一种高速信号采集回放系统的制作方法

本实用新型涉及高速信号的采集、回放等操作，尤其涉及vpx硬件设计架构和高速信号采集、回放及海量信息存储设计方法。

背景技术：

当今时代科学技术日新月异，数据采集、数据数据分析应用到的范围也越来越广，从军事到民用领域，从科研到生活，各个领域对数据分析技术都提出了更高的要求，尤其在军用领域比如雷达通信、卫星探测、电子侦察等，掌握数据高速采集技术更显得至关重要。数据采集与回放系统通常可以分为两类：一类能够实时存储记录数据并完成信号处理，一般适用于高速、大容量的信号处理现场，希望通过采集到的信息实时处理结果，从而做出相应措施。例如拦截敌方目标时，从发现攻击导弹目标起，就要求预警系统实时进行数据处理，确定跟踪目标，计算目标飞行轨迹，保证拦截导弹对敌方目标精准拦截；另一类则不要求实时进行信号处理,主要是记录现场数据，事后将采集记录的数据进行分析。例如弹载和机载雷达系统，外场试验成本较高难度较大，需要将大量数据存储记录以供后期去分析处理。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种高速信号采集回放系统，用来实现对高速信号的采集、回放、存储、分析等，且同时具备对采集位设置，具备对采集存储文件转存功能，具备实现网络udp单播、udp组播通信等模式，具备多路信号采集功能，具备按照时间预置记录回放、循环回放功能。

本实用新型采用的技术方案为：

一种高速信号采集回放系统，包括信号采集回放单元、vpx背板、主控计算机板、光纤转接单元、信号存储单元、外接显示模块；外接显示模块包括本地平板电脑和外接显示器；

信号采集回放单元、信号存储单元和主控计算机板分别与vpx背板相连，主控计算机板分别与本地平板电脑、光纤转接单元和外部显示器相连；

信号采集回放单元用于将采集数据进行数字采样、组帧和缓存打包后通过vpx背板传输至主控计算机板，还用于接收主控计算机板读取的数据，将数据进行解帧和da转换后进行回放；

主控计算机板用于将信号采集回放单元传输的数据存储到信号存储单元和光纤转接单元，以及读取信号存储单元和光纤转接单元中的数据传输到信号采集回放单元；还用于与远端控制服务器通讯，进行数据互通和远程监控；

信号存储单元采用2块固态存储卡，实现每秒1.2gb/s以上的存储和回放速度，单卡存储深度7tb，用于存储主控计算机板传输的数据以及输出数据到主控计算机板；

光纤转存单元采用1块光纤传输卡，实现每秒1.5gb/s以上数据转存，用于存储主控计算机板传输的数据以及输出数据到主控计算机板；

本地平板电脑和外接显示器用于显示和参数配置。

其中，信号采集回放单元包括fpga模块、存储电路ddr3、电源管理模块以及多个采集回放模块；fpga模块分别与存储电路ddr3、vpx背板以及多个采集回放模块相连，电源管理模块分别与各个模块相连；

采集回放模块用于将采集数据进行数字采样，将采样得到的数字信号和时间码信号传输至fpga模块；还用于接收fpga模块传输的数据进行da转换后输出；

fpga模块用于将数字信号与时间码信号进行组帧，组帧后的信号经过存储电路ddr3缓存打包后由cpcie接口传输到主控计算机板；还用于将主控计算机板传输的数据经过存储电路ddr3缓存后，将数据进行解帧传输至采集回放模块。

其中，每个采集回放模块包括接收信号调理模块、高速模数转换器、高速数模转换器、发送信号调理模块和控制电路；

接收信号调理模块与高速模数转换器相连，高速模数转换器与fpga模块相连；接收信号调理模块用于将采集数据传输至高速模数转换器，高速模数转换器将数据进行模数转换后得到数字信号和时间码信号，并传输至fpga模块；

发送信号调理模块与高速数模转换器相连，高速数模转换器与fpga模块相连，fpga模块传输的数据经高速数模转换器进行数模转换后得到中频信号和时间码信号，并传输至发送信号调理模块，发送信号调理模块将数据输出。

控制电路为高速模数转换器和高速数模转换提供时钟信号。

本实用新型与现有技术相比的有益效果为：

(1)本实用新型设计的高速信号采集回放系统采用vpx架构，为信号采集、回放和存储功能单元提供高速数据互联接口，高速信号采集回放系统支持多通道信号采样位数设置，最大支持14bit。同时将底层模块的工况信息、业务请求发送至上位机。通过vpx背板为各模块间的数据高速传输，降低单一模块与上位机数据交互频度和数据量，大大提高数据管理策略和系统稳定性。

(2)本实用新型设计的信号采集回放系统对外连接关系简单，便于维护操作。

(3)采集与回放系统在硬件设计过程中充分的考虑了该平台的通用性和可移植性，从芯片选型、接口预留、资源分配、通信标准制定采用模块化设计理念，维护性好，扩展性强。

附图说明

图1是本实用新型的整体框架图。

图2是本实用新型的信号采集回放单元的框架图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本实用新型做进一步的描述：

本实用新型高速信号采集回放分两部分实现，即信号采集和回放，信号采集与回放由信号采集均由信号处理板以及其它外围功能单元组成。采集数据流程主要包括前端调理、采集、组帧、传输、存储这几部分。信号输入系统后，经过信号调理输入到adc中，adc采样得到数字信号，与采样到的时间码信号进行组帧，经过ddr缓存打包后由pcie总线传输到主控计算机板的控制器中。主控计算机板利用dma操作将数据存储到固态阵列。

回放时的数据处理流程与采集时的处理流程相反。数据由存储阵列读取之后，通过pcie总线传输到fpga中，通过ddr缓存后解帧恢复中频数字信号，然后通过dac输出中频信号，滤波放大之后得到所需的模拟信号和随路时间b码信号。

系统具体实现如下：

图1是本实用新型设计的高速信号采集回放系统整体框架图。

包括信号采集回放单元、vpx背板、主控计算机板、光纤转接单元、信号存储单元、外接显示模块；外接显示模块包括本地平板电脑和外接显示器；信号采集回放单元、信号存储单元和主控计算机板分别与vpx背板相连，主控计算机板分别与本地平板电脑、光纤转接单元和外部显示器相连；

信号采集回放单元用于将采集数据进行数字采样、组帧和缓存打包后通过vpx背板传输至主控计算机板，还用于接收主控计算机板读取的数据，将数据进行解帧和da转换后进行回放；

主控计算机板用于将信号采集回放单元传输的数据存储到信号存储单元和光纤转接单元，以及读取信号存储单元和光纤转接单元中的数据传输到信号采集回放单元；还用于与远端控制服务器通讯，进行数据互通和远程监控；

信号存储单元采用2块固态存储卡，实现每秒1.2gb/s以上的存储和回放速度，单卡存储深度7tb，用于存储主控计算机板传输的数据以及输出数据到主控计算机板；

光纤转存单元采用1块光纤传输卡，实现每秒1.5gb/s以上数据转存，用于存储主控计算机板传输的数据以及输出数据到主控计算机板；

本地平板电脑和外接显示器用于显示和参数配置。

如图2所示是本实用新型的信号采集回放单元的框架图。

信号采集回放单元包括fpga模块、存储电路ddr3、电源管理模块以及多个采集回放模块；fpga模块分别与存储电路ddr3、vpx背板以及多个采集回放模块相连，电源管理模块分别与各个模块相连进行供电。每个采集回放模块包括接收信号调理模块、高速模数转换器、高速数模转换器、发送信号调理模块和控制电路；接收信号调理模块与高速模数转换器相连，高速模数转换器与fpga模块相连；发送信号调理模块与高速数模转换器相连，高速数模转换器与fpga模块相连。

接收信号调理模块用于将采集数据传输至高速模数转换器，高速模数转换器将数据进行模数转换后得到数字信号和时间码信号，并传输至fpga模块；fpga模块用于将数字信号与时间码信号进行组帧，组帧后的信号经过存储电路ddr3缓存打包后由cpcie接口传输到主控计算机板；

fpga模块将主控计算机板传输的数据经过存储电路ddr3缓存后，将数据进行解帧传输至高速数模转换器，高速数模转换器进行数模转换后得到中频信号和时间码信号，并传输至发送信号调理模块，发送信号调理模块将数据输出

控制电路用于为高速模数转换器和高速数模转换提供时钟信号。

以上完成了整个系统的设计。