【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于数字信号处理，具体涉及一种光纤稳相传输系统中基于fpga控制的相位检测补偿方法。
技术介绍
1、数字信号处理具有成本低、传输快、数据转换灵活精确、设备体积小、抗干扰能力强等诸多特点。fpga是可编程的逻辑列阵，其基本结构包括可编程输入输出单元，可配置逻辑块、数字时钟管理模块、嵌入式块ram、布线资源、内嵌专用硬核以及底层内嵌功能单元。由于fpga具有布线资源丰富，可重复编程和集成度高，投资较低的特点，在数字电路设计领域得到了广泛的应用。fpga此可以实现非常高效的逻辑运算。此外，fpga通常具有并行计算能力，可以处理大量数据。
2、稳相传输技术是一种用于传输高稳定性信号的技术，广泛应用于科学研究、通信、测量和精密定位等领域，其背景可以追溯到对高精度频率和相位传输需求的不断增长。传统通讯中，基于电缆和微波传输的信号传输存在着稳定性和噪声问题，而随着现代科学研究、无线通信和精密测量等领域的发展，对频率和相位传输的要求变得更加严格。在这种背景下，稳相传输技术应运而生。
3、光纤稳相传输技术的应用方向非常广泛，其可以用于通信、精密测量、定位和导航、激光干涉仪、原子钟等领域。在通信领域中，光纤稳相传输可以提供高速、高质量的信号传输，并支持高容量的数据通信和网络连接。在精密定位和导航系统中，光纤稳相传输可以提供高稳定性的时钟和参考信号，用于实现高精度的位置测量和导航。目前大多数稳相方案都是基于模拟信号处理的方式，尚无成熟的基于fpga的数字信号处理的方案来提高稳相精度和传输稳定度。因此，如何实现一种基于
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种光纤稳相传输系统中基于fpga控制的相位检测补偿方法，将经过adc采样得到的近端远端数字信号在fpga中进行处理与相位误差综合，能实现综合得到的时延波动及其原时延波动的差值较原始波动值低约2个数量级。基于检测综合所得时延(相位)波动，通过pid计算得到稳相模块的预补偿量，当系统不断趋于稳定时，稳相精度和补偿精度将不断提高。
2、为实现上述技术目的，本专利技术采取的技术方案为：
3、一种光纤稳相传输系统中基于fpga控制的相位检测补偿方法，采用相位检测补偿模块对来自模块外器件的信号进行信号接收、降频混频、相位补偿，再作用于模块外器件，实现相位检测和补偿。
4、所述相位检测补偿模块包括基于fpga的依次连接的信号接收模块、降频混频模块、相位补偿模块；所述信号接收模块的信号输入端包括一个射频接口、两个adc接入口，其中射频接口与基本原子钟连接，接收基本原子钟的时钟信号，两个adc接入口与模块外器件链路的输出端连接，接收来自外器件链路的经pd拍频后所得的电信号；所述降频混频模块基于本振信号对经过adc采样得到的包含完整相位信息的两路数字信号同时进行数字混频降频、滤波、降采样/平均降噪、幅值检测及归一化、混频/低通处理；所述相位补偿模块接收降频混频模块的两路输出信号，并通过fpga算法对外器件链路中引入的相位噪声进行补偿，恢复出相位锁定于本端信号的频率信号并通过dac传输到模块外器件链路的输入端。
5、为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
6、上述的模块外器件链路上的模块外器件包括本地恒温压控晶振ocxo、合路器、光载射频发射模块、光纤耦合器、环形器、光纤传输远端模块、两个光电探测器pd；ocxo接收dac传输的信号并对其精细控制，得到带有相位预补偿的射频信号，合路器将原子钟原射频信号与ocxo精细控制后得到的带有相位预补偿的射频信号一起送入光载射频发射模块，再经过光纤耦合器将光信号的一支送入一个pd，另外一支送到环形器1口并通过2口经长距离光纤链路传递到光纤传输远端模块；之后，光纤传输远端模块将光信号部分光信号通过长距离光纤链路再返回到环形器，通过环形器3口将光纤传输远端模块返回的光信号送入另外一个pd；两个pd在各自拍频所得的电信号放大、滤波之后通过adc采样为频率100mhz的包含完整相位信息的数字信号，送入相位检测补偿模块。
7、上述的信号接收模块包括码型变换子模块、数据缓存子模块、dds本振信号子模块；两个码型变换子模块、两个数据缓存子模块对两路来自adc的数字信号进行码型变换处理、数据缓存；同时，dds本振信号子模块接收来自基本原子钟产生的时钟经过锁相环后的时钟信号，将其作为fpga内部信号处理的基准时钟和系统时钟并产生用于数字降频、数字混频及相位检测的本振信号。
8、上述的码型变换子模块用来对adc输出信号进行基于低位比特的码流解扰，同时完成偏移编码到二进制补码编码的转换，以得到有符号数进行数字信号处理。
9、上述的数据缓存子模块将码型变换后的样值信号送入高速数据缓存，得出多组采样的并行数据，同时dds本振信号子模块产生的本振信号也送入相同深度的缓存模块。
10、上述的降频混频模块包括数字混频/降频子模块、fir低通滤波子模块、降采样/平均降噪子模块，幅值检测及归一化子模块、混频/低通滤波子模块；数字混频/降频子模块将经信号接收模块处理后的两路信号与来自dss本振信号模块的本振信号混频，再经过fir低通滤波子模块、降采样/平均降噪子模块，幅值检测及归一化子模块处理得到降频后两路信号，混频/低通滤波子模块将两路降频的信号与dds本振信号子模块产生的本振信号混频，经低通滤波后检测得到射频信号本端相位差和远端相位差。
11、上述的fir低通滤波子模块对混频信号的滤波采用了16阶的fir数字低通equiripple滤波器设计。
12、上述的降采样/平均降噪子模块对高速采样信号进行样值平均，实现降采样。
13、上述的相位补偿模块包括相位误差计算子模块、相位补偿综合子模块；所述相位误差计算子模块通过查表变换后得到本端和远端相位差，和/差综合后可得到系统相位差，在相位补偿综合子模块中通过pid算法得到控制补偿信号输出到dac转换成模拟信号，对ocxo精细控制后得到的带有相位预补偿的射频信号。
14、本专利技术具有以下有益效果：
15、本专利技术相位检测补偿方法基于fpga控制与处理，将经过adc采样得到的近端远端的两路的数字信号在fpga中进行处理与相位误差综合，能实现综合得到的时延波动及其原时延波动的差值较原始波动值低约2个数量级。基于检测综合所得时延(相位)波动，通过pid计算得到稳相模块的预补偿量，作用于模块外dac转换成模拟信号，对ocxo精细控制可得到带有相位预补偿的射频信号，注入光纤送给光纤传输远端模块，实现对相位的补偿，当系统不断趋于稳定时，稳相精度和补偿精度将不断提高。同时，通过频率综合将进入fpga的信号频率降低到10mhz，满足fpga的处理条件，fpga的数字处理能够避免主动补偿中，相位发生一个周期以上的跳变导致的相位失锁，经过长期的测试，光纤稳相传输装置的频率稳本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种光纤稳相传输系统中基于FPGA控制的相位检测补偿方法，其特征在于，所述方法采用相位检测补偿模块对来自模块外器件的信号进行信号接收、降频混频、相位补偿，再作用于模块外器件，实现相位检测和补偿；
2.根据权利要求1所述的一种光纤稳相传输系统中基于FPGA控制的相位检测补偿方法，其特征在于，所述模块外器件链路上的模块外器件包括本地恒温压控晶振OCXO、合路器、光载射频发射模块、光纤耦合器、环形器、光纤传输远端模块、两个光电探测器PD；OCXO接收DAC传输的信号并对其精细控制，得到带有相位预补偿的射频信号，合路器将原子钟原射频信号与OCXO精细控制后得到的带有相位预补偿的射频信号一起送入光载射频发射模块，再经过光纤耦合器将光信号的一支送入一个PD，另外一支送到环形器1口并通过2口经长距离光纤链路传递到光纤传输远端模块；光纤传输远端模块将光信号部分光信号通过长距离光纤链路再返回到环形器，通过环形器3口将光纤传输远端模块返回的光信号送入另外一个PD；两个PD在各自拍频所得的电信号放大、滤波之后通过ADC采样为频率100MHz的包含完整相位信息的数字信号，送入相位检测补偿
3.根据权利要求1或2所述的一种光纤稳相传输系统中基于FPGA控制的相位检测补偿方法，其特征在于，所述信号接收模块包括码型变换子模块、数据缓存子模块、DDS本振信号子模块；两个码型变换子模块、两个数据缓存子模块对两路来自ADC的数字信号进行码型变换处理、数据缓存；同时，DDS本振信号子模块接收来自基本原子钟产生的时钟经过锁相环后的时钟信号，将其作为FPGA内部信号处理的基准时钟和系统时钟并产生用于数字降频、数字混频及相位检测的本振信号。
4.根据权利要求3所述的一种光纤稳相传输系统中基于FPGA控制的相位检测补偿方法，其特征在于，所述码型变换子模块用来对ADC输出信号进行基于低位比特的码流解扰，同时完成偏移编码到二进制补码编码的转换，以得到有符号数进行数字信号处理。
5.根据权利要求3所述的一种光纤稳相传输系统中基于FPGA控制的相位检测补偿方法，其特征在于，所述数据缓存子模块将码型变换后的样值信号送入高速数据缓存，得出多组采样的并行数据，同时DDS本振信号子模块产生的本振信号也送入相同深度的缓存模块。
6.根据权利要求1所述的一种光纤稳相传输系统中基于FPGA控制的相位检测补偿方法，其特征在于，所述降频混频模块包括数字混频/降频子模块、FIR低通滤波子模块、降采样/平均降噪子模块，幅值检测及归一化子模块、混频/低通滤波子模块；数字混频/降频子模块将经信号接收模块处理后的两路信号与来自DSS本振信号模块的本振信号混频，再经过FIR低通滤波子模块、降采样/平均降噪子模块，幅值检测及归一化子模块处理得到降频后两路信号，混频/低通滤波子模块将两路降频的信号与DDS本振信号子模块产生的本振信号混频，经低通滤波后检测得到射频信号本端相位差和远端相位差。
7.根据权利要求6所述的一种光纤稳相传输系统中基于FPGA控制的相位检测补偿方法，其特征在于，所述FIR低通滤波子模块对混频信号的滤波采用16阶的FIR数字低通Equiripple滤波器设计。
8.根据权利要求6所述的一种光纤稳相传输系统中基于FPGA控制的相位检测补偿方法，其特征在于，所述降采样/平均降噪子模块对高速采样信号进行样值平均，实现降采样。
9.根据权利要求1所述的一种光纤稳相传输系统中基于FPGA控制的相位检测补偿方法，其特征在于，所述相位补偿模块包括相位误差计算子模块、相位补偿综合子模块；所述相位误差计算子模块通过查表变换后得到本端和远端相位差，和/差综合后可得到系统相位差，在相位补偿综合子模块中通过PID算法得到控制补偿信号输出到DAC转换成模拟信号，对OCXO精细控制后得到的带有相位预补偿的射频信号。
...【技术特征摘要】
1.一种光纤稳相传输系统中基于fpga控制的相位检测补偿方法，其特征在于，所述方法采用相位检测补偿模块对来自模块外器件的信号进行信号接收、降频混频、相位补偿，再作用于模块外器件，实现相位检测和补偿；
2.根据权利要求1所述的一种光纤稳相传输系统中基于fpga控制的相位检测补偿方法，其特征在于，所述模块外器件链路上的模块外器件包括本地恒温压控晶振ocxo、合路器、光载射频发射模块、光纤耦合器、环形器、光纤传输远端模块、两个光电探测器pd；ocxo接收dac传输的信号并对其精细控制，得到带有相位预补偿的射频信号，合路器将原子钟原射频信号与ocxo精细控制后得到的带有相位预补偿的射频信号一起送入光载射频发射模块，再经过光纤耦合器将光信号的一支送入一个pd，另外一支送到环形器1口并通过2口经长距离光纤链路传递到光纤传输远端模块；光纤传输远端模块将光信号部分光信号通过长距离光纤链路再返回到环形器，通过环形器3口将光纤传输远端模块返回的光信号送入另外一个pd；两个pd在各自拍频所得的电信号放大、滤波之后通过adc采样为频率100mhz的包含完整相位信息的数字信号，送入相位检测补偿模块。
3.根据权利要求1或2所述的一种光纤稳相传输系统中基于fpga控制的相位检测补偿方法，其特征在于，所述信号接收模块包括码型变换子模块、数据缓存子模块、dds本振信号子模块；两个码型变换子模块、两个数据缓存子模块对两路来自adc的数字信号进行码型变换处理、数据缓存；同时，dds本振信号子模块接收来自基本原子钟产生的时钟经过锁相环后的时钟信号，将其作为fpga内部信号处理的基准时钟和系统时钟并产生用于数字降频、数字混频及相位检测的本振信号。
4.根据权利要求3所述的一种光纤稳相传输系统中基于fpga控制的相位检测补偿方法，其特征在于，所述码型变换子模块用来对adc输出信号进行基于低位比特的码流解扰，同时完成偏移编...
【专利技术属性】
技术研发人员：方涛，周昕，尹知谦，张川博，孙琦，李密，陈向飞，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：
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