合成孔径雷达控制接口网络

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合成孔径雷达控制接口网络
申请号	CN201410096231.7	申请日	2014-03-14	公开(公告)号	CN103888333A	公开(公告)日	2014-06-25
申请人	中国科学院电子学研究所;			发明人	李和平; 王岩飞; 徐向辉; 韩松; 朱晨; 张克功; 张建龙;
摘要	本发明提供了一种合成孔径雷达控制接口网络。该合成孔径雷达控制接口网络包括：多个控制接口节点以及将这些控制接口节点连接为环形拓扑网络的传输介质；控制接口节点包括：采用网络接口芯片作为输入输出接口的一个主节点和若干个从节点，其中：主节点用于发起和终止控制信息数据包，该控制信息数据包在环形拓扑网络的各个控制接口节点中依次传输，包括对应每一从节点的信息区段，该信息区段包括对该从节点进行控制的控制指令；从节点用于接收控制信息数据包，从该控制信息数据包对应该从节点的信息区段中解析出与该从节点相对应的控制指令。本发明合成孔径雷达控制接口网络具有速度快，效率高，可靠性高，组网方便，可维修性增强等优点。
权利要求	1.一种合成孔径雷达控制接口网络，其特征在于，包括：多个控制接口节点以及将这些控制接口节点连接为环形拓扑网络的传输介质；所述控制接口节点包括：采用网络接口芯片作为输入输出接口的一个主节点和若干个从节点，其中：所述主节点用于发起和终止控制信息数据包，该控制信息数据包在所述环形拓扑网络的各个控制接口节点中依次传输，包括对应每一从节点的信息区段，该信息区段包括对该从节点进行控制的控制指令；所述从节点用于接收所述控制信息数据包，从该控制信息数据包对应该从节点的信息区段中解析出与该从节点相对应的控制指令，将该控制信息数据包传输给下一控制接口节点。 2.根据权利要求1所述的合成孔径雷达控制接口网络，其特征在于，在从节点传输给下一控制接口节点的控制信息数据包中，对应该从节点的信息区段的控制指令被清除或保持不变。 3.根据权利要求1所述的合成孔径雷达控制接口网络，其特征在于，所述传输介质将所述多个控制接口节点连接成为正向和反向两个环形拓扑网络，由主节点发起的控制信息数据包分别沿该两个环形拓扑网络在各个从节点中依次传输。 4.根据权利要求3所述的合成孔径雷达控制接口网络，其特征在于，所述正向和反向两个环形拓扑网络相互独立，所述控制信息数据包在两个环形拓扑网络中独立传输，其中所述两个环形拓扑网络其中之一作为主控制网络，其中另一作为该主控制网络的备份控制网络。 5.根据权利要求3所述的合成孔径雷达控制接口网络，其特征在于，所述控制信息数据包的信息区段中还包括：相应从节点的状态信息位；所述从节点还用于在接收到所述控制信息数据包后，将该从节点的状态信息写入到该从节点相应信息区段的状态信息位。 6.根据权利要求5所述的合成孔径雷达控制接口网络，其特征在于，所述从节点包括：两个输入接口、两个输出接口、控制单元和局部接口，其中：所述两个输入接口分别对应正向和反向环形拓扑网络的输入接口；所述两个输出接口分别对应正向和反向环形拓扑网络的输出接口；所述控制单元对输入接口接收的控制信息数据包进行解析，获取该从节点需要执行的控制指令，并将其通过局部接口传输到该从节点的功能部分；其次通过局部接口采集该从节点的状态信息，并将其放到控制信息数据包中对应该从节点信息区段的状态信息位，然后将新的控制信息数据包送给输出接口；所述局部接口用于控制单元和该从节点功能部件之间的信息交流，包括控制指令的下发和状态的上传。 7.根据权利要求6所述的合成孔径雷达控制接口网络，其特征在于，所述局部接口为并行接口、RS422接口、RS232接口或1553B接口。 8.根据权利要求6所述的合成孔径雷达控制接口网络，其特征在于，所述控制单元由可编程逻辑芯片FPGA或嵌入式计算机实现。 9.根据权利要求1至8中任一项所述的合成孔径雷达控制接口网络，其特征在于，所述从节点具有在网络中唯一的节点地址，所述主节点通过这些节点地址识别不同的从节点。 10.根据权利要求1至8中任一项所述的成孔径雷达控制接口网络，其特征在于，所述传输介质为双绞线或光纤。
说明书全文	合成孔径雷达控制接口网络技术领域 [0001] 本发明涉及合成孔径雷达控制数据的传输与处理技术领域，尤其涉及一种新型的合成孔径雷达控制接口网络。背景技术 [0002] 合成孔径雷达在材料和制造工艺等技术快速发展的推动下得到了长足的发展，雷达的新体制和新技术不断涌现。与此同时，雷达控制接口也经历了从粗放到集约的发展历程。最初，雷达各个分机之间的接口是各种接口、不同电平共存的状况。经过十多年的发展，因RS422具有简单、可靠、能组网等优点，得到广泛应用，成为主流接口。 [0003] 合成孔径雷达技术的发展对控制接口提出了更高的要求：除了完成传统意义上的控制任务外，还要求能够实时加载处理器的程序，下载基带信号源的波形数据，下载有源相控阵天线的波控数据，提取某些分机内部的中间数据等。这些要求涉及大数据量的传输。由于RS422传输数据率低，导致采用RS422执行上述之一的任务需要花费三分钟以上的时间，降低了工作效率；如果不使用RS422，而是使用单独的数据下载接口，那么需要增加额外的硬件开销。另外，在实际中发现，RS422组网时，当节点数目和节点距离发生变化时，需要调整各个节点的阻抗匹配，否则会发生控制出错的问题。发明内容 [0004] (一)要解决的技术问题 [0005] 鉴于上述技术问题，本发明提供了一种新型的合成孔径雷达控制接口网络，以满足多节点远距离的互连、各节点不同速度匹配和组网方便的现实需求。 [0006] (二)技术方案 [0007] 本发明合成孔径雷达控制接口网络包括：多个控制接口节点以及将这些控制接口节点连接为环形拓扑网络的传输介质；控制接口节点包括：采用网络接口芯片作为输入输出接口的一个主节点和若干个从节点，其中：主节点用于发起和终止控制信息数据包，该控制信息数据包在环形拓扑网络的各个控制接口节点中依次传输，包括对应每一从节点的信息区段，该信息区段包括对该从节点进行控制的控制指令；从节点用于接收控制信息数据包，从该控制信息数据包对应该从节点的信息区段中解析出与该从节点相对应的控制指令，将该控制信息数据包传输给下一控制接口节点。 [0008] (三)有益效果 [0009] 从上述技术方案可以看出，本发明合成孔径雷达控制接口网络具有以下有益效果： [0010] (1)速度快，效率高； [0011] 由于采用网络接口芯片作为输入输出接口，所以其通信速率非常高：可以达到1Gbps。扣除一些编码开销，实测数据传输速率可以达到100MB/s。这样对于处理器程序加载、基带信号源波形实时更新、波控模块的数据更新等大数据量的工作在几秒钟以内就能够完全，大大提高了效率； [0012] (2)可靠性高； [0013] 本发明采用正反两个完全独立的环形拓扑网络实现一个控制任务的技术方案，在设计上就存在冗余，两个网络互为备份。如果其中一个环路出现故障，另一个环路能够保证控制的顺利进行。其次，既使两个环路都出现故障，主控的命令也能够通过两个环路将控制传递到出故障的那个从节点。所以这种控制网络的可靠性是非常高的。 [0014] (3)组网方便； [0015] RS422在组网的时候，需要将每一个从节点都与主节点相连，所以拓扑结构一定要合理，但是不论采用何种拓扑结构，实际中发现：向RS422网络中增加一个节点的时候，除了硬件上需要较大的改动外，还需要调整新加入节点的匹配阻抗，以保证新节点的加入不影响其他节点通信的正确性。这样就增加了调试的工作量。 [0016] 与此比较，本发明提供的合成孔径雷达控制接口网络每一个从节点只与两个相邻的节点直接互连。在网络中新增节点无需更改系统硬件，只需在网络中任何位置断开一个节点，然后插入一个新节点即可。这种添加新节点的方式除了与之相邻的节点外，不对网络中的其他节点产生影响。新节点与邻接的节点为点对点连接，所以基本上不需要调试就可以使用。 [0017] (4)可维修性增强； [0018] 因为接口网络传输的控制信息数据包包括每一个节点的控制命令和状态信息，另外向网络中插入一个节点非常方便，所以当网络中某个节点出现故障的时候，可以向网络中插入一个新节点，从中提取所有节点的控制命令和状态参数，对其进行分析就可以很快判断出哪个节点出现故障；另外通过数据分析还可以判断出正向环形拓扑网络还是反向环形拓扑网络出故障。非常适合现场排故。附图说明 [0019] 图1为根据本发明实施例合成孔径雷达控制接口网络的拓扑结构示意图； [0020] 图2为图1所示合成孔径雷达控制接口网络中控制接口节点的组成框图； [0021] 图3为图2所示控制接口节点工作流程框图； [0022] 图4为图1所示合成孔径雷达控制接口网络中控制信息数据包的格式。具体实施方式 [0023] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。 [0024] 本发明提供了一种新型的合成孔径雷达控制接口网络。该合成孔径雷达控制接口网络具有响应速度快、扩展方便等优点。 [0025] 在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种合成孔径雷达控制接口网络。图1为根据本发明实施例合成孔径雷达控制接口网络的拓扑结构示意图。请参照图1，该合成孔径雷达控制接口网络包括控制接口节点和传输介质。其中：控制接口节点由一个主节点和若干个从节点组成。主节点负责通信任务的发起和终结。从节点负责控制信息数据包的接收、解析、打包和传输。每一个从节点有两个输入接口和两个输出接口：从输入接口接收控制信息数据包后，解析获取该从节点需要的控制指令，同时将该从节点的状态信息放到控制信息数据包的对应位置，形成新的控制信息数据包，通过输出接口传输出去。其中，主节点和从节点均采用网络接口芯片作为输入输出接口。 [0026] 传输介质将当前节点的输出接口/输入接口和下一个节点的输入接口/输出接口连接成为两个环形网络(正向和反向环形网络)，物理上采用光纤或者网线(双绞线)作为传输介质。 [0027] 控制网络采用正向和反向两个独立的环形拓扑网络以提高控制网络的可靠性。其中，两个环形拓扑网络其中之一作为主控制网络，其中另一作为备份控制网络。两个网络互为备份，既使一个网络出现故障，另外一个网络也能够保证控制任务的正确执行。 [0028] 主节点和从节点在硬件上完全一样，区别在于软件。每一个节点由两个输入接口、两个输出接口、控制单元和局部接口等组成。图2为图1所示合成孔径雷达控制接口网络中控制接口节点的组成框图。请参考图2。两个输入接口分别对应正向环形拓扑网络的输入接口和反向环形拓扑网络的输入接口；两个输出接口分别对应正向环形拓扑网络的输出接口和反向环形拓扑网络的输出接口。 [0029] 控制单元对输入接口接收的控制信息数据包进行解析，获取本节点需要执行的控制指令，并将其通过局部接口传输到本节点的功能部分；其次通过局部接口采集本节点的状态信息，并将其放到控制信息数据包对应的位置，然后送给输出接口； [0030] 局部接口主要负责接口单元和本节点功能部件之间的信息交流，包括控制指令的下发和状态的上传。 [0031] 控制单元是控制接口网络的核心组件。它可以用通用计算机、嵌入式计算机如ARM、PC104或者FPGA来实现。其承担主要工作为：接收控制信息数据包；从中获取本节点对应的控制指令；将本节点的状态信息融合到控制信息数据包中；将打包后的控制信息数据包发送出去；完成与本节点功能部件之间的控制和收集状态信息的工作。 [0032] 图3为图2所示控制接口节点工作流程框图。请参考图3，控制接口节点是由两个状态机实现。第一个状态机处理输入输出网络接口的数据交流；第二个状态机处理与本节点功能部件之间局部接口的数据交流。两个状态机相对独立工作，它们之间通过缓冲区交互参数。 [0033] 网络中每一个从节点有唯一的地址，主节点通过这个地址识别这个从节点。图4为图1所示合成孔径雷达控制接口网络中控制信息数据包的格式。请参考图4，控制信息数据包包括一个帧头和N个节点对应的信息区段。信息区段包括节点地址、控制指令和状态信息位。主节点在发起控制任务之前，首先对控制信息数据包进行初始化，设置各个节点的地址和控制指令，清空各个节点对应的状态信息位；然后将这个控制信息数据包通过正向和反向两个环形拓扑网络发送出去。某个节点收到这个控制信息数据包后，用本节点地址与控制信息数据包中的地址依次比较直到找到相同地址节点对应信息区段；然后从中提取控制指令，并且将本节点的状态填充到信息区段的状态信息位中，形成一个新的控制信息数据包；通过输出接口发送出去。节点对于与自己地址不同的信息采取直通的处理方式。 [0034] 至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明合成孔径雷达控制接口网络有了清楚的认识。 [0035] 此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。 [0036] 综上所述，本发明合成孔径雷达控制接口网络通过环状结构网络，实现了合成孔径雷达控制数据的高速、可靠传输，能够很好满足合成孔径雷达实时控制、信号源波形加载、处理器加载的需求。 [0037] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。