一种宽频带信号高速采集与波形存储分析系统技术方案

本发明专利技术公开了一种宽频带信号高速采集与波形存储分析系统，采用模块化、标准化、通用化设计思想，能够有效解决设备测试中宽频带信号高速采集、波形存储与测量分析等技术难题；本发明专利技术通过宽带模拟信号采集与回放模块、多通道光纤数据收发模块、多通道LVDS数据收发模块分别实现对宽频带模拟、数字信号的实时采集、缓存、记录与回放；宽带模拟信号采集与回放模块中的可重构AD模块针对不同带宽信号以及精度要求，实现采样率可控的信号采集；背板通信模组采用可重构总线技术将各功能模块、固态硬盘阵列以及嵌入式计算机进行互连通信。

A Broadband Signal High Speed Acquisition and Waveform Storage and Analysis System

The invention discloses a broadband signal high-speed acquisition and waveform storage and analysis system, which adopts modularization, standardization and generalization design idea, can effectively solve technical problems such as broadband signal high-speed acquisition, waveform storage and measurement analysis in equipment testing; The invention adopts broadband analog signal acquisition and playback module, multi-channel optical fiber data transceiver module and multi-channel LVDS module. Data transceiver module realizes the real-time acquisition, buffering, recording and playback of broadband analog and digital signals respectively; reconfigurable AD module in broadband analog signal acquisition and playback module realizes the signal acquisition with controllable sampling rate for different bandwidth signals and accuracy requirements; the backplane communication module uses reconfigurable bus technology to implement each functional module, solid-state hard disk array and embedded. Input computers communicate with each other.

【技术实现步骤摘要】
一种宽频带信号高速采集与波形存储分析系统
本专利技术涉及通信、雷达、导航、电子对抗等领域中电子设备研制、生产、验收以及日常维护中性能测试与评估中的宽带信号实时采集、存储、分析和回放技术，具体涉及一种宽频带信号高速采集与波形存储分析系统。
技术介绍
电子技术、半导体技术、通信技术、数字信号处理技术和计算机技术等先进技术发展迅速，有力推动了卫星通信、移动通信、电视广播、雷达和电子战系统等的高速发展。随着我军装备水平不断提升，雷达通信系统、有线通信系统、无线通信系统、光纤通信系统、卫星通信系统、电子对抗系统、电子侦察系统、自动化指挥系统等多种保障系统装备都已建成，并朝着宽带化和数字化方向发展。并对其接收机等的线性度、动态范围、灵敏度、分辨率、抗干扰能力和适应性等方面的性能和指标提出了更高的要求。微电子技术和半导体工艺等的飞速发展有效促进了高性能ADC芯片的产生，使得宽带中频信号直接采样更加容易实现，有力推动了宽带中频接收机等的高速发展和广泛应用。通过宽带信号的直接高速采集与处理，可以有效提高装备的性能，并促进装备的发展。与此同时，对相关测试设备也提出了更高的要求。因此，迫切需要研制符合装备发展趋势、满足装备测试需求的高性能测试设备，以能够对装备进行性能测试和评估。在我军宽带通信中，不论是在通信装备厂家的研制、试验、生产和维修过程中，还是在基层部队或用户的现场维护和技术状态检查过程中，都迫切需要研制一种具备宽带信号采集、存储、分析与回放等功能的一体化测试仪器，不仅可以实现宽带模拟信号的高速采集、存储、分析与回放，还可以实现宽带数字IQ信号的高速采集、存储、分析与回放等功能。这种测试设备能够为实时获取宽带数据和进行数据分析提供保障，可以为宽带通信装备的性能分析提供关键数据支持，以实现对装备性能的有效测试与评估。同时能够有效提高部队的工作效率，并提升部队对装备的日常维护水平和保障能力。
技术实现思路
为实现上述技术目的，本专利技术提供了一种宽频带信号高速采集与波形存储分析系统，包括宽带模拟信号采集与回放模块、多通道光纤数据收发模块、多通道LVDS数据收发模块、宽带数据存储模块、嵌入式计算机主板、高速可重构总线模块、数据缓存模块及电源模块；所述宽带模拟信号采集与回放模块用于宽带模拟信号的采集、缓存、传输与回放；多通道光纤数据收发模块用于高速光纤数据的接收、缓存、传输与回放；多通道LVDS数据收发模块实用于高速LVDS数据的接收、缓存、传输与回放；宽带数据存储模块用于对所采集宽带数据流进行高速实时存储、回放数据读取与传输；其中，高速可重构总线模块用于建立宽带模拟信号采集与回放模块、多通道光纤数据收发模块、多通道LVDS数据收发模块、宽带数据存储模块及电源模块和背板系统总线之间的通信，包括背板总线控制器、嵌入式计算机主板和功能模块供电接口，背板总线控制器用于控制背板通信，负责接收背板系统总线下发的命令或数据，以及通过系统总线传输各模块接收到的数据；嵌入式计算机主板用于通过背板通信，对各模块进行参数配置以及所采集记录数据进行处理分析；功能模块供电接口用于从电源模块采集电源信号，并向各功能模块提供所需要的电源信号。其中，所述宽带模拟信号采集与回放模块包括下变频单元、输入调理单元，可重构AD转换单元、上变频单元、DA转换单元、信号放大单元、模拟模块数据缓存模组、模拟模块系统命令解析与发送单元及模拟模块电源管理单元；数据记录时，下变频单元信号输出端与输入调理单元输入端相连，输入调理单元输出信号与可重构AD转换单元连接，可重构AD转换单元实现对处理后的I、Q信号进行可调采样率模数转换，通过模拟模块缓存接口控制器发送至模拟模块数据缓存模组；模拟模块数据缓存模组用于进行宽带模拟信号采集与回放模块与背板通信模组的速率匹配；模拟模块数据缓存模组通过背板总线控制器的背板通信模组与宽带数据存储模块及嵌入式计算机主板相连。其中，可重构AD转换单元针对不同带宽信号以及精度要求，分为单ADC采样，双ADC时间交替采样两种模式；用户指令通过系统总线，经背板传输至模拟模块系统命令解析与发送单元，控制可重构采集控制器，对可重构AD转换单元I、Q信号的采样模式进行控制选择。其中，光纤数据收发模块包括光纤接口通信模组、光纤模块数据缓存模组、光纤模块系统命令解析与发送单元及光纤模块电源管理单元；所述光纤接口通信模组包括高速光模块、FPGA内部的串行高速数据收发器和光纤接口控制器，光纤接口控制器用于接口数据收发控制和通信控制；光纤数据通过光纤模块缓存接口控制器发送至光纤模块数据缓存模组；光纤接口通信模组完成光纤数据的高速全双工通信、数据协议打包与解析、光纤状态监测功能。其中，多通道LVDS数据收发模块包括LVDS接口通信模组、LVDS模块数据缓存模组、LVDS模块背板通信模组、LVDS模块系统命令解析与发送单元和LVDS模块电源管理单元；所述LVDS接口通信模组包括LVDS解码解串接收电路、LVDS编码串化发送电路及LVDS接口控制器，LVDS数据从LVDS接口控制器发送至LVDS模块缓存接口控制器，以在LVDS模块数据缓存模组中进行存储；LVDS接口通信模组用于完成LVDS接口数据的高速全双工通信、数据协议打包与解析功能。其中，宽带数据存储模块包括SSD硬盘阵列和SATA控制器；其中，SSD硬盘阵列作为存储介质，实现宽带数据的海量存储。其中，高速可重构总线模块利用总线功能重构技术，实现标准系统总线功能，用于功能模块与计算机之间的通信；同时通过功能重构实现高速背板通信功能，用于实现不同功能模块之间的高速互联互通。其中，高速可重构总线模块通过配置为PCIe总线，实现功能模块与嵌入式计算机主板之间的通信；所述高速可重构总线模块通过配置为mSATA总线，实现功能模块与宽带数据存储模块之间的通信；所述高速可重构总线模块通过配置为RapidIO总线，实现功能模块之间的数据通信；所述高速可重构总线模块通过配置为XAUI总线，实现万兆以太网接口，以实现网络化系统集成。区别于现有技术，本专利技术的宽频带信号高速采集与波形存储分析系统采用模块化、标准化、通用化设计思想，能够有效解决设备测试中宽频带信号高速采集、波形存储与测量分析等技术难题；本专利技术通过宽带模拟信号采集与回放模块、多通道光纤数据收发模块、多通道LVDS数据收发模块分别实现对宽频带模拟、数字信号的采集记录；宽带模拟信号采集与回放模块中的可重构AD模块针对不同带宽信号以及精度要求，实现采样率可控的信号采集；记录背板通信模组的可重构总线技术将各功能模块、固态硬盘阵列以及嵌入式计算机进行互连通信。附图说明图1是本专利技术提供的一种宽频带信号高速采集与波形存储分析系统总体的结构示意图；图2是本专利技术提供的一种宽频带信号高速采集与波形存储分析系统中宽带模拟信号采集与回放模块原理示意图；图3是本专利技术本专利技术提供的一种宽频带信号高速采集与波形存储分析系统中多通道光纤数据收发模块原理示意图；图4是本专利技术提供的一种宽频带信号高速采集与波形存储分析系统中多通道LVDS数据收发模块原理示意图；图5是本专利技术提供的一种宽频带信号高速采集与波形存储分析系统中宽带数据存储模块的原理示意图；图6是本专利技术提供的一种宽频带信号高速采集与波形存储分析系统中高速可重本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种宽频带信号高速采集与波形存储分析系统，其特征在于，包括宽带模拟信号采集与回放模块、多通道光纤数据收发模块、多通道LVDS数据收发模块、宽带数据存储模块、嵌入式计算机主板、高速可重构总线模块、数据缓存模块及电源模块；所述宽带模拟信号采集与回放模块用于宽带模拟信号的采集、缓存、传输与回放；多通道光纤数据收发模块用于高速光纤数据的接收、缓存、传输与回放；多通道LVDS数据收发模块用于高速LVDS数据的接收、缓存、传输与回放；宽带数据存储模块用于对所采集宽带数据流进行高速实时存储、回放数据读取与传输；其中，高速可重构总线模块用于建立宽带模拟信号采集与回放模块、多通道光纤数据收发模块、多通道LVDS数据收发模块、宽带数据存储模块及电源模块和背板系统总线之间的通信，包括背板总线控制器、嵌入式计算机主板和功能模块供电接口，背板总线控制器用于控制背板通信，负责接收背板系统总线下发的命令或数据，以及通过系统总线传输各模块接收到的数据；嵌入式计算机主板通过背板通信模组，实现对各模块进行参数配置以及所采集记录数据进行处理分析；功能模块供电接口用于从电源模块采集电源信号，并向各功能模块提供所需要的电源信号。...

【技术特征摘要】
1.一种宽频带信号高速采集与波形存储分析系统，其特征在于，包括宽带模拟信号采集与回放模块、多通道光纤数据收发模块、多通道LVDS数据收发模块、宽带数据存储模块、嵌入式计算机主板、高速可重构总线模块、数据缓存模块及电源模块；所述宽带模拟信号采集与回放模块用于宽带模拟信号的采集、缓存、传输与回放；多通道光纤数据收发模块用于高速光纤数据的接收、缓存、传输与回放；多通道LVDS数据收发模块用于高速LVDS数据的接收、缓存、传输与回放；宽带数据存储模块用于对所采集宽带数据流进行高速实时存储、回放数据读取与传输；其中，高速可重构总线模块用于建立宽带模拟信号采集与回放模块、多通道光纤数据收发模块、多通道LVDS数据收发模块、宽带数据存储模块及电源模块和背板系统总线之间的通信，包括背板总线控制器、嵌入式计算机主板和功能模块供电接口，背板总线控制器用于控制背板通信，负责接收背板系统总线下发的命令或数据，以及通过系统总线传输各模块接收到的数据；嵌入式计算机主板通过背板通信模组，实现对各模块进行参数配置以及所采集记录数据进行处理分析；功能模块供电接口用于从电源模块采集电源信号，并向各功能模块提供所需要的电源信号。2.如权利要求1所述的宽频带信号高速采集与波形存储分析系统，其特征在于，所述宽带模拟信号采集与回放模块包括下变频单元、输入调理单元，可重构AD转换单元、上变频单元、DA转换单元、信号放大单元、模拟模块数据缓存模组、模拟模块系统命令解析与发送单元及模拟模块电源管理单元；数据记录时，下变频单元信号输出端与输入调理单元输入端相连，输入调理单元输出信号与可重构AD转换单元连接，可重构AD转换单元实现对处理后的I、Q信号进行可调采样率模数转换，通过模拟模块缓存接口控制器发送至模拟模块数据缓存模组；模拟模块数据缓存模组用于进行宽带模拟信号采集与回放模块与背板通信模组的速率匹配；模拟模块数据缓存模组通过背板总线控制器的背板通信模组与宽带数据存储模块及嵌入式计算机主板相连。3.如权利要求2所述的宽频带信号高速采集与波形存储分析系统，其特征在于，可重构AD转换单元针对不同带宽信号以及精度要求，分为单ADC采样，双ADC时间交替采样两种模式；用户指令通过系统总线，经背板传输至模拟模块系统命令解析与发送单元，控制可重构采...

【专利技术属性】
技术研发人员：王红亮，和爽，王柳明，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西,14