一種多路緩沖與分時存取的雷達信號傳輸方法與實現

于志偉,李 偉,王平安,郭琳琳

(中國船舶重工集團公司第七二四研究所,南京 211153)

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一種多路緩沖與分時存取的雷達信號傳輸方法與實現

于志偉,李 偉,王平安,郭琳琳

(中國船舶重工集團公司第七二四研究所,南京 211153)

分析了在數字相控陣雷達種類繁多的信號傳輸與交換過程中傳輸管理機制存在的必要性,重點研究了傳輸子模塊和分類子模塊聯合工作來完成操控指令在數據處理與信號處理系統之間的傳輸過程,提出了一種多路緩沖與分時存取方法,并完成了程序設計及工程實現。

相控陣雷達;多路緩沖;分時存取;信號傳輸

0 引 言

相控陣雷達在進行目標探測時,其內部各分系統之間實時進行著種類繁多的操控信息和海量回波數據的交互。這些大容量的信息數據流若沒有統一的安排和管理而直接進行傳輸,一方面會帶來嚴重的硬件資源浪費,另一方面由于數據突發傳輸帶來的擁堵將大大降低分系統信息傳輸效率,導致系統響應變慢。尤其在雷達信號預處理系統與數據處理系統之間,大容量的經過處理的多通道回波信息內容以及數據處理系統對波束的實時調度、對信號處理方式的實時控制等信息交錯緊密耦合傳輸,越來越需要一個傳輸管理機制來對相控陣雷達內部信息分發進行實時管控,從而實現數字相控陣雷達內部的信息在各分系統之間高效有序傳輸。

1 傳輸管理機制組成及工作原理

傳輸管理機制包括傳輸模塊和分類模塊。傳輸模塊負責預處理系統與數據處理系統之間的信號傳輸與接口轉換,通過光纖接收數據處理系統送來的各種操控指令,并翻譯成與雷達其他各分系統相適應的指令協議,通過與各分系統相適應的硬件接口分發給各分系統內部最終作出響應的目的單元,從而有效提高各單元的實時響應能力。分類模塊則對傳輸鏈路中的信息數據進行分類管理,進行組合排序,并打包給傳輸模塊,從而提高信息傳輸效率。本文研究了傳輸管理機制中的傳輸子模塊和分類子模塊相互配合來完成的一種多路緩沖分時存取的雷達信號傳輸方法與實現。傳輸管理模塊要實現與數據處理器PowerPC之間進行RapidIO通信,同時也要實現與數據處理系統進行自定義光纖協議(采用Xilinx RocketIO接口,以下簡稱RocketIO)通信。傳輸管理模塊內部以及與外圍連接示意圖如圖1所示。

圖1 傳輸管理模塊內部以及與外圍連接示意圖

2 多路緩沖與分時存取傳輸方法

分類子模塊接收到數據處理系統的數據信息格式為空閑碼、起始位、標識符、有效數據、校驗位、停止位、空閑碼。每一包有效數據信息的空閑碼、起始位和停止位都相同。校驗位是根據有效數據得到的。標識符和有效數據每一包都不同。這些數據信息有如下特點:

(1) 數據信息種類多,有近百種標識符類型的數據信息;

(2) 各路RocketIO數據信息有可能送往同一目的單元,存在同一時刻到達的情況;

(3) 分類模塊的同一路RocketIO數據信息在不同時刻接收到多種信息命令,并需要通過其他RapidIO和RocketIO接口分發給不同的單元和模塊;

(4) 多個單元同一時刻可能向同一RapidIO地址發送信息;

(5) 每一路RocketIO數據信息到達的時間間隔不定。

鑒于以上特點,當分類子模塊接收到數據信息之后需要做的最為關鍵的兩點就是對這些數據信息進行緩沖和分類。在緩沖的時候有兩種方法可以選擇,一是在分類子模塊內部進行緩沖,二是當分類子模塊接收到數據之后通過內部RocketIO通路直接轉發給傳輸子模塊,通過傳輸子模塊來進行數據緩沖。但是,通過研究分析和實驗證明,采用第1種方法能夠使信號延時更少的周期,同時能夠更加合理地利用每個FPGA的硬件資源。

在分類子模塊收到的近百種數據信息中,可以根據信息的種類分類成監測相關信息、資源調度相關信息、故檢相關信息和其他相關信息。假設數據處理系統與分類子模塊之間有3路RocketIO,所以可以為每一種相關信息配置3個緩沖FIFO。當在RocketIO中檢測到某種信息的時候就把其緩沖到對應的緩沖FIFO中。當監測相關信息通過RocketIO接收通路接收到數據處理系統發來的信息之后,那么FIFO1、FIFO2、FIFO3就分別存放從這3路檢測到的監測相關信息。調度相關信息、故檢相關信息可以用同樣的方法得到各3個FIFO,共9個FIFO。為了留作備用,往往多增加一個FIFO。所以,就通過這種多路緩沖的方法把近百種數據信息簡單的分成了4大類,存放在了10個FIFO中。傳輸子模塊為了高效和準確地讀取分類子模塊各個FIFO中的值,通過其中1路傳輸子模塊與分類子模塊之間的內部RocketIO通路來對分類子模塊定時發送控制信息?？刂菩畔⒅邪颂崛∧骋粋€FIFO的標識符。當分類子模塊收到控制信息標識符時就把相應的FIFO數據通過特定內部RocketIO通路轉發給傳輸子模塊。與傳輸子模塊和分類子模塊相關的數據信息傳輸流程如圖2所示。控制信息的發送時間間隔為20 μs,讀取完全部FIFO耗時200 μs,而數據處理系統發送來的各個數據信息的最小時間間隔是在ms級,所以這種分時讀取方法能夠滿足時間要求。

圖2 多路緩沖分時存取的雷達信號傳輸流程圖

3 程序設計與結果實現

傳輸子模塊和分類子模塊的主程序設計流程分別如圖3、4所示。

圖3 傳輸子模塊主程序設計流程圖

圖4 分類子模塊主程序設計流程圖

在實際應用中可以通過分類子模塊接收到的數據信息來判斷是否接收到有效數據,通過傳輸子模塊接收到的分類子模塊的數據信息來判斷是否緩沖分類正確,通過分類子模塊接收到的傳輸子模塊的控制信息來判斷是否傳輸子模塊給出了正確的控制字,結果如圖5所示。

圖5 分類子模塊接收到的標識符為4F00的有效數據

在數據包中可以看出,B57C為數據處理系統發送來的有效數據的起始位,D59C為結束位,所有報文的起始位和結束位都相同。4F00為標識符。每種報文都有自己固有的標識符,在分類子模塊中可以根據標識符的不同來識別不同種類功能的信息。4F00之后的為有效數據。每個標識符對應的種類數據的有效數據有所不同,在傳輸子模塊接收到的有效數據中開頭就是4F00標識符,之后的為有效數據。

分類子模塊接收到的傳輸子模塊發來的控制信息結果如圖6所示。在數據包中,前面的4個16位數據為數據包的頭,0003對應的為提取FIFO的標識符。此處對應的是提取第3個FIFO信息,在傳輸子模塊中設置計數器,對該位進行循環賦值,間隔固定的時間對分類子模塊中的各個FIFO進行循環讀取?？梢栽趥鬏斪幽K接收到的有效數據中根據有效數據標識符的不同來統計每種類型的數據個數,通過和數據處理系統對比來確認數據在傳輸過程中的丟失概率,同時在數據中可以加入誤碼校驗位來統計數據傳輸過程中的平均誤碼率。

圖6 分類子模塊接收到的傳輸子模塊發來的控制信息

4 結束語

相控陣雷達內部大容量信息傳輸與交互是相控陣雷達設計的一項重要內容。本文提出了一種多路緩沖分時存取的雷達信號傳輸方法。該方法基于傳輸子模塊和分類子模塊相互配合,完成了操控指令信息實時分發的傳輸過程。通過多次實驗和實際應用證明,該傳輸方法時間延遲控制在200 μs之內,在規定的測試時間內無誤碼,滿足實際使用要求。

[1] 林玲,蔣俊,倪明,等.RapidIO在多處理器系統互連中的應用[J].計算機工程,2006,32(4).

[2] 尹亞明,李瓊,郭御風,等.新型高性能RapidIO互連技術研究[J].計算機工程與科學,2004,26(12).

[3] DAVID BUENO, CHRIS CONGER. RapidIO for Radar Processing in Advanced Space Systems[J]. ACM Transactions on Embedded Computing Systems SCI, 2008,7(1).

A radar signal transmission method of multiplex buffer and time division access and implementation

YU Zhi-wei, LI Wei, WANG Ping-an, GUO Lin-lin

(No.724 Research Institute of CSIC, Nanjing 211153)

The necessity of the transmission management mechanism is analyzed in the transmission and exchange of a wide variety of signals for the digital phased array radar. The transmission between the data processing system and the signal processing system is studied emphatically, in which the transmission and classification sub-modules coordinate to complete the real-time distribution of the operation commands. A multiplex buffer and time division access method is proposed, and the program design and the engineering implementation are achieved.

phased array radar; multiplex buffer; time division access; signal transmission

2016-09-20;

2016-10-11

于志偉(1988-),男,助理工程師,碩士,研究方向:波束控制系統;李偉(1982-),男,工程師,研究方向:雷達信號處理與FPGA硬件開發;王平安(1988-),男,助理工程師,碩士,研究方向:雷達信號處理與FPGA硬件開發;郭琳琳(1983-),女,工程師,研究方向:翻譯及科技情報研究。

TN911.7

A

1009-0401(2016)04-0029-03