一种射频开关矩阵及通道交换关系计算方法与流程

1.本发明涉及射频开关矩阵技术领域，具体涉及一种射频开关矩阵及通道交换关系计算方法。


背景技术：

2.开关矩阵常用于雷达、通信、电子对抗、敌我识别、精确制导等多种电子装备的自动测试设备中，开关矩阵能够实现快速切换信号流，是这些系统中进行通道切换不可缺少的部分。随着自动化设备集成化程度的不断提高，对开关矩阵的要求也越来越高，一是开关矩阵通道数需求越来越多，二是开关矩阵的体积越来越小。
3.现有的开关矩阵通常采用两种连接方式，一是二级交换方式，另一种是三级交换方式。三级交换连接方式通常采用12
×
12板卡或者16
×
16板卡，为了保证无阻塞情况发生，交换面的连接器是输入通道的2倍。下面以12
×
12板卡进行说明，第一级需要12块12
×
12板卡组成输入128个通道；第二级需要12块12
×
24板卡，采用每2块12
×
12板卡扩展一个12
×
24板卡，所以第二级需要24块12
×
12板卡。第三级需要12块24
×
12板卡，采用的是2块12
×
12板卡扩展出24
×
12板卡。第三级需要24块12
×
12。总共需要60块板卡，基本占用机柜约1.6米的空间。导致设备尺寸过大，而且三级交换连接方式导致通道交换关系计算方法复杂、计算时间长，执行效率低等问题。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术存在的问题提供一种射频开关矩阵及通道交换关系计算方法。
5.本发明采用的技术方案是：一种用于射频开关矩阵的通道交换关系计算方法，包括以下步骤：步骤1：计算每个通道交换关系对应的通道链路表k
i
，形成总的通道链路表c；其中，，i=1,2
…
，n，n为矩阵通道；步骤2：未选择通道链路的通道中提取一个通道交换关系k；步骤3：在k对应的通道链路表中选择一条可用通道链路a（in，out），将k对应的通道链路表中非通道链路对应的通道链路标记为不可用，将k对应的通道标记为已选择通道链路的通道；步骤4：将未选择通道链路的通道使用到的通道链路a（in，out）中in的通道链路标记为不可用，其中in为输入；步骤5：将未选择通道链路的通道使用到的通道链路a（in，out）中out的通道链路标记为不可用，out为输出；步骤6：检测是否有与k相同交换关系的未选择通道链路的通道n，若有则转入步骤7，若无则转入步骤8；步骤7：在n对应的通道链路表中将使用到非in的通道链路标记为不可用，标记n为
已选择通道链路的通道，转入步骤6；步骤8：检测是否有未选择通道链路的交换关系，若有则转入步骤2，否则结束。
6.进一步的，所述步骤1中通道链路表k
i
的计算方法如下：射频开关矩阵为三级交换，下述链路a（in，out）为第二级的输入in和输出out；交换关系in连接到out，则有：in在第一级板卡输出起始通道号m，其中，in≠0，x＞0，x为第一级板卡通道数；out在第三级板卡输入起始通道号n为：其中：out＞0，y＞0，y为第三级板卡通道数；in连接到out交换关系的通道链路为a
n
：其中，a为；其中，a
bn
为备份通道链路，x为第二级板卡数。
7.一种射频开关矩阵，所述射频开关矩阵为三级交换模式，第一级和第三级采用16
×
16板卡，第二级为交换板卡；第一级为8块16
×
16板卡，第三级有16块16
×
16板卡，第二级有16块16
×
16板卡；交换板卡和第一级板卡、第三级板卡之间均通过连接器连接。
8.进一步的，所述第一级板卡和第三级板卡为单腔体双面射频方式，第一级板卡输出射频连接器和第三级板卡输入射频连接器采用错位排列方式；即第一级板卡输出射频连接器为阵列式排布，第三级板卡中与第一级板卡输出射频连接器对应的输入射频连接器设置在相邻两个第一级板卡输出射频连接器之间。
9.进一步的，所述第二级交换板卡采用双腔体，每一个腔体均包含射频信号和控制信号两面，实现控制与射频信号的分离。
10.本发明的有益效果是：（1）本发明通道交换计算方法可以得到全部通道交换关系对应的通道链路表，得到所有通道的使用情况；（2）本发明计算方法更加简单，降低计算时间；（3）本发明计算方法可以提高产品的执行效能，可以直接移植到单片机上。
附图说明
11.图1为本发明方法流程示意图。
12.图2为本发明实施例中9
×
9的三级交换示意图。
具体实施方式
13.下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
14.下述提到的名词定义如下：上行矩阵：每一个输入可连接到任意输出；下行矩阵：每一个输出可连接到任意输入；通道：上行矩阵指的是整机的输入通道，下行矩阵指的是整机的输出通道。
15.交换关系：指通道的选择关系，对应上行矩阵为输入通道选择的输出通道，对于下行矩阵为输出通道选择的输入通道。
16.如图1所示，一种用于射频开关矩阵的通道交换关系计算方法，包括以下步骤：步骤1：计算每个通道交换关系对应的通道链路表k
i
，形成总的通道链路表c；其中，，i=1,2
…
，n，n为矩阵通道；通道链路表k
i
的计算方法如下：射频开关矩阵为三级交换，下述链路a（in，out）为第二级的输入in和输出out；交换关系in连接到out，则有：in在第一级板卡输出起始通道号m，其中，in≠0，x＞0，x为第一级板卡通道数；out在第三级板卡输入起始通道号n为：其中：out＞0，y＞0，y为第三级板卡通道数；in连接到out交换关系的通道链路为a
n
：其中，a为；其中，a
bn
为备份通道链路，x为第二级板卡数。其中备份通道链路计算方法与上述通道链路计算方法相同，在此不再赘述。
17.步骤2：未选择通道链路的通道中提取一个通道交换关系k；步骤3：在k对应的通道链路表中选择一条可用通道链路a（in，out），将k对应的通道链路表中非通道链路对应的通道链路标记为不可用，将k对应的通道标记为已选择通道链路的通道；步骤4：将未选择通道链路的通道使用到的通道链路a（in，out）中in的通道链路标记为不可用，其中in为输入；
步骤5：将未选择通道链路的通道使用到的通道链路a（in，out）中out的通道链路标记为不可用，out为输出；步骤6：检测是否有与k相同交换关系的未选择通道链路的通道n，若有则转入步骤7，若无则转入步骤8；步骤7：在n对应的通道链路表中将使用到非in的通道链路标记为不可用，标记n为已选择通道链路的通道，转入步骤6；步骤8：检测是否有未选择通道链路的交换关系，若有则转入步骤2，否则结束。
18.下面以最小的三级交换关系进行具体说明，如图2所示。
19.第一级包含3块3
×
3的板卡，第二级包括3块3
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6的板卡，第三级包含6块3
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3的板卡，每一个板卡都是一个全交换矩阵，即任意一个输出可以选任意一个输入。第一级的输入为整机输入，第一级的输出连接到第二级的输入，第二级输出连接到第三级输入，第三级输出为整机输出。
20.通道按照下面规则处理：将板卡通道重新编号，板卡通道号按照整机的输入进行编号。
21.第一级板卡1到板卡3的输入依次为1、2、3、4、5、6、7、8、9，按照从左到右，从上到下的顺序排列。
22.第二级板卡1到板卡3输入1依次为1、2、3，板卡1到板卡3输入2依次为4、5、6，板卡1到板卡3输入3依次为7、8、9。按照从左到右，从上到下的顺序排列。
23.第三级板卡1到板卡3的输入依次为1、2、3、4、5、6、7、8、9，b1、b2、b3、b4、b5、b6、b7、b8、b9。按照从左到右，从上到下的顺序排列，b1到b9属于备份通道，依次对应1到9。
24.从第二级看，通道的切换输入（1,4,7）只能连接到输出（1,4,7，b1，b4，b7），输入（2,5,8）只能连接到输出（2,5,8，b2，b5，b8），输入（3,6,8）只能连接到输出（3,6,9，b3，b6，b9）。
25.第一级的输出编号和第二级的输入相同，第二级的输出编号和第三级输入相同。第三级的输出为整机的输出，所以上述提及的通道链路或者通道链路表都是按照第二级的输入输出编号给定，如链路a（in，out）代表的即第二级的输入in和输出out。第二级通道使用情况就代表所有通道的使用情况。
26.所以某个通道链路表应该为第一级in所在板卡输出、第三级out所在板卡的输入上，也对应第二级所有板卡的相同输入和相同输出上。通道链路表是通道交换关系确定后计算得到的，通道链路是通道链路表中的其中一个成员。
27.采用上述通道交换关系计算方法的射频开关矩阵，所述射频开关矩阵为三级交换模式，第一级和第三级采用16
×
16板卡，第二级为交换板卡；第一级为8块16
×
16板卡，第三级有16块16
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16板卡，第二级有16块16
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16板卡；交换板卡和第一级板卡、第三级板卡之间均通过连接器连接。其中第二级为复合型板卡，采用上述结构，整机高度只与16
×
16板卡的数量有关，16
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16板卡设计高度为18～22 mm，高度约为480 mm，额外部件电源、显示、风扇等，总高度为700mm左右。整机射频连接器指示信息采用外部铭牌安装方式，解决交换板卡之间无法互换问题。
28.第一级板卡和第三级板卡为单腔体双面射频方式，第一级板卡输出射频连接器和第三级板卡输入射频连接器采用错位排列方式；即第一级板卡输出射频连接器为阵列式排
布，第三级板卡中与第一级板卡输出射频连接器对应的输入射频连接器设置在相邻两个第一级板卡输出射频连接器之间。这种连接方式可以提高空间利用率，板卡内部采用多块pcb射频板堆积而成，实现功分+走线+开关三个核心内容。
29.第二级交换板卡采用双腔体，每一个腔体均包含射频信号和控制信号两面，实现控制与射频信号的分离。这种双腔体重点在于功能设备上的区分。其也采用射频连接器双排错位方式排列，解决板卡内部线的交叉。腔体1实现8路信号的耦合与直通+16路8选1开关，腔体2实现8路信号放大+8路1分16功分+8路2选1开关。腔体1和腔体2直接叠拼在一起形成交换板卡。
30.另外，为了进一步压缩体积，整个设备采用单片机主控板控制，然而由于三级交换算法的复杂性，采用上述计算方法实现整个设备的交换。两种板卡采用统一的地址编码方式，采用同样的核心控制单元，控制数据通过can总线下发给各板卡，群升级通过can广播实现。通过can的重新定义，将id拆解为优先级+目的地地址+功能码方式，可实现对板卡控制优先级管理，从而实现板卡控制程序的集群升级。通过心跳包的定义，将原有查询、应答方式改变为自动对板卡温度、电源电压、电源电流、通道状态等信息采集并实时显示在终端设备上。
31.本发明计算方法更加简单，可以减少复杂度，降低计算时间；并且可以直接移植到单片机上，提高执行效能，降低交换算法成本。