基于动态延时补偿的重采样方法、装置和系统与流程

本发明涉及信号处理技术领域，具体涉及一种基于动态延时补偿的重采样方法、装置和系统。

背景技术：

在射电天文科学观测中，使用的望远镜有两种类型，一种是单天线射电望远镜，另一种是干涉阵列望远镜。其中，干涉阵列望远镜由众多小天线构成，以获得更广的视场、更高精度的观测。这些小天线按照一定的形状布局。在合成指向精确的实时数字波束来进行射电天文观测时，必须对不同天线之间由于几何位置产生的延时进行补偿，实现信号的重采样。

补偿的延时差可以由天线的位置以及观测源的方向即波束方向确定，包括各个天线到接收机的传输延时差和观测源到各个天线的传输延时差。现有技术中一般采用等长线缆，解决不同天线到接收机的距离差异导致的传输延时差。这种使用等长线缆的方法不利于机房布局布线，而且不经济。另外，一般只对准天线正上方天区进行巡天观测，那么观测源发出的信号可看作是同时到达各个天线。其缺点是无法同时观测多个不同指向的天区，灵活性不足。所以，当前的技术方案无法实现经济的、灵活的、实时的延时补偿，无法实时调整观测波束方向，不能满足射电天文科学观测的现有需求。

因此，本领域需要一种新的基于动态延时补偿的重采样方法、装置和系统来解决上述问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的上述问题，本发明提供了一种基于动态延时补偿的重采样装置，重采样装置包括原始信号采集模块、缓存阵列、写控制器、读控制器、重排模块和通信模块，通信模块分别与写控制器和读控制器通信连接，原始信号采集模块、写控制器、读控制器和重排模块分别与缓存阵列通信连接，其中，原始信号采集模块用于原始天线信号的实时采集，并根据实际应用中的信号采样频率和重采样装置的最高处理频率，将实时采集到的信号抽取为多路并行输出；缓存阵列用于缓存实时采集到的信号，缓存区数量由抽取的信号路数决定；写控制器用于控制采集到的信号实时写入缓存阵列；读控制器用于控制缓存阵列中各个缓存区的数据读出；重排模块用于缓存阵列输出的多路并行信号的重排；通信模块用于更新待补偿延时等参数。

此外，本发明还提供了一种重采样系统，该重采样系统包括上位机和至少两个上述的重采样装置，其中，上位机与每个重采样装置通信连接。

另外，本发明又提供了一种上述重采样系统的重采样方法，该重采样方法包括：原始信号采集模块在重采样装置上电后，进行信号采样；通信模块在接收到上位机下发的开始工作指令后，通知写控制器同步触发缓存阵列的写操作；写控制器在工作过程中，根据实时更新的待补偿延时以及缓存阵列的读操作完成情况，对缓存阵列的写操作进行复位；读控制器根据实时更新的待补偿延时以及缓存阵列的写操作完成情况，同步触发缓存阵列的读操作；重排模块根据待补偿延时，对缓存阵列输出的多路并行信号进行重排，使得延时补偿精度等于信号采样周期。

在上述重采样方法的优选技术方案中，在“通知写控制器同步触发缓存阵列的写操作”的步骤的同时，重采样方法还包括：缓存阵列中各个缓存区从地址0开始连续写入原始信号采集模块的多路并行输出。

在上述重采样方法的优选技术方案中，重采样方法还包括：在写操作地址为m/n+1时，触发读控制器进行缓冲阵列的读操作，其中，m为最大的待补偿采样周期数量，n为抽取倍数。

在上述重采样方法的优选技术方案中，在上位机给通信模块下发开始工作指令之前，重采样方法还包括：重排模块初始化排序规则。

在上述重采样方法的优选技术方案中，排序规则为：z0＝ym％n，z1＝ym％n+1，……，zn-m％n-1＝yn-1，zn-m％n＝y0，……，zn-1＝ym％n-1，其中，yi表示第i+1缓存的输出，zi表示重排后的第i路信号输出，m为当前重采样装置的待补偿采样周期数量。

在上述重采样方法的优选技术方案中，在“缓存阵列中各个缓存区从地址0开始连续写入原始信号采集模块的多路并行输出”的步骤之前，重采样方法还包括：重排模块更新排序规则。

在上述重采样方法的优选技术方案中，重采样方法还包括：读控制器一旦接收到通信模块更新待补偿延时参数的通知，立即监控缓存阵列的输出，待其完成一段完整信号输出，立即停止读操作。

在上述重采样方法的优选技术方案中，重采样方法还包括：若m％n≤i，则第i+1缓存的起始读地址为m/n，读地址递增至最大值后归零，再递增，以此循环操作；若m％n>i，则第i+1缓存的起始读地址为m/n+1，读地址递增至最大值后归零，再递增，以此循环操作。

本领域技术人员能够理解的是，在本发明的优选技术方案中，通过动态延时补偿，能够实时补偿天线到接收机的传输延时差，不要求传输线缆等长，有益于机房布局布线，减少线缆开销；还能够实时补偿观测源到不同天线的传输延时差，实现实时调整观测方向，提高指向精度，增强科学装置的观测能力。

附图说明

图1为本发明的重采样装置的结构示意图。

附图标记列表:

10、重采样装置；11、原始信号采集模块；12、缓存阵列；13、写控制器；14、读控制器；15、重排模块；16、通信模块。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的重采样系统包括上位机和与上位机通信连接的至少两个重采样装置，参照图1，重采样装置10包括原始信号采集模块11、缓存阵列12、写控制器13、读控制器14、重排模块15及通信模块16，其中，通信模块16分别与写控制器13和读控制器14通信连接，原始信号采集模块11、写控制器13、读控制器14和重排模块15分别与缓存阵列12通信连接，原始信号采集模块11用于实时采集天线信号，通信模块16用于实时更新待补偿延时等参数，缓存阵列12用于缓存实时采集到的信号，写控制器13用于控制采集到的信号实时写入缓存阵列12，读控制器14用于控制缓存阵列中各个缓存区的数据读出，重排模块15用于缓存阵列输出的多路并行信号的重排。

在实际应用中，原始信号采集模块11的采样频率可能远大于重采样装置10的最高处理频率，则需要将采集到的信号抽取为多路输出，记n为抽取倍数，xi表示原始信号采集模块11中抽取后的第i路并行输出，其中，0≤i＜n。

通信模块16接收的上位机指令类型有重采样装置10开始工作指令、待补偿延时参数更新指令。通信模块16会根据接收到的指令类型，通知写控制器13和读控制器14进行相应的写/读操作。

写控制器13与读控制器14相互配合，实现动态延时补偿的核心功能。其运行状态分为两个阶段：第一阶段是重采样装置10上电启动工作，第二阶段是重采样转置10工作过程中。

重排模块16根据待补偿延时，对缓存阵列12输出的多路并行信号进行重排，实现延时补偿精度等于信号采样周期。yi表示第i+1缓存的输出，zi表示重排后的第i路信号输出，m为当前重采样装置的待补偿采样周期数量，二者关系如下，即重排模块的排序规则：

z0＝ym％n，z1＝ym％n+1，……，zn-m％n-1＝yn-1，zn-m％n＝y0，……，zn-1＝ym％n-1。

此外，本发明还提供一种基于动态延时补偿的重采样方法，该方法可由上述重采样装置10执行，该重采样方法包括：

s20：重采样装置10上电，原始数据采集模块11开始实时采集天线信号。

s21：上位机下发待补偿延时和开始工作指令，写控制器13、读控制器14、重排模块15启动工作，此即重采样装置10的第一运行阶段。

s22：通信模块16监控上位机下发的指令，若收到待补偿延时更新指令，通知正在工作过程中的写控制器13、读控制器14和重排模块15进行相应的复位操作，此即重采样装置10的第二运行阶段。

若待补偿延时为t，采样频率为f，则待补偿的采样周期个数为m＝[tf]。重采样系统中包含至少两个重采样装置10，把最大的待补偿采样周期个数记为m。

在重采样装置10的第一运行阶段，包括如下操作：

s30：上位机给通信模块16下发待补偿延时；

s31：重排模块15初始化排序规则；

s32：上位机给通信模块16下发开始工作指令；

s33：写控制器13接收到通信模块的开始工作指令后，立即触发缓存阵列12中各个缓存区从地址0开始连续写入原始信号采集模块11的多路并行输出。

s34：当写操作地址为m/n+1时，触发读控制器14进行缓冲阵列12的读操作。若m％n≤i，则第i+1缓存的起始读地址为m/n，读地址递增至最大值后归零，再递增，以此循环操作；若m％n>i，则第i+1缓存的起始读地址为m/n+1，读地址递增至最大值后归零，再递增，以此循环操作。

在重采样装置10的第二运行阶段，一旦重采样装置10接收到待补偿延时参数更新指令时，通信模块16将更新后的待补偿延时传递给写控制器13、读控制器14和重排模块15，并通知写控制器13、读控制器14和重排模块15进行如下步骤操作：

s40：读控制器14一旦监控到缓存阵列已完成一段完整信号输出，立即停止读操作；

s41：重排模块15更新排序规则；

s42：写控制器13初始化缓存阵列12中各个缓存区从地址0开始连续写入原始信号采集模块11的多路并行输出；

s43:当写操作地址为m/n+1时，触发读控制器14进行缓冲阵列12的读操作。若m％n≤i，则第i+1缓存的起始读地址为m/n，读地址递增至最大值后归零，再递增，以此循环操作；若m％n>i，则第i+1缓存的起始读地址为m/n+1，读地址递增至最大值后归零，再递增，以此循环操作。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。