[发明专利]一种基于FPGA的光纤数据传输精确时间同步方法

说明书

本发明涉及一种基于FPGA的光纤数据传输精确时间同步方法，其中包括：光纤数据发送端在触发脉冲到来时将唯一定义的COMMA字符或由COMMA字符及其他字符组合而成的数据作为该帧光纤数据包包头第一个数据，其他信息数据和控制命令都跟随在其后面；光纤数据接收端从接收到的光纤数据包中探测COMMA字符，并没有利用传统方式中的将COMMA字符作为串并转换对齐序列处理，而只是利用该COMMA字符的唯一性作为每帧光纤数据的同步触发命令；光纤数据接收端在探测到COMMA字符后根据COMMA字符位置对产生同步触发信号的时钟进行相应的延时，以确保所有光纤数据接收端在根据COMMA字符产生的时间同时恢复出光纤数据发送端的同步触发信号。

技术领域

本发明涉及一种基于光纤数据传输的精确时间同步方法。尤其涉及一种在相控阵雷达领域中有源天线面阵内大量的数字T/R组件的精确时间同步。

背景技术

随着相控阵雷达技术的发展，构成有源天线面阵的器件由模拟T/R组件向数字T/R组件及瓦片式子阵的方向发展，在没有获得革命性的技术变革之前，T/R组件即是核心器件，也是数量最多的器件，大量的数字T/R组件需要在精确的同步时间下同时进行工作，同时产生几乎没有相位差的信号。在处理速率比较低的年代，最常见的做法是通过差分对以电信号的方式将同步触发信号发送给每个组件。但随着相控阵雷达中单通道发射功率的增大、有源面阵规模的扩大、以及器件处理速率的提升，采用差分对来传输电信号同步触发的方式面临越来越大的噪声干扰、电磁干扰，以及传输抖动、处理时钟的抖动、同步触发信号上升沿陡峭程度减缓等干扰因素，使得这种方式的可靠性急剧下降。

在技术发展过程中，有源天线面阵需要发射的信号形式越来越多样化和复杂化，工作脉冲宽度的变化、工作周期的捷变等因素使得有源天线面阵中的数字T/R组件难以满足自行产生信号的要求，将信号产生向系统后级移动，仅提供产生好的数字基带信号给数字T/R组件这种方式孕育而生。通常采用光纤传输的方式将数字基带信号发送到有源天线面阵中的数字T/R组件。虽然发送给每个数字T/R组件的基带信号都是相同的，但是根据天线面阵资源调度的灵活性要求，在同一时刻对每个数字T/R组件的控制是完全不同的，所以每个数据接收端都有对应的光纤与数据发送端直接相连。在此基础上可以利用这根本就必不可少的光纤，通过在数据发送端对传输数进行特殊编码，以及在数据接收端增加同步解码逻辑等方式，取代使用差分对以电信号的形式传输同步触发。既能解决噪声及电磁干扰对电触发的影响，提升可靠性，也能减少有源天线面阵与后级资源调度之间的物理连线，降低成本，简化设计，降低调试及维护难度。

通常在数字T/R组件中都由FPGA来完成数字信号的收发及处理，FPGA芯片生产厂商提供了高速串行接口的IP核来简化设计者对芯片内特定资源的调用，缩短设计开发周期。但是随着芯片的迭代，早期芯片内部的接口逻辑存在不确定延时，现阶段不同型号的芯片所支持的IP核的开放程度不同。无论是早期芯片还是现在的芯片，简单利用厂商提供的IP核都无法完成基于光纤数据传输的时间同步。目前在相控阵雷达中，数字T/R组件的时间同步大多是采用基于差分电信号的方式来传输同步触发信号，这种方式在抗干扰、自身健壮性方面存在较大的缺陷，同步触发信号易收到外部电磁干扰或时钟抖动的影响，从而影响时间同步的准确性。而基于光纤传输时间同步信号的方式又受限与对芯片硬件资源利用的复杂性，使得过于依靠芯片厂家的开放程度。

发明内容

本发明解决了基于FPGA的光纤数据传输精确时间同步受限于FPGA芯片型号及其厂家提供的高速串行收发器核约束的问题，仅利用高速串行收发器的基本原理实现了时间的精确同步，利用芯片的共性物理特征，绕开了厂商IP核的限制，提出了一种适用性更广的方法，可应用与不同型号不同种类的芯片。