一种大容量和带时戳的无线数据传输采集系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种大容量和带时戳的无线数据传输采集系统，属于时间同步及数据 采集技术领域。
【背景技术】
[0002] 脉冲星探测作为未来发展的关键航天技术，需要进行大量地面试验验证和在轨飞 行试验，因此，在研制地面试验验证系统中，需要开展X射线脉冲星光子到达时间测量的技 术研究。目前的现有技术有以下几种：
[0003] 1、美国马里兰大学Sheikh等人发明了一种通过探测脉冲星辐射信号实现导航的 系统和方法(United States Patent 7197381)，发明中提出精确测量脉冲信号到达时间， 然后与标准脉冲轮廓模板比对，从而得出位置速度信息，但是该发明中所提到的敏感器装 置未说明如何实现信号到达时间的精确测量方式方法。
[0004] 2、中国科学院空间科学与应用研究中心李保权等人发明了一种脉冲星导航X射线 计时探测器(CN201410136387.3)，发明中考虑了将X射线光信号转变为电信号并加上时间 标记，但该发明尚有以下不足：
[0005] (1)没有实现I Ons级的精确时间同步以及原子钟时间维持功能
[0006] (2)没有实现针对脉冲星信号特征的降噪处理功能
[0007] (3)没有提及多通道信号同时采集功能
[0008] (4)没有高速采集数据的大容量乒乓存储功能
[0009 ] (5)没有实现短时超过IGbps的高速数据的无线传输功能
[0010] 3、西安电子科技大学李小平等人发明了"具有高时频稳定度的X射线脉冲星光子 信号地面模拟系统"（CN201210245565.7)，该发明提及通过电子读出电路标定以实现计时 观测和微弱信号处理。但也未提及上述5条。
[0011] 4、西安交通大学徐文权等人发明了 一种脉冲星频率信号模拟器 (CN201210243095.0 )，该发明考虑了 GPS授时模块，GPS授时模块输出的秒脉冲IPPS可以同 步随机信号发生器的秒脉冲1PPS，实际上，随机信号发生器不具备长时间时钟精确维持的 功能，一旦没有GPS信号将造成时钟漂移过大。西安交通大学孙剑等人发明了一种基于脉冲 星的时间同步装置(CN201210243058.X)，考虑了铷原子钟的信号作为时间基准用于时间间 隔测量，却没考虑铷原子钟本身也存在漂移，需要GPS或者BD等时统基准源进行定期校准和 朔源。
[0012] 5、天津航天机电设备研究所李振新等人发明了 "一种X射线脉冲星地面捕获跟踪 演示系统"（CN201320618436.8)，该发明考虑了包括综合控制单元、演示单元、移动平台、探 测器轨道、光源、光源轨道、模拟探测器、模拟地球、无线传输模块和系统电源的演示系统， 针对移动平台和探测器轨道之间的旋转过程中线缆会造成缠绕设计了无线传输模块，但该 发明仅从X射线脉冲星信号采集真实过程可视化的效果出发，没有提及数据采集速率以及 无线传输机制，由于脉冲到达时间数据随光子流量而定，时而密集，时而稀疏，当数据密集 时数据容量大，而目前以太网传输有IG bps瓶颈限制，必然导致数据堵塞和丢包，只有通过 FPGA内部高频大容量总线(64位~1024位的AXI片内总线)将数据传输到RAM中进行缓存，在 这一过程中，还需要采用降噪算法过滤无效数据。
[0013] 6、同时，现有的关于脉冲星仿真试验系统，"X射线脉冲星导航半物理仿真系统" (CN20 1 0 10022035 . 7 )。"一种X射线脉冲星探测器等效器的航天器导航系统" (CN20 10 100 220 35.7)，"基于半导体激光器的X射线脉冲星导航嵌入式模拟系统" (CN20091 0023357 .0 )和"一种用于X射线脉冲星导航的地面模拟方案及装置" (CN201010140837.8)都欠缺光脉冲信号采集，不能实现物理仿真。另外，迄今为止，国内尚 未有脉冲星探测卫星上天发射，更没有考虑卫星编队飞行的无线数据传输，因此，本发明克 服了以上不足，可以实现在地面对脉冲星导航诸多关键技术实现闭环测试验证以及未来星 载X射线探测器的大容量高精度时间戳数据采集和无线传输。
【发明内容】
[0014] 本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种卫星数字接口拉偏 验证系统，实现了高轨通信卫星数字接口的容差测试，增强测试的全面性和准确性。本发明 从实际工程应用角度，提出一种新型大容量、带时戳的无线传输数据采集装置设计方案，以 满足利用X射线脉冲星自主导航的地面试验验证和未来空间X射线探测器的应用需求。
[0015] 本发明的技术解决方案是：
[0016] -种大容量和带时戳的无线数据传输采集系统包括:时钟基准子系统、数据采集 子系统和信号处理子系统；
[0017] 时钟基准子系统，向信号处理子系统提供时间基准频率信号;所述时间基准频率 信号包括晶振信号、原子钟信号和利用GPS或BD时钟源校准后的原子钟信号；
[0018] 数据采集子系统，对多路光脉冲信号进行低通滤波后，根据信号处理子系统发送 的时序控制逻辑以IGhZ的采样速率对滤波后的多路光脉冲信号进行实时采集，输出到信号 处理子系统；
[0019] 信号处理子系统，将时间基准频率信号进行倍频处理作为信号处理子系统的基准 时钟，并根据基准时钟对数据采集子系统输出的光脉冲采集信号，进行打时戳标记，然后将 打时戳标记完的数据按照一定协议进行乒乓存储，最终通过无线传输的方式将存储的数据 发送至用户终端;信号处理子系统，根据基准时钟，产生时序控制逻辑并发送到数据采集子 系统。
[0020] 时钟基准子系统包括原子钟、标准源、鉴相器、VCO(压控振荡器）、DDS(直接数字频 率合成器）、原子钟控制模块；
[0021 ]时钟基准子系统，向信号处理子系统提供时间基准频率信号;所述时间基准频率 信号包括晶振信号、原子钟信号和利用GPS和BD时钟源校准后的原子钟信号；
[0022]原子钟，提供铷钟或者铯钟信号到压控振荡器和鉴相器，并接收原子钟控制模块 反馈的控制信号进行频率调整；
[0023]标准源，提供GPS或BD时钟源频率信号到鉴相器；
[0024]鉴相器，对铷钟或者铯钟信号与GPS或BD时钟源频率信号进行鉴相比较，输出相位 信号到原子钟控制模块；
[0025] 原子钟控制模块，根据相位信号及其变化率进行PD控制，输出频率调整信号到原 子钟；
[0026] VCO，将铷钟或者铯钟信号作为参考源信号，输出频率信号到DDS;
[0027] DDS，对VCO输出的频率信号进行数字合成，输出时间基准频率信号。
[0028] 数据采集子系统包括ADC采样模块、低通滤波阻容网络和多通道数据切换开关；
[0029] 低通滤波阻容网络，对多路光脉冲信号进行低通滤波，并将滤波后的信号输出到 ADC采样模块，同时能够实现50欧输入阻抗和IOM欧输入阻抗的信号切换；
[0030] 多通道数据切换开关，根据信号处理子系统发送的时序控制逻辑，在多路光脉冲 信号中选择需要采集的光脉冲信号(可以是多路也可以是任意一路），用于ADC采样模块采 集；
[0031] ADC采样模块，根据信号处理子系统发送的时序控制逻辑以IGhz的采样速率，对滤 波后的多通道数据切换开关选择的光脉冲信号进行实时采集，并输出到信号处理子系统。 [0032]信号处理子系统包括FPGA模块和无线传输网络，其中FPGA模块又包括倍频模块、 数据标记模块、滤波模块、乒乓控制模块、第一片内RAM、第二片内RAM、片外RAM和CPU核，如 图3所示；
[0033]信号处理子系统，将时间基准频率信号进行倍频处理作为信号处理子系统的基准 时钟，并根据基准时钟对数据采集子系统输出的光脉冲采集信号，进行打时戳标记，并进行 FIR滤波或小波变换处理，然后将滤波后的数据按照一定协议进行乒乓存储，最终通过无线 传输的方式将存储的数据发送至用户终端;信号处理子系统，根据基准时钟，产生时序控制 逻辑并发送到数据采集子系统。
[0034]倍频模块，将时间基准频率信号倍频到1GHz，作为信号处理子系统的基准时钟；
[0035]