[发明专利]利用以太网传输测控信号的方法

说明书

本发明提出了一种利用以太网传输测控信号的方法，利用本发明能够克服网络抖动和延迟对信号相位连续性的影响，可以避免直接传输数字信号造成网络资源的浪费。本发明通过下述流程予以实现：模拟测控信号首先通过A/D采样及数字混频得到零中频基带信号，然后进行多频点多信号组帧，压缩处理为最小单位传输帧，最小传输帧加入差错控制信息并通过网络处理模块后经以太网发送。网络数据在接收端通过网络处理模块解析得到传输帧，然后经过数据缓存、时域删除帧插入、差错控制和异常帧处理等模块进行针对信号相位连续性的处理，再经信号解压缩恢复出零中频基带信号，最后由混频和D/A处理得到模拟信号。

技术领域

本发明涉及一种测距、测速及信息解调等相关应用领域，通过网络数据包传输测控信号的方法。

背景技术

工业以太网则以其成熟的技术、良好的开放性、应用的广泛性和易于实现企业综合自动化的信息集成,已成为测控技术领域的一大趋势。特别是近年来，由于快速以太网的出现和性能不断提升，基于以太网的测控系统在工业控制领域逐渐得到推广。但在航天测控领域，由于受实时性、高可靠性的影响，基于以太网的测控网在航天测控领域使用较晚。基于以太网的航天测控系统需要实现的一项重要技术是航天测控数据的传输，要求具有一定的实时性和高可靠性。要实现航天测控数据的实时可靠传输，除了从硬件方面合理设计网络结构，选取高性能的网络设备外，软件方面测控系统数据传输服务也应精心设计，才能与硬件协调配合共同完成数据传输任务，以达到航天测控系统对数据传输实时性和可靠性要求。在传统的测控系统中，基于以太网的分布式测控系统其最大优点是，可实现上层管理的信息网络与底层测控网络的无逢连接,但是,工业以太网的应用环境一般较为恶劣,如高温与高湿、振动与冲击、辐射与干扰等,其中以太网的实时性是影响测控系统数据传输的主要因素。在以太网测控系统中,综合测试系统中的各测控单元(网络节点,如传感器、智能仪表等)的执行一般存在时间上的顺序关系。实时数据按照时间要求级别高低，可分为强实时数据、准实时数据和弱实时数据。对于时延要求非常高的强实时数据，必须充分保证其带宽，尽量减少信道竟争引起的时延，缩短碰撞域。由于各测控单元、测控子网众多而又分散化,测控子网之间需要协调同步工作时,也要进行大量信息交换。测控子网对其访问频繁,由此产生的数据量则很大, 加大了网络通信负荷,降低了网络性能,而网络性能的下降最终又影响控制性能,甚至使整个测控网络瘫痪。它们在网络上的数据传输(传输的开始和每次需传输的数据量)是随机的,传输距离有远有近,因而信息传输的时延也是随机的(以太网上典型的传输时延为5Ls/km)。测控数据或多媒体流的实时传输对网络通信的要求较为严格，信息的成功发送不仅取决于数据帧的完整性，更取决于传输时延。时延是指数据包在网络的两个节点之间传送的平均往返时间，包括固定时延和可变时延(网络拥塞)，测控数据要求端到端的传输时延＜100ms。另外,子网结构的不同,所采用通信协议的不同以及子网中节点数量的不同,都将带来不同的网络传输效率,这种随机性与实时性时序要求的时间确定性之间是矛盾的。由于整个系统的复杂性,各节点的传输时延一般难于较准确的确定,也就是说,接收方接收数据的时刻总是迟于发送方发送数据的时刻。以太网采用的数据链路层协议CSMA/CD的非确定性是引起测控系统非实时性的本质原因，并且站点占用信道太长而影响其他站点的通信。随着网络负荷的增大,传输性能将恶化，系统趋于不稳定。

传统的测控系统的测控信号的传输通常采用点对点专用信号线和开关矩阵的方式。对于大型的系统，设备连接关系复杂，需要大量信号传输电缆，相互干扰严重，可扩展性差，重组的灵活度低。基于以太网的分布式测控系统通过以太网传输测控信号，利用其成熟的技术、良好的开放性、应用的广泛性以及易于实现企业综合自动化的信息集成等优点可实现上层管理的信息网络与底层测控网络的无缝连接，克服原有测控系统的诸多弊端。但是，传统用于测距、测速、相干解调等的信号对相位连续性有较高的要求，由于各测控单元、测控子网众多而又分散化，它们在网络上传输数据以及数据传输的时延都具有随机性。网络数据包发送的延迟不固定特性会导致网络数据包抖动，通过网络传输测控信号可能造成信号不连续的问题。如果在接收端直接恢复数字信号会导致信号无法连续，进而影响测速测距等的精度。另外，由于数字信号处理采用均匀时间采样，数据量较大，直接传输数字信号会造成网络资源的浪费。