一种基于秒脉冲的多设备同步反演系统及方法与流程

本发明涉及信号处理，具体为一种基于秒脉冲的多设备同步反演系统及方法。

背景技术：

1、反演是指根据已知数据逆向推导出这些数据的参数和信息的过程，是一种从结果推导原因的方法。在信号处理反演中，通过对观测到的信号进行处理和分析，恢复原始信号的特征、形态或频谱信息，以便进行后续的分析、处理或应用，是一种重要的数据分析和处理技术，应用在各种民用领域，例如通过分析不同类型的环境数据，可以反演出环境因素和质量；然而目前已有的反演实现方案主要采用固定数据量来实现循环反演，通过内置或加载部分数据，对数据进行循环读取来实现反演功能，此方式不能预设反演开始时间，并且反演数据量较小，对于有时间需求的定时反演功能无法有效响应；当数据进行反演时，往往会受到外界的干扰，对数据传输反演的安全性造成挑战。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于秒脉冲的多设备同步反演系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于秒脉冲的多设备同步反演系统，该系统包括显控模块、主控模块、数字管理模块和异常处理模块；

3、所述显控模块用于向主控模块下发文件iq数据传输和用户反演指令，并设置文件持续反演时长；所述主控模块用于接收、储存和传输iq数据，将iq数据储存和反演信息反馈给显控模块，控制数字管理模块进行iq数据反演；所述数字管理模块用于截取iq数据作为信号数据，对信号数据进行反演解析并进行调制，将处理好的信号数据通过dac转换器进行模拟信号输出；所述异常处理模块用于对文件iq数据反演流程进行监测，识别文件iq数据异常反演情况，并对反演异常情况进行报警。

4、进一步的，所述显控模块包含用户管理单元和显控串口单元；

5、所述用户管理单元用于提供人机交互界面，用户通过显控设备将预设参数加载到设备内部，并下达数据传输和用户反演指令；

6、其中，预设参数包含开始反演时间、每个文件的持续反演时间，信号数据截取量和多个文件的选择；显控设备的用户管理界面中包含单文件管理模式和多文件管理模式；在多文件管理模式中，每个文件可单独进行选择；

7、所述显控串口单元用于通过udp网络通信协议进行文件iq数据和用户反演指令传输；当用户选择文件进行传输时，将文件进行解析，读取文件中的iq数据，并将读取的iq数据通过udp网络通信协议发送给主控模块。

8、进一步的，所述主控模块包含反演控制单元、ddr数据存储单元和主控串口单元；

9、所述反演控制单元用于根据用户反演指令控制iq数据进行反演，记录iq数据反演工作状态信息；

10、所述ddr数据存储单元用于将iq数据存入ddr存储器内；当iq数据下传完成后，用户点击开始反演控件，反演控制单元接收到用户反演指令后，将ddr内储存的iq数据传输给数字管理模块进行iq数据反演；

11、所述主控串口单元用于接收显控模块发送的iq数据和用户反演指令，将主控模块iq数据传输到数字管理模块中，并控制数字管理模块进行反演，将数字管理模块工作状态信息回传给显控模块。

12、进一步的，所述数字管理模块包含qdr数据存储单元、信号数据处理单元、时钟管理单元、数字串口单元和信号输出单元；

13、所述qdr数据存储单元用于截取iq数据作为信号数据，并将截取的信号数据存入qdr存储器内；当接收完所有数据后，上传加载完成标志，并等待秒脉冲与预设时间相匹配；

14、所述信号数据处理单元用于根据秒脉冲与预设时间，对qdr存储器内储存的信号数据进行读取、解析并调制；

15、所述时钟管理单元用于生成、分配和管理系统中的时钟信号；通过将toa计数与北斗秒脉冲同步，从而将多文件中的不同信号数据进行同步；

16、所述数字串口单元用于接收主控模块发送的iq数据和反演控制指令，传输数字管理模块工作状态信息；

17、所述信号输出单元用于将解析好的信号数据通过dac转换器进行模拟信号输出。

18、进一步的，所述异常处理模块包含异常监测单元、异常处理单元和历史数据库；

19、所述异常监测单元用于监测数据反演异常情况；通过将文件进行反演过程中的文件反演信息与历史文件反演信息作比较，判断是否出现文件反演异常情况，并确定反演异常文件；

20、所述异常处理单元用于分析异常文件反演异常情况，并将文件异常信息发送给主控单元进行状态信息回传，对反演异常情况进行报警；

21、所述历史数据库用于储存历史文件反演信息。

22、一种基于秒脉冲的多设备同步反演方法，该方法包括以下步骤：

23、s10、在显控模块中选择需要反演的文件进行下载，下发下载指令，主控模块接收到下载指令后读取反演文件中的iq数据，将iq数据进行缓存，并对iq数据缓存情况进行实时反馈；所述显控模块用于向主控模块下发文件iq数据传输和用户反演指令，并设置文件持续反演时长；所述主控模块用于接收、储存和传输的iq数据，将iq数据储存和反演信息反馈给显控模块，并控制iq数据进行反演；

24、s20、根据反馈的iq数据缓存情况，控制反演文件中的iq数据传输；当iq数据传输完成后，下发开始反演指令；

25、s30、反演iq数据，将缓存的iq数据报文拼接后通过spi进行发送，采用整型参数的报文进行iq数据传输，采用8bit+8bit+1bit的iq数据格式作为信号的同步触发，并截取iq数据的低18位为信号数据；将截取的信号数据缓存在qdr寄存器中，记录信号数据存储量；所述qdr寄存器的固定位宽为144，每6条信号数据储存在一个寄存器中；

26、读取qdr中数据，由于iq数据速率为数字单元内部处理时钟150m，而数字单元的硬件设计时钟为2.4g，因此需要对iq数据进行插值，将其变成2.4g采样下的信号，然后与载频频率进行混频，传输给dac转换器进行信号输出；

27、s40、信号数据储存完毕，进行状态回传；等待秒脉冲与预设时间相匹配后，开始输出反演信号，读取qdr中储存的信号数据；对信号数据进行插值，与载频频率进行混频后输出信号数据；

28、s50、异常处理模块实时监测文件反演情况，将文件进行反演过程中的文件反演信息与历史文件反演信息作比较，判断是否出现文件反演异常情况；当出现文件反演异常情况时，分析反演文件异常情况，将反演异常信息进行反馈，并对反演异常情况进行报警；当文件反演正常时，文件反演完毕；所述异常处理模块用于对文件iq数据反演流程进行监测，识别文件iq数据异常反演情况，并对反演异常情况进行报警。

29、进一步的，在步骤s20中，根据反馈的iq数据缓存情况，控制反演文件中的iq数据传输的方法步骤为：

30、s201、将读取文件中iq数据划分为n个数据包；其中，每个数据包的大小固定，均为1030b；

31、s202、当主控模块接收到iq数据传输指令后，拉高iq数据接收标志位，进入iq数据接收流程，并将所有接收到的iq数据缓存进ddr存储器内；其中，每当一个数据包缓存完毕时，都将数据包缓存完毕信息反馈给显控模块；

32、s203、根据反馈的当前数据包传输信息控制下一数据包进行传输；若当前数据包传输正常，则发送下一数据包；若当前数据包传输异常，则控制当前数据包重传；

33、s204、当文件中iq数据全部接收完成后，清除iq数据接收标志位；

34、其中，n表示iq数据被划分数量。

35、进一步的，在步骤s40中，将秒脉冲与预设时间相匹配的方法步骤为：

36、s401、定义寄存器bd_count，初始值时间为0；

37、s402、当秒脉冲来临时，bd_count的时间+150,000,000，并将bd_count的时间赋值给toa_count进行计数；所述toa_count用于测量信号数据到达时间；

38、s403、增加计数器addr_count，当秒脉冲来临时与150,000,000作差，并清零计数器；将toa_count的计算差值除8，得到偏差值h；

39、s404、基于偏差值h来修正数据储存地址addrb，得到修正后的数据储存地址addrb+偏差值；

40、s405、将修正后的地址addrb+偏差值与信号数据储存量作比较；当修正后的地址addrb+偏差值大于信号数据储存量时，减去多余的信号数据储存量；

41、雷达信号的产生是根据toa时间来的，只要将toa计数与北斗秒脉冲同步，就能将信号同步；北斗秒脉冲每秒会产生一个触发脉冲，一秒钟对应的时钟周期为150,000,000，每当秒脉冲上升沿来临时，将toa计数强制拉成150,000,000的倍数；

42、iq反演是根据dqr储存器地址进行取数的，由于地址总数不定并且需要循环，因此需要得出地址的偏差值，然后进行修正；需要新增一个计数器addr_count，每当秒脉冲来临时与150,000,000作差，之后计数器清零；由于dqr储存器一个地址对应八个值，因此需要将toa计数差除8，才能得到最终地址的偏差值；然后用偏差值去修正地址，addrb＝addrb+偏差值；修正后如果地址大于存入的数据量，则减去存入的数据量；由于采用微波输入时钟，微波硬件会产生时钟偏差，所以此处偏差值最多为2000/8，所以修正后的地址不会超过存入的数据量的两倍，所以最多需要进行一次减法计算。

43、进一步的，根据显控模块设置的文件持续反演时长预设值t，控制反演文件进行反演；当单文件反演时，持续对单文件进行反演信号输出，直至到达设置的反演时长预设值；

44、当多文件反演时，若当前反演文件持续时间达到预设值t，主控模块控制下一包文件进行反演，并传输下一包文件iq数据和控制命令；若当前反演文件的iq数据包传输完毕，对从iq数据截取的信号数据进行数据转发、处理及秒脉冲同步，将信号数据进行处理后输出；其中，当上一个文件由开始时间反演到预设持续时长后，将信号关断，请求下一包文件数据，并进入等待数据传输阶段，对收到的信号数据进行缓存并依次存入qdr中替换上一包文件的信号数据，当所有信号数据存储完成后进入等待状态，并实时将报文中包含的起始时间与秒脉冲做对比，当达到预设时间t后立即进行信号的释放，并进入下一轮信号产生的循环，直至全部文件反演结束。

45、进一步的，在步骤s50中，异常处理模块实时监测文件反演情况，判断是否出现文件反演异常情况；对文件反演异常情况进行分析，确定异常时间段，并对反演异常信息进行反馈；其中，方法步骤为：

46、s501、基于历史文件反演信息，得到iq数据进行正常反演时，不同iq数据包之间的反演时长间隔集合a；将集合a分别训练集p1和验证集p2；建立关于iq数据包反演异常时的风险预测模型，采用神经网络算法，将训练集p1中的iq数据包反演时长间隔输入到风险预测模型中进行训练，将训练结果与验证集p2进行交叉验证，根据交叉验证结果，得到不同iq数据包在正常反演过程中，反演时长最大间隔阈值k；

47、s502、分析当前文件进行iq数据反演时，不同iq数据包之间的反演时间间隔δt，记为集合b；其中，b＝{δt1、δt2、...、δtx}；δti表示集合b中第i个iq数据包之间的反演时间间隔大小；x表示计算的iq数据包之间的反演时间间隔数量；i＝1、2、...、x；

48、s503、将集合b中的δti分别与k作比较，根据比较结果判断文件反演异常情况，并对反演异常信息进行反馈；

49、s503-1、当δti＞k时，文件反演异常，对反演异常情况进行报警；

50、使用捕获工具对异常反演文件中的数据包进行筛选，确定各数据包之间的请求和响应关系，将请求和响应相对应的数据包作为反演数据链，确定异常反演文件中的反演数据链数量s，并确定反演数据链中的反演时间间隔数量n；对反演数据链进行分析，将存在δti＞k的反演数据链作为异常反演数据链，并将异常反演数据链中δti＞k所对应的反演时间间隔作为反演异常时间段δt，确定该反演异常时间段中的反演时间间隔数量m；根据确定的反演数据链和反演异常时间段，计算出各反演数据链的风险情况值f；根据计算公式：

51、

52、其中，δti表示第i条反演数据链中的反演异常时间段时长，由异常反演数据链中δti＞k所对应的mi个反演时间间隔累加得到；ni表示第i条反演数据链中确定的反演时间间隔数量；mi表示第i条反演数据链中反演异常时间段对应的反演时间间隔数量；i＝1、2、...s；

53、将异常反演数据链和风险情况值信息进行反馈；

54、s503-2、当δti≤k时，文件反演正常；

55、通过计算反演数据链中的反演异常时间段，将其他反演正常时间段对应的反演时间间隔进行统一化，能更好的对异常反演数据链中的风险情况值进行评估，提升了文件反演过程中进行风险评估的准确性。

56、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本技术采用ddr对数据进行缓存，通过预设工作窗，将需要定时工作的设备参数进行加载，通过秒脉冲实现多设备的时间同步，多文件反演时，通过文件内部请求和数据转发，实现多文件的循环反演，并且每个文件开始工作时间均可以通过秒脉冲对齐，增大了反演数据量，解决了定时反演功能无法有效响应的问题；同时通过监测文件反演过程，分析异常反演文件并对异常情况进行反馈，提高了文件反演系统的安全性。