂度低，同步精度高。本发明专利技术通过下述技术方案予以实现：时频产生设备生成具备固定相位关系的时钟参考信号与同步信号，经电光转换后，经波分复用模块将时钟参考信号与同步信号在同一根光纤中复用，并通过光传输设备将光纤信号拉远传输至天线阵面多个天线子阵内。天线子阵通过解波分复用与光电转换恢复出时钟参考信号与同步信号，时钟单元A接收同步信号并分发至时钟单元B与时延测量单元，时钟单元对同步信号采样产生内部同步信号，在时延测量单元内实现内外部同步信号的时延测量，并将测量结果反馈至同步处理单元，将采样时钟分发至多通道ADC/DAC单元，实现多通道同步采样。道同步采样。

【技术实现步骤摘要】
大规模子阵化数字阵列多通道同步采样系统


[0001]本专利技术属于飞行器测控通信、雷达领域，具体涉及到一种大规模子阵化数字阵列(成千上万个阵元通道)，多通道同步采样系统。
技术背景
[0002]随着我国航天事业的发展，日益增多的航天发射任务和大量在轨运行的测绘、气象、通信、导航和遥感卫星导致航天测控任务量激增，大规模阵列天线可以大幅度提高通信系统性能。然而，这种系统的实现依赖于采用合适的技术来校正电路和时频信号分发引起的畸变效应。另一方面，在大阵列成像雷达、相控阵雷达、分布式雷达系统中,由于存在多发射接收通道,接收信号需进行相参处理,信号带宽大,脉冲重复频率高等特点,因此需要其数据采集系统具有多通道同步数据采集和高速采集、传输和存储的能力。
[0003]目前大规模相控阵测控通信、雷达等系统的多个阵元的阵列信号处理算法，尤其是现在的许多高分辨方法都是基于多个通道阵元数字化的基础上，并且对多个通道数据的相位一致性要求很高，因此工程上需要对阵列多个通道的模拟信号进行同步采样。阵列信号采集的采样率、采样精度、同步性能关系到空域信息的质量。阵列信号的获取主要包括模拟信号的预处理和各通道信号的同步采集，其中，同步采集的量化位数、同步精度与阵列信号的质量密切相关。随着阵列数字信号处理技术的发展，单通道模数转换器(ADC)、数模转换器(DAC)采样已不能满足测控、通讯、雷达、等行业需求，这促进了大规模、分布式多通道高速ADC、DAC同步采样技术的长足发展与进步。这项技术面临的最大挑战除ADC、DAC的采样速度和接口速度匹配，还有如何控制这些先进的ADC同步采样、同步传输、同步存储以及数据重构等。造成大规模数字阵列多通道间的采样不同步，引起的相位和延时误差将严重影响大规模天线阵列的合成性能和工程可实现性。基于DSP与CPLD的多通道同步数据采集与处理系统,系统分为多通道同步数据采集模块和DSP数据处理模块。
[0004]多通道同步采样方法多采用基于同步触发的方式，目前国内外ADC/DAC芯片标准JESD204B接口均具备同步信号输入接口，基于同步协议机制与同步信号的分发，可实现多片ADC/DAC芯片的同步采样处理，但是该方法需要保证一个严格对齐的同步信号传输给多片ADC/DAC芯片，易受外界环境的变化、同步信号传输长度的影响，常常用来做单信号处理板的多片ADC/DAC芯片的处理，针对大规模阵列的分布式同步不再适用。
[0005]随着阵列信号处理的高带宽、高分辨方法的发展和广泛应用，对多通道阵列信号处理系统的实时处理的要求也越来越高。并且随着高速数字信号处理器DSP、高性能ADC以及可编程逻辑阵列FPGA和CPLD等逻辑控制器件的发展，多通道同步采集系统与处理器的连接方式也有很多的连接方式。不同的连接方式和控制方法，实现了多通道同步采集系统与多处理器结构的数据实时传输和处理。这种方案的主要优点在于可以保持各个通道数据的绝对同步，并且功耗相对后一种方法较低，但是这种方案电路连线会增加，电路复杂，软件设计较复杂，并且比较费时。早期多通道同步采样方法只适用于通道较少的情况，而且时钟源功率要求较大，同步精度不高，调试需要矢量分析网络、高精度等相电缆，调试维护工作
量较大，遇到差分时钟要求的ADC器件，还需使用类似ADT1－1WT等射频变压器转换。由于射频变压器的个体差异，各通道原本同步的时钟会再次失配。延迟可能受外界因素的影响，系统中的不确定性延迟使得在1个LFMC周期内实现LMFC的对齐变得更为困难。比如电压和温度变化，以及特定器件工艺变化。这种不精确性会叠加，可能导致ADC和DAC无法忍受的时序偏差，而高频时需要对其时钟信号进行同步。
[0006]目前，针对小规模数字阵列，可通过严格控制阵列前端采样通道所需的参考时钟同步分发，或者通过对设备进行开机校准自检等方式来保证天线阵列的合成能力，修正阵列前端不同步带来的误差。然而，针对成千上万个阵元多通道的大规模阵列，采用基于子阵化的实现架构，天线子阵间相互独立，且天线子阵与中央处理设备距离较远，如何实现分布式天线子阵内、子阵间时频信号的同步分发，多通道同步采样如何保证，在设备工作过程中如何实现检测闭环同步性能，目前尚无一套系统的解决方案。

技术实现思路

[0007]为了解决大规模数字阵列子阵内与子阵间成千上万个通道同步采样的问题，本专利技术的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种可对同步性能实时监测与调整，提升大规模子阵化数字阵列系统工作可靠性，降低大规模数字阵列设备实现复杂度，同步精度高的大规模子阵化数字阵列多通道同步采样系统，以解决大规模数字阵列信号处理中多通道同步采样和大数据量的高速实时处理的问题。
[0008]本专利技术的上述目的可以通过下述技术方案予以实现，一种大规模子阵化数字阵列多通道同步采样系统，包括：顺次串联的时频产生单元1、电光转换模块2、波分复用模块3和光传输设备4，光传输设备4分别连接的天线子阵N与天线子阵I,其特征在于：光传输设备4通过天线阵列N连接同步处理单元11，通过解波分复用模块5顺次连接光电转换模块6、时钟单元A7、时钟单元B8、时延测量单元9，多通道ADC/DAC单元10和同步处理单元11，时频产生设备1生成具备固定相位关系的时钟参考信号Clk_Ref与同步信号Sync，经电光转换模块2完成时钟参考信号Clk_Ref与同步信号Sync的电信号到光信号的转换，并经波分复用模块3将时钟参考信号Clk_Ref与同步信号Sync在同一根光纤中复用，通过光传输设备4将光纤信号拉远传输至大规模数字阵列前端不同的子阵内，天线子阵内通过解波分复用模块5与光电转换恢6复出时钟参考信号Clk_Ref与同步信号Sync，时钟单元A7将接收到的同步信号Sync分发至时钟单元B8与时延测量单元9直接对从天线下来的信号进行信号调理并数字化采样，时钟单元B8接收时钟参考信号Clk_Ref，并对同步信号Sync采样，产生内部同步信号，在时延测量单元9内实现外部和内部同步信号的时延测量，将测量结果反馈至同步处理单元11，将测量结果反馈至天线子阵N与天线子阵I,，通过时钟单元A7实现同步信号对外输出的时延调整，通过多时钟单元B8闭环并联回路的多次测量，选取时钟逻辑进行测量比较与调整时钟参考信号号Clk_Ref，对同步信号Sync进行稳定采样，最终将产生的内部同步信号Sync，采样时钟的采样数据分配传递给后端的分发至多通道ADC/DAC单元10，实现大规模数字阵列的多通道同步采样。
[0009]本专利技术相对于现技术具有以下的有益效果：本专利技术针对成千上万个阵元多通道的大规模阵列，采用顺次串联的时频产生单元1、电光转换模块2、波分复用模块3和光传输设备4，光传输设备4分别连接的天线子阵N与天
线子阵I,通过解波分复用模块5顺次连接光电转换模块6、时钟单元A7、时钟单元B8、时延测量单元9，多通道ADC/DAC单元10和同步处理单元11，不仅体积小、重量轻、功耗低、工作频带宽，而且设计一致性好、扩展能力强、生产调试方便、阵元间同步性能微调能力突出。时频产生设备1生成具备固定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大规模子阵化数字阵列多通道同步采样系统，包括：顺次串联的时频产生单元1、电光转换模块2、波分复用模块3和光传输设备4，光传输设备4分别连接的天线子阵N与天线子阵I,其特征在于：光传输设备4通过天线阵列N连接同步处理单元11，通过解波分复用模块5顺次连接光电转换模块6、时钟单元A7、时钟单元B8、时延测量单元9，多通道ADC/DAC单元10和同步处理单元11，时频产生设备1生成具备固定相位关系的时钟参考信号Clk_Ref与同步信号Sync，经电光转换模块2完成时钟参考信号Clk_Ref与同步信号Sync的电信号到光信号的转换，并经波分复用模块3将时钟参考信号Clk_Ref与同步信号Sync在同一根光纤中复用，通过光传输设备4将光纤信号拉远传输至大规模数字阵列前端不同的子阵内，天线子阵内通过解波分复用模块5与光电转换恢6复出时钟参考信号Clk_Ref与同步信号Sync，时钟单元A7将接收到的同步信号Sync分发至时钟单元B8与时延测量单元9直接对从天线下来的信号进行信号调理并数字化采样，时钟单元B8接收时钟参考信号Clk_Ref，并对同步信号Sync采样，产生内部同步信号，在时延测量单元9内实现外部和内部同步信号的时延测量，将测量结果反馈至同步处理单元11，将测量结果反馈至天线子阵N与天线子阵I,，通过时钟单元A7实现同步信号对外输出的时延调整，通过多时钟单元B8闭环并联回路的多次测量，选取时钟逻辑进行测量比较与调整时钟参考信号号Clk_Ref，对同步信号Sync进行稳定采样，最终将产生的内部同步信号Sync，采样时钟的采样数据分配传递给后端的分发至多通道ADC/DAC单元10，实现大规模数字阵列的多通道同步采样。2.如权利要求1所述的大规模子阵化数字阵列多通道同步采样系统，其特征在于：时钟单元A7具备同步信号分发与输出时延调整功能，在单板中为ADC/DAC及其外部接口提供高精度的同步时钟，用于大规模分布式ADC/DAC的组阵。3.如权利要求1所述的大规模子阵化数字阵列多通道同步采样系统，其特征在于：时频产生设备1生产的时钟参考信号(Clk_Ref)与同步信号(Sync)在时序上具备固定的相位关系，且重新上电后该相...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘田，周文涛，曾富华，扈景召，
申请(专利权)人：西南电子技术研究所中国电子科技集团公司第十研究所，
类型：发明
国别省市：