一种基于光纤链路的高精度触发同步方法与流程

本发明属于相控阵雷达技术领域，涉及相控阵雷达系统同步。

背景技术：

旧式相控阵雷达由发射机、移相衰减网络和天线阵列组成。由于只有一个发射机，其对信号的同步性还未有很高要求。但随着有源相控阵雷达技术研究和装备研制的不断深入，相控阵雷达并不是由单个完全独立的天线单元组成，而是由具有数个或十数个通道的数字tr组件，甚至更多通道的子阵组成的。此时的信号由tr组件或子阵单独形成和接收，由于产生的信号形式相同，相位可控，它们在空间也可以实现波束形成。由于信号由多个部分独立产生，每部分产生信号的同步程度将对最后的波束合成产生很大影响。

目前，相控阵雷达同步方式多为电触发同步，通过触发分配模块产生电触发脉冲，在tr组件中取样该电触发脉冲，以达到面阵定时的作用。归根结底这是一种电平边沿采样方式，以时钟频率去取样电平边沿，其时间精度一定和时钟频率在同一个量级，如果电路设计不好，同步精度往往在2～3个时钟周期。然而，实际应用中相控阵雷达的同步精度必须小于单个时钟周期，甚至半个时钟周期。因此，这种同步方式很容易不稳定，需要进一步优化硬件与软件原理算法，以达到更高的精度。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提出的一种基于光纤链路的高精度触发同步方法，包括：1)光纤链路设计；2)数据编解码方式；3)时钟设计。在光纤分发的数据传输系统中，严格控制光纤链路路径，并在主机端配以具有同步对齐触发作用的编码实现方式，在多个从机接收端完成解码，并在同相时钟下恢复出高精度的同步对齐触发信号，实现主机与多个从机光纤链路的高精度同步。该发明具有较好的通用性和实用性。

实现本发明目的的技术解决方案包括如下步骤：

1)控制接收端光模块、fpga为同一型号，并且各通道光纤等长，以保证光纤链路物理延迟基本一致。

2)通过对主机正常发送的数据进行8b/10b编码外，周期性的加入两个完全相同的有别于闲时k字符的k码对齐符，

3)在多个从机接收端利用k码对齐符进行数据对齐，并在同相时钟下产生同步触发信号，并实现高精度同步。

本发明与传统的电触发等同步触发方式的10ns级别的同步精度相比，可将同步精度控制在100ps数量级，较大提高了触发同步的精度，进而有效的提高相控阵雷达同步性能，对于相控阵雷达高精度同步定时具有广泛的指导意义。

附图说明

图1为发送数据格式。

图2为一种基于光纤链路的高精度触发同步方法原理图。

具体实施方式

(1)光纤链路系统硬件处理

a.时钟设计

光纤信号发送端与接收端的时钟同源，即保证系统时钟频率完全一致，以保证光纤信号传输过程稳定可靠。保证光纤信号接收端时钟相位一致。不同的信号接收端在实现数据对齐后，光纤数据接收模块会产生一个恢复时钟，理论上恢复时钟是具有同步性的，但是不同接收端产生的恢复时钟的相位一致性是比不上同相参考时钟的。将恢复的同步触发信号锁存到参考时钟域下，可进一步提升同步信号的精度，并一定程度上消除物理链路带来的误差。

b.光纤物理链路处理

光纤信号发送模块到各个光纤信号接收模块的光纤长度一致，并且光纤信号接收端光模块及fpga型号和批次一致，并且光纤速率相同，以降低硬件差异所带来的系统误差。

(2)光纤信号产生及编码

光纤信号产生即编码处理方法为：光纤信号产生端在编码时，除了对正常发送的数据进行8b/10b编码外，还要周期性的加入k码对齐符。值得注意的是，在传统的gtx传输过程中，为了保证传输的稳定性，在传输闲时会发送k字符，但是为了保证运行差异(runningdisparity)，也即直流平衡，这些k字符将以rd+、rd-编码随机出现。故此作为对齐的k字符要有别于闲时k字符，以保证运行差异。发送数据格式如图1所示。

不论是使用内置8b/10b编码器进行，还是使用程序进行编码，都应保证对齐k字符是相同的码组，同时为了保证运行差异，在后续的编码中重新启用编码直流平衡功能。

(3)信号接收端数据对齐及同步触发产生

由于主机会周期性的发送连续两个完全一样的对齐k字符。这样在信号接收端禁用了内置编码器的光信号接收器就会解出对齐k字符20个筒形移位结果中的任意一个，利用rxslide信号对接收时钟和接收数据进行移位，直到输出结果为对齐k字符为止，即完成了数据对齐。完成数据对齐后，对光纤信号进行解码并找到对应的触发标志，产生同步触发信号，并将同步触发信号锁存到同相参考时钟下，就产生了高精度的同步触发信号，继而实现了系统的高精度同步。

技术特征：

1.一种基于光纤链路的高精度触发同步方法，其特征在于：在光纤分发的数据传输系统中，严格控制光纤链路路径，并在主机端配以具有同步对齐触发作用的编码实现方式，在多个从机接收端完成解码，并恢复出高精度的同步对齐触发信号，实现主机与多个从机光纤链路的高精度同步。

2.一种根据权利要求1所述的基于光纤链路的高精度触发同步方法，其特征在于：主机在编码时，除了对正常发送的数据进行8b/10b编码外，还要周期性的加入k码触发对齐符，并且k码触发对齐符完全相同并成对出现，同时对齐的k字符要有别于其他数据传输控制k字符，以保证触发对齐字符的唯一性和周期性。

3.一种根据权利要求1所述的基于光纤链路的高精度触发同步方法，其特征在于：所述光纤链路为：各接收端光模块及fpga为同一型号，并且各传输通道光纤等长，以保证光纤链路物理延迟基本一致。

4.一种根据权利要求1或权利要求3所述的基于光纤链路的高精度触发同步方法，其特征在于：各接收端时钟频率与相位一致，以保证接收端参考时钟边沿对齐，在进行数据对齐和跨时钟处理后，进一步提高同步精度。

技术总结
本发明涉及一种基于光纤链路的高精度触发同步方法。针对目前雷达电触发同步精度差，跳相问题严重的现状，通过对光纤传输的物理链路设计和规范，并在软件端严格控制信号经发端FPGA——光模块——光纤——光模块——收端FPGA的底层路径，实现了信号传输时间的严格控制，并用VHDL语言以软件的方式实现数据的软编/解码，取代芯片内置硬核编解码器，再通过接收端数据对齐的方式，将信号传输延迟精度精确到光信号传输的比特流时钟周期的量级，从而实现了系统间的高精度同步。该发明具有较好的通用性和实用性。

技术研发人员：胡子扬;杨阳;陈文锋
受保护的技术使用者：中国船舶重工集团公司第七二四研究所
技术研发日：2020.01.08
技术公布日：2020.06.05