一種大容量和帶時戳的無線數(shù)據(jù)傳輸采集系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種大容量和帶時戳的無線數(shù)據(jù)傳輸采集系統(tǒng)，屬于時間同步及數(shù)據(jù) 采集技術領域。
【背景技術】
[0002] 脈沖星探測作為未來發(fā)展的關鍵航天技術，需要進行大量地面試驗驗證和在軌飛 行試驗，因此，在研制地面試驗驗證系統(tǒng)中，需要開展X射線脈沖星光子到達時間測量的技 術研究。目前的現(xiàn)有技術有以下幾種：
[0003] 1、美國馬里蘭大學Sheikh等人發(fā)明了一種通過探測脈沖星輻射信號實現(xiàn)導航的 系統(tǒng)和方法(United States Patent 7197381)，發(fā)明中提出精確測量脈沖信號到達時間， 然后與標準脈沖輪廓模板比對，從而得出位置速度信息，但是該發(fā)明中所提到的敏感器裝 置未說明如何實現(xiàn)信號到達時間的精確測量方式方法。
[0004] 2、中國科學院空間科學與應用研究中心李保權等人發(fā)明了一種脈沖星導航X射線 計時探測器(CN201410136387.3)，發(fā)明中考慮了將X射線光信號轉變?yōu)殡娦盘柌⒓由蠒r間 標記，但該發(fā)明尚有以下不足：
[0005] (1)沒有實現(xiàn)I Ons級的精確時間同步以及原子鐘時間維持功能
[0006] (2)沒有實現(xiàn)針對脈沖星信號特征的降噪處理功能
[0007] (3)沒有提及多通道信號同時采集功能
[0008] (4)沒有高速采集數(shù)據(jù)的大容量乒乓存儲功能
[0009 ] (5)沒有實現(xiàn)短時超過IGbps的高速數(shù)據(jù)的無線傳輸功能
[0010] 3、西安電子科技大學李小平等人發(fā)明了"具有高時頻穩(wěn)定度的X射線脈沖星光子 信號地面模擬系統(tǒng)"（CN201210245565.7)，該發(fā)明提及通過電子讀出電路標定以實現(xiàn)計時 觀測和微弱信號處理。但也未提及上述5條。
[0011] 4、西安交通大學徐文權等人發(fā)明了 一種脈沖星頻率信號模擬器 (CN201210243095.0 )，該發(fā)明考慮了 GPS授時模塊，GPS授時模塊輸出的秒脈沖IPPS可以同 步隨機信號發(fā)生器的秒脈沖1PPS，實際上，隨機信號發(fā)生器不具備長時間時鐘精確維持的 功能，一旦沒有GPS信號將造成時鐘漂移過大。西安交通大學孫劍等人發(fā)明了一種基于脈沖 星的時間同步裝置(CN201210243058.X)，考慮了銣原子鐘的信號作為時間基準用于時間間 隔測量，卻沒考慮銣原子鐘本身也存在漂移，需要GPS或者BD等時統(tǒng)基準源進行定期校準和 朔源。
[0012] 5、天津航天機電設備研究所李振新等人發(fā)明了 "一種X射線脈沖星地面捕獲跟蹤 演示系統(tǒng)"（CN201320618436.8)，該發(fā)明考慮了包括綜合控制單元、演示單元、移動平臺、探 測器軌道、光源、光源軌道、模擬探測器、模擬地球、無線傳輸模塊和系統(tǒng)電源的演示系統(tǒng)， 針對移動平臺和探測器軌道之間的旋轉過程中線纜會造成纏繞設計了無線傳輸模塊，但該 發(fā)明僅從X射線脈沖星信號采集真實過程可視化的效果出發(fā)，沒有提及數(shù)據(jù)采集速率以及 無線傳輸機制，由于脈沖到達時間數(shù)據(jù)隨光子流量而定，時而密集，時而稀疏，當數(shù)據(jù)密集 時數(shù)據(jù)容量大，而目前以太網(wǎng)傳輸有IG bps瓶頸限制，必然導致數(shù)據(jù)堵塞和丟包，只有通過 FPGA內部高頻大容量總線(64位~1024位的AXI片內總線)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絉AM中進行緩存，在 這一過程中，還需要采用降噪算法過濾無效數(shù)據(jù)。
[0013] 6、同時，現(xiàn)有的關于脈沖星仿真試驗系統(tǒng)，"X射線脈沖星導航半物理仿真系統(tǒng)" (CN20 1 0 10022035 . 7 )。"一種X射線脈沖星探測器等效器的航天器導航系統(tǒng)" (CN20 10 100 220 35.7)，"基于半導體激光器的X射線脈沖星導航嵌入式模擬系統(tǒng)" (CN20091 0023357 .0 )和"一種用于X射線脈沖星導航的地面模擬方案及裝置" (CN201010140837.8)都欠缺光脈沖信號采集，不能實現(xiàn)物理仿真。另外，迄今為止，國內尚 未有脈沖星探測衛(wèi)星上天發(fā)射，更沒有考慮衛(wèi)星編隊飛行的無線數(shù)據(jù)傳輸，因此，本發(fā)明克 服了以上不足，可以實現(xiàn)在地面對脈沖星導航諸多關鍵技術實現(xiàn)閉環(huán)測試驗證以及未來星 載X射線探測器的大容量高精度時間戳數(shù)據(jù)采集和無線傳輸。

【發(fā)明內容】

[0014] 本發(fā)明的技術解決問題是：克服現(xiàn)有技術的不足，提供了一種衛(wèi)星數(shù)字接口拉偏 驗證系統(tǒng)，實現(xiàn)了高軌通信衛(wèi)星數(shù)字接口的容差測試，增強測試的全面性和準確性。本發(fā)明 從實際工程應用角度，提出一種新型大容量、帶時戳的無線傳輸數(shù)據(jù)采集裝置設計方案，以 滿足利用X射線脈沖星自主導航的地面試驗驗證和未來空間X射線探測器的應用需求。
[0015] 本發(fā)明的技術解決方案是：
[0016] -種大容量和帶時戳的無線數(shù)據(jù)傳輸采集系統(tǒng)包括:時鐘基準子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集 子系統(tǒng)和信號處理子系統(tǒng)；
[0017] 時鐘基準子系統(tǒng)，向信號處理子系統(tǒng)提供時間基準頻率信號;所述時間基準頻率 信號包括晶振信號、原子鐘信號和利用GPS或BD時鐘源校準后的原子鐘信號；
[0018] 數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)，對多路光脈沖信號進行低通濾波后，根據(jù)信號處理子系統(tǒng)發(fā)送 的時序控制邏輯以IGhZ的采樣速率對濾波后的多路光脈沖信號進行實時采集，輸出到信號 處理子系統(tǒng)；
[0019] 信號處理子系統(tǒng)，將時間基準頻率信號進行倍頻處理作為信號處理子系統(tǒng)的基準 時鐘，并根據(jù)基準時鐘對數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)輸出的光脈沖采集信號，進行打時戳標記，然后將 打時戳標記完的數(shù)據(jù)按照一定協(xié)議進行乒乓存儲，最終通過無線傳輸?shù)姆绞綄⒋鎯Φ臄?shù)據(jù) 發(fā)送至用戶終端;信號處理子系統(tǒng)，根據(jù)基準時鐘，產(chǎn)生時序控制邏輯并發(fā)送到數(shù)據(jù)采集子 系統(tǒng)。
[0020] 時鐘基準子系統(tǒng)包括原子鐘、標準源、鑒相器、VCO(壓控振蕩器）、DDS(直接數(shù)字頻 率合成器）、原子鐘控制模塊；
[0021 ]時鐘基準子系統(tǒng)，向信號處理子系統(tǒng)提供時間基準頻率信號;所述時間基準頻率 信號包括晶振信號、原子鐘信號和利用GPS和BD時鐘源校準后的原子鐘信號；
[0022]原子鐘，提供銣鐘或者銫鐘信號到壓控振蕩器和鑒相器，并接收原子鐘控制模塊 反饋的控制信號進行頻率調整；
[0023]標準源，提供GPS或BD時鐘源頻率信號到鑒相器；
[0024]鑒相器，對銣鐘或者銫鐘信號與GPS或BD時鐘源頻率信號進行鑒相比較，輸出相位 信號到原子鐘控制模塊；
[0025] 原子鐘控制模塊，根據(jù)相位信號及其變化率進行PD控制，輸出頻率調整信號到原 子鐘；
[0026] VCO，將銣鐘或者銫鐘信號作為參考源信號，輸出頻率信號到DDS;
[0027] DDS，對VCO輸出的頻率信號進行數(shù)字合成，輸出時間基準頻率信號。
[0028] 數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)包括ADC采樣模塊、低通濾波阻容網(wǎng)絡和多通道數(shù)據(jù)切換開關；
[0029] 低通濾波阻容網(wǎng)絡，對多路光脈沖信號進行低通濾波，并將濾波后的信號輸出到 ADC采樣模塊，同時能夠實現(xiàn)50歐輸入阻抗和IOM歐輸入阻抗的信號切換；
[0030] 多通道數(shù)據(jù)切換開關，根據(jù)信號處理子系統(tǒng)發(fā)送的時序控制邏輯，在多路光脈沖 信號中選擇需要采集的光脈沖信號(可以是多路也可以是任意一路），用于ADC采樣模塊采 集；
[0031] ADC采樣模塊，根據(jù)信號處理子系統(tǒng)發(fā)送的時序控制邏輯以IGhz的采樣速率，對濾 波后的多通道數(shù)據(jù)切換開關選擇的光脈沖信號進行實時采集，并輸出到信號處理子系統(tǒng)。 [0032]信號處理子系統(tǒng)包括FPGA模塊和無線傳輸網(wǎng)絡，其中FPGA模塊又包括倍頻模塊、 數(shù)據(jù)標記模塊、濾波模塊、乒乓控制模塊、第一片內RAM、第二片內RAM、片外RAM和CPU核，如 圖3所示；
[0033]信號處理子系統(tǒng)，將時間基準頻率信號進行倍頻處理作為信號處理子系統(tǒng)的基準 時鐘，并根據(jù)基準時鐘對數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)輸出的光脈沖采集信號，進行打時戳標記，并進行 FIR濾波或小波變換處理，然后將濾波后的數(shù)據(jù)按照一定協(xié)議進行乒乓存儲，最終通過無線 傳輸?shù)姆绞綄⒋鎯Φ臄?shù)據(jù)發(fā)送至用戶終端;信號處理子系統(tǒng)，根據(jù)基準時鐘，產(chǎn)生時序控制 邏輯并發(fā)送到數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)。
[0034]倍頻模塊，將時間基準頻率信號倍頻到1GHz，作為信號處理子系統(tǒng)的基準時鐘；
[0035]