[發(fā)明專利]利用以太網(wǎng)傳輸測控信號的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811483276.4
• 申請日: 2018-12-06
• 公開（公告）號: CN109547453A
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曾富華;劉敏;黃凌;仇三山;黃英;邵永杰;劉磊
• 申請（專利權(quán)）人: 西南電子技術(shù)研究所（中國電子科技集團(tuán)公司第十研究所）
• 主分類號: H04L29/06
• 分類號: H04L29/06;H04L1/00;H04L12/28;H04L12/46;H04L29/08
• 代理公司: 成飛(集團(tuán))公司專利中心 51121
• 代理人: 郭純武

本發(fā)明提出了一種利用以太網(wǎng)傳輸測控信號的方法，利用本發(fā)明能夠克服網(wǎng)絡(luò)抖動和延遲對信號相位連續(xù)性的影響，可以避免直接傳輸數(shù)字信號造成網(wǎng)絡(luò)資源的浪費。本發(fā)明通過下述流程予以實現(xiàn)：模擬測控信號首先通過A/D采樣及數(shù)字混頻得到零中頻基帶信號，然后進(jìn)行多頻點多信號組幀，壓縮處理為最小單位傳輸幀，最小傳輸幀加入差錯控制信息并通過網(wǎng)絡(luò)處理模塊后經(jīng)以太網(wǎng)發(fā)送。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)在接收端通過網(wǎng)絡(luò)處理模塊解析得到傳輸幀，然后經(jīng)過數(shù)據(jù)緩存、時域刪除幀插入、差錯控制和異常幀處理等模塊進(jìn)行針對信號相位連續(xù)性的處理，再經(jīng)信號解壓縮恢復(fù)出零中頻基帶信號，最后由混頻和D/A處理得到模擬信號。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種測距、測速及信息解調(diào)等相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域，通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包傳輸測控信號的方法。

背景技術(shù)

工業(yè)以太網(wǎng)則以其成熟的技術(shù)、良好的開放性、應(yīng)用的廣泛性和易于實現(xiàn)企業(yè)綜合自動化的信息集成,已成為測控技術(shù)領(lǐng)域的一大趨勢。特別是近年來，由于快速以太網(wǎng)的出現(xiàn)和性能不斷提升，基于以太網(wǎng)的測控系統(tǒng)在工業(yè)控制領(lǐng)域逐漸得到推廣。但在航天測控領(lǐng)域，由于受實時性、高可靠性的影響，基于以太網(wǎng)的測控網(wǎng)在航天測控領(lǐng)域使用較晚。基于以太網(wǎng)的航天測控系統(tǒng)需要實現(xiàn)的一項重要技術(shù)是航天測控數(shù)據(jù)的傳輸，要求具有一定的實時性和高可靠性。要實現(xiàn)航天測控數(shù)據(jù)的實時可靠傳輸，除了從硬件方面合理設(shè)計網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，選取高性能的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備外，軟件方面測控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)也應(yīng)精心設(shè)計，才能與硬件協(xié)調(diào)配合共同完成數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)，以達(dá)到航天測控系統(tǒng)對數(shù)據(jù)傳輸實時性和可靠性要求。在傳統(tǒng)的測控系統(tǒng)中，基于以太網(wǎng)的分布式測控系統(tǒng)其最大優(yōu)點是，可實現(xiàn)上層管理的信息網(wǎng)絡(luò)與底層測控網(wǎng)絡(luò)的無逢連接,但是,工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用環(huán)境一般較為惡劣,如高溫與高濕、振動與沖擊、輻射與干擾等,其中以太網(wǎng)的實時性是影響測控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕蛩亍Ｔ谝蕴W(wǎng)測控系統(tǒng)中,綜合測試系統(tǒng)中的各測控單元(網(wǎng)絡(luò)節(jié)點,如傳感器、智能儀表等)的執(zhí)行一般存在時間上的順序關(guān)系。實時數(shù)據(jù)按照時間要求級別高低，可分為強(qiáng)實時數(shù)據(jù)、準(zhǔn)實時數(shù)據(jù)和弱實時數(shù)據(jù)。對于時延要求非常高的強(qiáng)實時數(shù)據(jù)，必須充分保證其帶寬，盡量減少信道竟?fàn)幰鸬臅r延，縮短碰撞域。由于各測控單元、測控子網(wǎng)眾多而又分散化,測控子網(wǎng)之間需要協(xié)調(diào)同步工作時,也要進(jìn)行大量信息交換。測控子網(wǎng)對其訪問頻繁,由此產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量則很大, 加大了網(wǎng)絡(luò)通信負(fù)荷,降低了網(wǎng)絡(luò)性能,而網(wǎng)絡(luò)性能的下降最終又影響控制性能,甚至使整個測控網(wǎng)絡(luò)癱瘓。它們在網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)傳輸(傳輸?shù)拈_始和每次需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量)是隨機(jī)的,傳輸距離有遠(yuǎn)有近,因而信息傳輸?shù)臅r延也是隨機(jī)的(以太網(wǎng)上典型的傳輸時延為5Ls/km)。測控數(shù)據(jù)或多媒體流的實時傳輸對網(wǎng)絡(luò)通信的要求較為嚴(yán)格，信息的成功發(fā)送不僅取決于數(shù)據(jù)幀的完整性，更取決于傳輸時延。時延是指數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)的兩個節(jié)點之間傳送的平均往返時間，包括固定時延和可變時延(網(wǎng)絡(luò)擁塞)，測控數(shù)據(jù)要求端到端的傳輸時延＜100ms。另外,子網(wǎng)結(jié)構(gòu)的不同,所采用通信協(xié)議的不同以及子網(wǎng)中節(jié)點數(shù)量的不同,都將帶來不同的網(wǎng)絡(luò)傳輸效率,這種隨機(jī)性與實時性時序要求的時間確定性之間是矛盾的。由于整個系統(tǒng)的復(fù)雜性,各節(jié)點的傳輸時延一般難于較準(zhǔn)確的確定,也就是說,接收方接收數(shù)據(jù)的時刻總是遲于發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)的時刻。以太網(wǎng)采用的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議CSMA/CD的非確定性是引起測控系統(tǒng)非實時性的本質(zhì)原因，并且站點占用信道太長而影響其他站點的通信。隨著網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的增大,傳輸性能將惡化，系統(tǒng)趨于不穩(wěn)定。

傳統(tǒng)的測控系統(tǒng)的測控信號的傳輸通常采用點對點專用信號線和開關(guān)矩陣的方式。對于大型的系統(tǒng)，設(shè)備連接關(guān)系復(fù)雜，需要大量信號傳輸電纜，相互干擾嚴(yán)重，可擴(kuò)展性差，重組的靈活度低。基于以太網(wǎng)的分布式測控系統(tǒng)通過以太網(wǎng)傳輸測控信號，利用其成熟的技術(shù)、良好的開放性、應(yīng)用的廣泛性以及易于實現(xiàn)企業(yè)綜合自動化的信息集成等優(yōu)點可實現(xiàn)上層管理的信息網(wǎng)絡(luò)與底層測控網(wǎng)絡(luò)的無縫連接，克服原有測控系統(tǒng)的諸多弊端。但是，傳統(tǒng)用于測距、測速、相干解調(diào)等的信號對相位連續(xù)性有較高的要求，由于各測控單元、測控子網(wǎng)眾多而又分散化，它們在網(wǎng)絡(luò)上傳輸數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r延都具有隨機(jī)性。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包發(fā)送的延遲不固定特性會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包抖動，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸測控信號可能造成信號不連續(xù)的問題。如果在接收端直接恢復(fù)數(shù)字信號會導(dǎo)致信號無法連續(xù)，進(jìn)而影響測速測距等的精度。另外，由于數(shù)字信號處理采用均勻時間采樣，數(shù)據(jù)量較大，直接傳輸數(shù)字信號會造成網(wǎng)絡(luò)資源的浪費。