[發(fā)明專利]實時檢測數(shù)字相控陣時頻信號故障及其恢復(fù)處理方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011190626.5
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112332835B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張帆;曾富華
• 申請（專利權(quán)）人: 西南電子技術(shù)研究所(中國電子科技集團公司第十研究所)
• 主分類號: H03L7/08
• 分類號: H03L7/08;H03L7/093;H03L7/091;H03L7/18
• 代理公司: 成飛(集團)公司專利中心 51121
• 代理人: 郭純武

本發(fā)明提出的一種實時檢測數(shù)字相控陣時頻信號故障及其恢復(fù)處理方法，旨在提供一種虛警率小，穩(wěn)健可靠的處理方法。本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：在時鐘故障檢測中，鎖相環(huán)鎖定指示累計積分處理判斷時鐘真實鎖定狀況，通過時鐘鎖定—失鎖—再鎖定判決機制，決定是否觸發(fā)系統(tǒng)重同步操作；在同步信號故障檢測中，通過測量時鐘計數(shù)器分頻得到同步信號與外同步信號相位差值，通過多次測量相位值找到跳變點，并對其進行中值濾波，剔除野值后得到的跳變點加半個時鐘周期對應(yīng)的相位值，與上一次設(shè)置的最佳采樣對應(yīng)相位值進行比較，當二者不等則認為同步信號出現(xiàn)過故障，同步信號判決模塊輸出重同步觸發(fā)信號觸發(fā)重同步操作，重新恢復(fù)數(shù)字相控陣系統(tǒng)正常工作。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種主要用于航天測控、導航系統(tǒng)中數(shù)字相控陣時頻信號故障檢測，以及故障消失后，數(shù)字相控陣系統(tǒng)自動恢復(fù)正常工作處理方法。

背景技術(shù)

大型數(shù)字相控陣天線是由眾多子陣組合而成，而子陣一般為線陣或者行列可控的陣列。相控陣技術(shù)是建立在天線陣列技術(shù)、信號和數(shù)據(jù)處理技術(shù)以及微電子技術(shù)等多學科綜合成果的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。隨著系統(tǒng)工作電磁環(huán)境的日益惡化、輻射單元數(shù)量與日俱增, 相控陣天線在日常工作過程中不可避免地會產(chǎn)生故障現(xiàn)象。其中,時頻信號作為有源相控陣天線核心部件,一旦出現(xiàn)該障將導致陣元失效,從而引起天線探測性能的下降，會嚴重影響相控陣性能的充分發(fā)揮。當相控陣天線時頻信號發(fā)生故障后,如何通過監(jiān)測其狀態(tài),及時對出現(xiàn)故障的天線單元進行快速定位并排除故障,排除故障后迅速恢復(fù)相控陣天線的性能,對相控陣天線的快速測試性和快速可診斷性等均提出了越來越高的要求,目前仍然是一項十分復(fù)雜的技術(shù)難題。

大規(guī)模數(shù)字相控陣系統(tǒng)以子陣為單位，大型數(shù)字相控陣系統(tǒng)天線子陣數(shù)量少則幾十，多則上千，當個別天線單元出現(xiàn)故障時很難在短期內(nèi)找出故障點，還不能對整個相控陣天線進行實時監(jiān)測控制；而且在使用過程中，經(jīng)常因為一些特殊原因造成相控陣天線系統(tǒng)的傳輸支路不能良好地傳輸信號，而操作人員不能及時發(fā)現(xiàn)故障點，只能被動地監(jiān)測后才能逐步定位故障。隨著輻射單元數(shù)量的增加,診斷的規(guī)模將呈指數(shù)遞增,完成診斷識別過程、檢測及其求解的速度也會大打折扣，甚至導致測量不準確，降低系統(tǒng)故障診斷的準確率，造成誤判或漏判，故障部位難以定位，這給相控陣天線的應(yīng)用帶來了很大的不便。時頻信號，作為數(shù)字相控陣系統(tǒng)最重要部件，是整個數(shù)字相控陣系統(tǒng)的心臟。數(shù)字相控陣列時頻信號往往通過同軸線或者光纖傳輸?shù)讲煌雨嚕趥鬏斶^程中因機械振動、外界干擾、抑或時頻信號源端均可能出現(xiàn)故障。一旦出現(xiàn)故障將會導致整個系統(tǒng)無法正常運行。時鐘故障一般表現(xiàn)為時鐘參考源丟失、本地時鐘單元失鎖等；同步信號故障一般表現(xiàn)為同步信號周期不對，同步信號與時鐘信號之間的相位關(guān)系發(fā)生變化等。同步信號故障會導致子陣內(nèi)和陣間不同步。子陣陣內(nèi)與陣間不同步，意味作子陣陣內(nèi)或陣間各通道間的相位合成會出現(xiàn)損失，而從影響下行接收合成增益或者上行發(fā)射等效全向輻射功率(Effective IsotropicRadiated Power，ERIP)，最終使得數(shù)字相控陣天線的輻射特性變差。

同步信號與時鐘直接關(guān)系到整個系統(tǒng)高速通信的準確性、穩(wěn)定性、可靠性以及影響系統(tǒng)性能指標。數(shù)字相控陣中時頻信號包括時鐘信號和同步信號。時鐘信號為時鐘芯片提供參考時鐘；時鐘信號是模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog to Digital Converter，ADC)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(Digita to Analog Converter，DAC)采樣時鐘，現(xiàn)場可編程門陣列(Filed ProgrammableGate Array，F(xiàn)PGA)數(shù)字相控陣系統(tǒng)時鐘，吉比特收發(fā)器(Gigabit Transceiver with LowPower)GTP參考時鐘的時間基準。同步信號為子陣內(nèi)與子陣間提供統(tǒng)一參考源，確保子陣內(nèi)與子陣間同步。隨著相控陣天線陣列數(shù)目的增加,當時鐘或者同步信號出現(xiàn)異常，整個系統(tǒng)將無法正常工作或者性能損失巨大。一般要求設(shè)備最后具備高度自動化運行能力。因此，健壯的數(shù)字相陣控系統(tǒng)，需要具備對時頻故障實時、可靠監(jiān)測，且能夠在故障消失或者解決后自動恢復(fù)工作能力。數(shù)字相控陣系統(tǒng)如果需不具備自恢復(fù)能力，則需要人工介入恢復(fù)系統(tǒng)正常工作。人工的操作不足之處在于費時、費力、且實時性極低。

發(fā)明內(nèi)容