一种中频信号切换系统及方法与流程

本发明涉及自动控制技术领域，具体而言，涉及一种中频信号切换系统及方法。

背景技术：

射电望远镜是一种用于接收和研究天体射电波的天文观测设备。射电望远镜的镜面通常呈抛物面，镜表面朝向天空，镜背面与支架相结合。射电望远镜中安装有多个波段的接收机系统，并覆盖多个波段，极大地满足了科研观测的需求。随着科技的发展和技术的进步，对天文观测系统的自动化、智能化程度的要求也越来越高。

发明人在研究中发现，目前对射电望远镜中的中频信号的切换采用的是手动方式，往往需要人工进行干预，其切换速度慢、机械磨损大以及容易出现人为故障、设备损坏等情况。另外，设计不合理的中频信号切换系统会存在RFI干扰，不能很好地保证射电望远镜的稳定性和安全性。

技术实现要素：

本发明提供的一种中频信号切换系统及方法，旨在提高对中频信号进行切换的效率和准确度以及减小其机械磨损和人为故障发生率，保证了系统工作的稳定性和安全性。

第一方面，本发明实施例提供的一种中频信号切换系统，应用于射电天文望远镜，所述中频信号切换系统包括高频仓装置、与所述高频仓装置通过中频电缆相连的观测室装置以及分别与所述高频仓装置和观测室装置相连的总控模块；

所述高频仓装置包括用于将接收到的外部环境中不同波段信号降频到中频信号的多个接收机，用于将每个接收机发送的中频信号切换到所述中频电缆进行传输的第一切换模块以及用于根据所述总控模块发送的控制指令对所述第一切换模块进行控制的第一主控模块，所述第一主控模块分别与所述总控模块和第一切换模块相连；

所述观测室装置包括用于接收不同中频信号的多个观测终端，用于将所述中频电缆传输的不同中频信号切换到对应的观测终端进行接收的第二切换模块以及用于根据所述总控模块发送的控制指令对所述第二切换模块进行控制的第二主控模块，所述第二主控模块分别与所述总控模块和第二切换模块相连。

优选地，所述总控模块通过CAN总线分别与所述第一主控模块和第二主控模块相连，所述总控模块用于解析上位机发送的操作指令得到与该操作指令相对应的控制指令，并将该控制指令发送给所述第一主控模块和第二主控模块。

优选地，所述高频仓装置还包括分别与所述第一切换模块和第一主控模块连接的功率检测模块，所述功率检测模块用于检测所述切换到所述中频电缆进行传输的中频信号功率，并将功率检测结果发送给所述第一主控模块，以使所述第一主控模块上报至所述总控模块。

优选地，所述高频仓装置还包括连接在所述第一切换模块和中频电缆之间的功率保护模块，所述功率保护模块用于在所述第一切换模块待传输的中频信号的功率大于预设的限定阈值时，调整所述中频信号的功率至所述限定阈值之内。

优选地，所述观测室装置还包括连接在所述中频电缆和第二切换模块之间的频谱补偿模块，所述频谱补偿模块用于对所述中频电缆传输的中频信号进行频谱特性补偿，以使所述中频信号为线性频谱信号。

优选地，所述观测室装置还包括连接在所述中频电缆和第二切换模块之间的功率调节模块，所述功率调节模块用于调节所述中频信号的功率，以匹配所述观测终端的功率范围。

优选地，所述功率调节模块包括用于对所述中频信号的功率进行放大的均衡放大器以及用于对中频信号的功率进行衰减的数字可调步进衰减器。

优选地，所述观测室装置还包括功率反馈模块，所述功率反馈模块用于将接收中频信号的观测终端反馈的功率发送给所述第二主控模块，以使所述第二主控模块对所述功率调节模块进行控制。

优选地，所述第一切换模块和第二切换模块为多路微波切换开关。

第二方面，本发明实施例提供的一种中频信号切换方法，应用于中频信号切换系统，所述中频信号切换系统包括高频仓装置、与所述高频仓装置通过中频电缆相连的观测室装置以及分别与所述高频仓装置和观测室装置相连的总控模块，所述观测室装置包括多个观测终端,其中,所述方法包括：

所述高频仓装置将接收到的外部环境中的不同波段信号降频到中频信号，并根据所述总控模块发送的控制指令将每个中频信号切换到所述中频电缆以传输给所述观测室装置；

所述观测室装置根据所述总控模块发送的控制指令，将所述中频电缆传输的不同中频信号切换到对应的观测终端。

综上所述，本发明实施例提供的一种中频信号切换系统，可应用于射电天文望远镜。该中频信号切换系统包括高频仓装置、观测室装置以及总控模块。在所述高频仓装置中，第一主控模块根据总控模块发送的控制指令对第一切换模块进行控制，该第一切换模块可将接收机发送的中频信号切换到中频电缆并传输给观测室装置。在所述观测室装置中，第二主控模块根据总控模块发送的控制指令对第二切换模块进行控制，该第二切换模块可将中频电缆传输的中频信号切换到对应的观测终端。如此，有效提高了对中频信号进行切换的效率和准确度，以及减小其机械磨损和人为故障发生率。

进一步地，所述总控模块通过CAN总线分别与所述第一主控模块和第二主控模块相连，由于CAN总线的传输特性，进一步保证了系统工作的稳定性和安全性，以及有效削弱了该中频信号切换系统中的RFI干扰，满足了其对RFI干扰的限制。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

目前，对射电望远镜中的中频信号的切换采用的是手动方式，往往需要人工进行干预，其切换速度慢、机械磨损大以及容易出现人为故障、设备损坏等情况。另外，由于设计不合理的中频信号切换系统会存在RFI干扰，不能很好地保证射电望远镜的稳定性和安全性。

鉴于此，本发明的设计者通过长期的探索和尝试，以及多次的实验和努力，不断的改革创新，设计出了一种中频信号切换系统及方法，可以较好地改善上述问题。

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应该看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施方式提供的一种中频信号切换系统的组成框图。

图2是发明实施方式提供的一种中频信号切换系统的连接关系示意图。

图3是本发明实施方式提供的一种中频电缆的频率衰减特性参数的示意图。

图4是本发明实施方式提供的一种功率调节模块的连接关系示意图。

图5是本发明实施方式提供的一种中频信号切换方法的流程示意图。

图中标记分别为：

图标：100-中频信号切换系统；200-高频仓装置；300-观测室装置；400-总控模块；201-接收机；202-第一切换模块；203-第一主控模块；204-功率检测模块；205-功率保护模块；301-观测终端；302-第二切换模块；303-第二主控模块；304-频谱补偿模块；305-功率调节模块；306-功率反馈模块；3051-均衡放大器；3052-数字可调步进衰减器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，是本发明实施例提供的一种中频信号切换系统100的组成框图。该中频信号切换系统100主要应用于射电天文望远镜中。所述中频信号切换系统100可以包括高频仓装置200、观测室装置300以及总控模块400等。其中，所述高频仓装置200与所述观测室装置300之间通过中频电缆相连，以进行信号的传输或数据通信等。所述总控模块400分别与所述高频仓装置200和所述观测室装置300电性相连，以发送控制指令给所述高频仓装置200和观测室装置300，进而控制所述高频仓装置200和所述观测室装置300执行相应的动作，例如对中频信号进行切换等。另外，所述总控模块400连接有上位机，所述上位机可以是，但不限于，服务器和个人电脑(personal computer，PC)等。所述总控模块400用于对所述上位机根据观测任务发送的操作指令得到与该操作指令相对应的控制指令，并将该控制指令发送给所述高频仓装置200和观测室装置300。如此，可实现自动化控制，能够提高对中频信号进行切换的效率和准确度，减小其机械磨损和人为故障的发生率以及所述中频信号切换系统100的使用寿命。

如图2所示，是本发明实施例提供的一种中频信号切换系统100的连接关系示意图。其中，所述高频仓装置200可以包括接收机201、第一切换模块202以及第一主控模块203。所述第一主控模块203分别与所述总控模块400和第一切换模块202相连，以根据所述总控模块400发送的控制指令对所述第一切换模块202进行自动化控制。

由于不同的观测任务需要接收不同的波段信号，所述接收机201可以为多个，用于接收外部环境中的不同波段信号，并将每个波段信号降频到中频信号后发送给所述第一切换模块202。例如，脉冲星观测一般采用L波段接收机进行观测；谱线观测根据分子发出的辐射波长不同而选择不同的波段接收机，有的选用C波段接收机，也有的选用X波段接收机，还有的(如氨分子)选用K波段接收机等。

本实施例中，所述第一主控模块203还用于将接收到的中频信号汇总到所述第一切换模块202。所述第一切换模块202用于在所述第一主控模块203的控制下，将汇总后的中频信号切换到所述中频电缆，并将其发送至所述观测室装置300，以满足不同的观测需求。本实施例中，所述第一切换模块202的切换通道路数大于需要的切换通道路数，以提供足够的冗余，为所述高频仓装置200的后续升级做好准备等。

另外，所述观测室装置300可以包括观测终端301、第二切换模块302以及第二主控模块303。所述第二主控模块303分别与所述总控模块400和第二切换模块302相连，以根据所述总控模块400发送的控制指令对所述第二切换模块302进行自动化控制。

由于不同的观测任务需要不同的观测终端301，所述观测终端301可以为多个，用于接收所述中频电缆发送的不同中频信号。例如，脉冲星观测需要pulsar终端,谱线观测需要DFB终端,流量观测需要IDV终端以及VLBI观测需要用VLBI终端等。

当所述第二切换模块302接收到由所述中频电缆发送的中频信号时，所述第二切换模块302用于在所述第二主控模块303的控制下，将不同的中频信号切换到对应的观测终端301，以满足不同的观测需求。本实施例中，所述第二切换模块302的切换通道路数大于需要的切换通道路数，以提供足够的冗余，为所述观测室装置300的后续升级做好准备等。

本实施例中，为了有效地执行切换动作，所述第一切换模块202和第二切换模块302可以为多路微波切换开关。其中，所述多路微波切换开关可以采用DOWKEY-581J-420823A型机械微波开关。该机械微波开关采用自锁型切换设计，内部带有负载匹配及信号接通反馈输出功能，具有插入损耗小、隔离度高、使用寿命长及性能稳定等优点。

为了保证所述中频信号切换系统100工作的稳定性和安全性，在所述总控模块400与所述第一主控模块203和第二主控模块303之间分别采用CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)总线进行连接。同时，在所述中频信号切换系统100设计实施时，对该CAN总线做屏蔽措施，使得RFI干扰很小。其中，所述CAN总线是由研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发的，并最终成为国际标准，是国际上应用最广泛的现场总线之一。其被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备和工业设备等领域中。所述CAN总线与目前一般常用的总线相比，具有通信可靠性、实时性和灵活性等优点。另外，基于所述CAN总线的通信方式可以支持分布式和实时控制，能够实现全网络广播传送信息。且所述CAN总线中的每个节点可以随时连线或断开连接，从而可以实现热插拔和多站接收等。

本实施例中，所述总控模块400、第一主控模块203和第二主控模块303可以是一种集成电路芯片，具有信号处理的能力。其主要包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)和网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。

请进一步参阅图2，所述高频仓装置200还可以包括功率检测模块204。所述功率检测模块204分别与所述第一切换模块202和第一主控模块203相连。其中，所述功率检测模块204可用于检测所述切换到所述中频电缆进行传输的中频信号功率，并将所述中频信号的功率检测结果发送给所述第一主控模块203，以使所述第一主控模块203通过所述CAN总线上报至所述总控模块400，进而转发给所述上位机进行处理。另外，所述高频仓装置200还可以包括功率保护模块205。所述功率保护模块205分别与所述第一切换模块202和中频电缆相连。其中，在所述第一切换模块202待传输的中频信号的功率大于预设的限定阈值时，所述功率保护模块205用于调整所述中频信号的功率(例如：自动与地导通将所述中频信号能量进行泄放)至所述限定阈值之内，以防止对所述观测室装置300进行损坏。

请再次参阅图2，所述观测室装置300还可以包括频谱补偿模块304和功率调节模块305。所述频谱补偿模块304连接在所述功率保护模块205和所述功率调节模块305之间，所述功率调节模块305连接在所述频谱补偿模块304和所述第二切换模块302之间。详细地，所述频谱补偿模块304的输入端通过中频电缆与所述功率保护模块205相连、输出端通过所述功率调节模块305与所述第二切换模块302相连。所述频谱补偿模块304可用于对所述中频电缆传输的中频信号进行频谱特性补偿，以使所述中频信号的频谱曲线为线性频谱(频带内平坦度平坦)，从而满足所述观测室装置300中的后级设备的要求。

所述功率调节模块305可用于调节所述中频信号的功率，以匹配所述观测终端301需要的中频信号功率范围。如图4所示，所述功率调节模块305可以包括均衡放大器3051和与所述均衡放大器3051相连的数字可调步进衰减器3052。其中，所述均衡放大器3051分别与所述频谱补偿模块304和第二主控模块303相连。所述均衡放大器3051可用于对所述中频信号的功率进行放大。所述数字可调步进衰减器3052分别与所述第二切换模块302和第二主控模块303相连。所述数字可调步进衰减器3052可用于对中频信号的功率进行衰减。本实施例中，所述均衡放大器3051的增益可以达到15dB，所述数字可调步进衰减器3052的衰减调节范围可以在0.25～63.75dB之间。

应当理解，在其它实施例中，所述功率调节模块305也可以省略，使得所述频率补偿模块304直接连接在所述功率保护模块205和第二切换模块302之间。

另外，由于不同的观测终端301需要的输入中频信号的功率不同，即使是同一个观测终端301，在不同的时刻因受天气等因素的影响，需要的输入中频信号的功率也不同，因此，如图2所示，所述观测室装置300还可以包括功率反馈模块306。其中，所述功率反馈模块306分别与每个观测终端301和第二主控模块303相连。所述功率反馈模块306可以用于将接收中频信号的观测终端301反馈的功率发送给所述第二主控模块303，以使所述第二主控模块303通过所述CAN总线上报至所述总控模块400，进而转发给所述上位机进行处理。

如图3所示，是所述中频电缆的频率衰减特性参数的示意图。其中，中频信号频谱补偿是指中频信号在远距离传输后，由于中频电缆对于不同频率的中频信号的衰减不同(例如：高频信号衰减大和低频信号衰减小等)，最终传输后的中频信号的频谱曲线是一条斜线，影响所述观测室装置300采集中频信号的正确性。本实施例中，通过所述频谱补偿模块304可将高频信号少衰减或者不衰减，而将低频信号多衰减。然后再将衰减后的中频信号进行放大，使得补偿后的中频信号的频谱曲线为一条直线，从而满足所述观测室装置300中后级设备的需求。

如图5所示，是本发明实施例提供的一种中频信号切换方法的流程示意图。该中频信号切换方法可应用于图1所示的中频信号切换系统100。

本实施例中，所述中频信号切换方法可以包括以下步骤。

步骤S101：所述高频仓装置200将接收到的外部环境中的不同波段信号降频到中频信号，并根据所述总控模块400发送的控制指令将每个中频信号切换到所述中频电缆以传输给所述观测室装置300。

其中，所述高频仓装置200可根据所述总控模块400发送的控制指令执行相应的动作，例如对中频信号进行切换等，以实现自动化控制等。

由于不同的观测任务需要接收不同的波段信号。例如，脉冲星观测一般需要L波段信号；谱线观测根据分子发出的辐射波长不同而选择不同的波段，有的选用C波段，也有的选用X波段，还有的(如氨分子)选用K波段等。因此，所述高频仓装置200可接收外部环境中的不同波段信号，并将该波段信号降频到中频信号。所述高频仓装置200还可以将所述中频信号进行汇总后切换到所述中频电缆，并将其发送至所述观测室装置300，以满足不同的观测需求。本实施例中，所述高频仓装置200的切换通道路数大于需要的切换通道路数，以提供足够的冗余，为所述高频仓装置200的后续升级做好准备等。

步骤S102：所述观测室装置300根据所述总控模块400发送的控制指令，将所述中频电缆传输的不同中频信号切换到对应的观测终端301。

其中，所述观测室装置300可根据所述总控模块400发送的控制指令执行相应的动作，例如对中频信号进行切换等，从而实现自动化控制等。

由于不同的观测任务需要不同的观测终端301，本实施例中，所述观测室装置300可以包括多个观测终端301，用于接收所述中频电缆发送的不同中频信号。例如，脉冲星观测需要pulsar终端,谱线观测需要DFB终端,流量观测需要IDV终端以及VLBI观测需要用VLBI终端等。当所述观测室装置300接收由所述中频电缆发送的中频信号时，将不同的中频信号切换到对应的观测终端301，以满足不同的观测需求。本实施例中，所述第二切换模块302的切换通道路数大于需要的切换通道路数，以提供足够的冗余，为所述观测室装置300的后续升级做好准备等。

综上所述，本发明实施例提供的一种中频信号切换系统100，可应用于射电天文望远镜。所述中频信号切换系统100包括高频仓装置200、观测室装置300以及总控模块400。在所述高频仓装置200中，第一主控模块203根据总控模块400发送的控制指令对第一切换模块202进行控制，该第一切换模块202可将接收机201发送的中频信号切换到中频电缆并传输给观测室装置300。在所述观测室装置300中，第二主控模块303根据总控模块400发送的控制指令对第二切换模块302进行控制，该第二切换模块302可将中频电缆传输的中频信号切换到对应的观测终端301。如此，有效提高了对中频信号进行切换的效率和准确度，以及减小其机械磨损和人为故障发生率。

进一步地，所述总控模块400通过CAN总线分别与所述第一主控模块203和第二主控模块303相连，由于CAN总线的传输特性，进一步保证了系统工作的稳定性和安全性，以及有效削弱了该中频信号切换系统100中的RFI干扰，满足了其对RFI干扰的限制。

需要说明的是，在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

需要说明的是，在本申请中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。