基于gpu的多客户端实时频谱监控系统及其方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于频谱分析技术领域，具体涉及一种基于GPU的多客户端实时频谱监控系统及其方法。
【背景技术】
[0002]随着通信、航空航天、图像视频、军事、医疗等领域的发展，频谱分析在各个领域的应用愈来愈深，特别是在实时性要求高的情况下，需要设计与应用高速数据采集、存储和信号检测系统，以期在短时间内获取、存储和处理大量数据，特别是在卫星通信、航空航天、雷达等高端测控领域。
[0003]当前市场上的频谱仪，只能用于查看分析信号，不支持用户定制，不能对异常频谱和干扰信号进行告警，不具备数据库功能即不支持频谱回放等功能，因此无法满足用户需求。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种基于GPU的多客户端实时频谱监控系统及其方法，实现频谱的自动监测和实时告警。
[0005]本发明所采用的技术方案为:
基于GPU的多客户端实时频谱监控系统，其特征在于:
包括频谱采集板、光纤接口板、GPU板、机箱、服务器和频谱监控终端;频谱采集板位于机箱内，和光纤接口板通过4路光口互联;光纤接口板位于服务器内，和服务器通过PCIe互联;GPU板位于服务器内，和服务器通过PCI e互联;服务器和频谱监控终端通过网络互联。
[0006]频谱采集板包括频谱采集载板和ADC采集子板；
频谱采集载板配置两块FMC连接器，一个与ADC采集子板互联，另一个实现光口输出；频谱采集载板上另外配置有FPGA，FPGA的I个Quad实现光口输出；
ADC采集子板配置2片高速ADC采集芯片，并留有用于信号输入中频接口。
[0007]光纤接口板上集成有用于传输控制及PCIe接口的实现的FPGA。
[0008]基于GPU的多客户端实时频谱监控系统的监控方法，其特征在于:
包括以下步骤:
ADC采集子板完成信号高速AD采集，和频谱采集载板通过FMC互联，传输协议采用串行Rapid1; ADC采集子板配置2片高速ADC采集芯片，同时支持两通道数据采集；
光纤接口板经过光口接收来自频谱采集载板传输的采集数据，经PCIe总线实现数据到服务器的传输;光纤接口板支持4路光纤通道，板上集成的FPGA用于传输控制及PCIe接口的实现；
GPU板完成信号频谱计算以及多个载波特征参数盲估计，计算的特征参数有功率、中心频率、带宽、载噪比、信噪比、码元速率、调制方式;系统识别的调制方式有BPSK、QPSK、8PSK、16QAM和16APSK; GRJ板处理完的数据存入Mongo数据库，与监控终端构成B/S系统，用于进行告警回溯或者频谱回放；
Server服务端根据客户请求，发送指令给各个服务器，各服务器进行相应处理；随后Server服务端将处理后数据以及告警信息存入Mongo数据库，同时将数据发送给频谱监控终端；
服务器和频谱监控终端通过网络互联，以组播方式向各个监控终端发送数据。
[0009]本发明具有以下优点:
本发明将GPU、数据库和监控终端结合使用，通过高速ADC和高性能FPGA以及高速光纤接口与PCIe接口实现实时信号采集与传输，通过高性能服务器和GPU并行运算实现对信号的分析、频谱计算、特性参数提取以及告警生成，并通过网络分发至各监控终端进行频谱监控，同时将数据存储至服务器。服务器和监控终端之间构成B/S系统，最终实现本地及远端对频谱的监控功能。具体具有以下优势:
1.支持频谱回放；
2.允许用户定制监视计划，能够实现对信号非正常状态和干扰信号的实时告警；
3.支持通过告警回溯异常频谱；
4.带宽50MHz情况下分辨率达2KHz，监控终端上频谱刷新率每秒达5次以上；
5.频谱分辨率最精细可达1Hz;
6.监控终端可4分屏，允许同时监控4通过信号，每个屏能够自由缩放、拖拽；
7.频谱最大值最小值具有保持功能，Mark点可设置在最大值/当前值/最小值任意条曲线上；
8.支持Amark功能；
9.允许查看单个载波的特征参数信息；
10.支持报表导出。
【附图说明】
[0010]图1是本发明具体实施的系统框图。
[0011 ]图2是本发明具体数据流图。
[0012]图3是本发明具体实施频谱采集载板和ADC采集子板框图。
[0013]图4是本发明具体实施光纤接口板框图。
[0014]图5是本发明具体实施分布式数据库拓扑图。
[0015]图6是本发明具体实施监控终端操作界面图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合【具体实施方式】对本发明进行详细的说明。
[0017]本发明涉及的基于GPU的多客户端实时频谱监控系统，包括频谱采集板、光纤接口板、GPU板、机箱、服务器和频谱监控终端;频谱采集板位于机箱内，和光纤接口板通过4路光口互联;光纤接口板位于服务器内，和服务器通过PCIe互联;GPU板位于服务器内，和服务器通过PCIe互联;服务器和频谱监控终端通过网络互联。
[0018]频谱采集板包括频谱采集载板和ADC采集子板;频谱采集载板配置两块FMC连接器，一个与ADC采集子板互联，另一个实现光口输出；频谱采集载板上另外配置有FPGA，FPGA的I个Quad实现光口输出；ADC采集子板配置2片高速ADC采集芯片，并留有用于信号输入中频接口。频谱采集载板通过VPX连接器与机箱背板互联。
[0019]光纤接口板上集成有用于传输控制及PCIe接口的实现的FPGA。
[0020]上述基于GPU的多客户端实时频谱监控系统的监控方法，包括以下步骤:
I )ADC采集子板完成信号高速AD采集，和频谱采集载板通过FMC互联，传输协议采用串行Rapid1，传输速率达5Gbps/lane; ADC采集子板配置2片高速ADC采集芯片，同时支持两通道数据采集。
[0021 ] 2)光纤接口板经过光口接收来自频谱采集载板传输的采集数据，经PCIe总线实现数据到服务器的传输;光纤接口板支持4路光纤通道，实现最高5Gbps的全双工数据传输。板上集成的FPGA用于传输控制及PCIe接口的实现，通过PCIe总线与服务器进行数据传输，最高支持8x PCIe REV.2.0i 5Gbps传输速率。
[0022]3)GPU板完成信号频谱计算以及多个载波特征参数盲估计，计算的特征参数有功率、中心频率、带宽、载噪比、信噪比、码元速率、调制方式；系统识别的调制方式有BPSK、QPSK、8PSK、16QAM和16APSK。
[0023]4)GPU板处理完的数据存入Mongo数据库，与监控终端构成B/S系统，用于进行告警回溯或者频谱回放。数据库采用分布式结构，拓扑结构如图5所示。
[0024]5)SerVer服务端根据客户请求，发送指令给各个服务器，各服务器进行相应处理；随后Server服务端将处理后数据以及告警信息存入Mongo数据库，同时将数据发送给频谱监控终端;为保证频谱数据存储至少3天，存储空间需2TB，如果需要的存储时间更长，可以扩充存储空间。用于频谱/告警等数据存储的硬盘组成raid，以提高读写速率。
[0025]6)服务器和频谱监控终端通过网络互联，以组播方式向各个监控终端发送数据。
[0026]频谱监控终端操作界面如图6所示，I为菜单栏，2为用户添加的监视通道，3为在2中选中的通道下的载波列表，4为频谱显示区域，可一分屏、二分屏、四分屏，5为告警显示区域。整个频谱监控终端通过Qt语言实现，界面美观操作简单，且功能强大。
[0027]上述各个部分构成实时频谱监视系统，支持的功能有:回放模式、多分辨率模式、导入数据库、制定监视计划、报表导出、告警/操作记录查询、用户管理、标记/移动/管理Mark点、最大/最小值保持功能、Mark点可在标记在最大/当前/最小值曲线上、Amark功能、载波识别、告警回溯等。
[0028]50MHz带宽分辨率2KHz下，频谱刷新率达5次以上，满足实时性要求。且支持多种分辨率模式，最精细达1Hz。
[0029]频谱显示部分可四分屏，每屏可随意缩放拖拽，方便用户查看。
[0030]本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
【主权项】
1.基于GRJ的多客户端实时频谱监控系统，其特征在于: 包括频谱采集板、光纤接口板、GPU板、机箱、服务器和频谱监控终端;频谱采集板位于机箱内，和光纤接口板通过4路光口互联;光纤接口板位于服务器内，和服务器通过PCIe互联;GPU板位于服务器内，和服务器通过PCI e互联;服务器和频谱监控终端通过网络互联。2.根据权利要求1所述的基于GRJ的多客户端实时频谱监控系统，其特征在于: 频谱采集板包括频谱采集载板和ADC采集子板； 频谱采集载板配置两块FMC连接器，一个与ADC采集子板互联，另一个实现光口输出；频谱采集载板上另外配置有FPGA，FPGA的I个Quad实现光口输出； ADC采集子板配置2片高速ADC采集芯片，并留有用于信号输入中频接口。3.根据权利要求1所述的基于GRJ的多客户端实时频谱监控系统，其特征在于: 光纤接口板上集成有用于传输控制及PCIe接口的实现的FPGA。4.基于GRJ的多客户端实时频谱监控系统的监控方法，其特征在于: 包括以下步骤: ADC采集子板完成信号高速AD采集，和频谱采集载板通过FMC互联，传输协议采用串行Rapid1; ADC采集子板配置2片高速ADC采集芯片，同时支持两通道数据采集； 光纤接口板经过光口接收来自频谱采集载板传输的采集数据，经PCIe总线实现数据到服务器的传输;光纤接口板支持4路光纤通道，板上集成的FPGA用于传输控制及PCIe接口的实现； GPU板完成信号频谱计算以及多个载波特征参数盲估计，计算的特征参数有功率、中心频率、带宽、载噪比、信噪比、码元速率、调制方式;系统识别的调制方式有BPSK、QPSK、8PSK、16QAM和16APSK; GPU板处理完的数据存入Mongo数据库，与监控终端构成B/S系统，用于进行告警回溯或者频谱回放； Server服务端根据客户请求，发送指令给各个服务器，各服务器进行相应处理；随后Server服务端将处理后数据以及告警信息存入Mongo数据库，同时将数据发送给频谱监控终端； 服务器和频谱监控终端通过网络互联，以组播方式向各个监控终端发送数据。
【专利摘要】本发明涉及的一种基于GPU的多客户端实时频谱监控系统及其方法，包括频谱采集板、光纤接口板、GPU板、机箱、服务器和频谱监控终端；频谱采集板位于机箱内，和光纤接口板通过4路光口互联；光纤接口板位于服务器内，和服务器通过8xPCIe互联；GPU板位于服务器内，服务器通过PCIe互联；服务器和频谱监控终端通过网络互联；频谱采集板包括频谱采集载板和ADC采集子板；频谱采集载板配置两块FMC连接器，一个与ADC采集子板互联，另一个实现光口输出；ADC采集子板配置2片ADC采集芯片，并留有中频接口用于信号输入。本发明分析精度高、运行稳定可靠，具有较强的兼容性，满足客户需求，便于用户在本地及远端能够进行实时全网频谱监测。
【IPC分类】H04B17/30, H04L12/24
【公开号】CN105656575
【申请号】
【发明人】崔倩, 谭金林, 胡琼, 张朗, 孟明, 胡鹏涛
【申请人】西安航天恒星科技实业(集团)公司
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2016年3月24日