一种导航信号高速射频采集回放装置及方法与流程

本发明涉及导航技术领域，更具体地说，特别涉及一种导航信号高速射频采集回放装置及方法。

背景技术：

导航信号具有载波频率高、数据实时性高、数据量大等特点，在实际研发测试中，经常需要将导航信号录制下来，反复播放，以方便故障重现、数据分析等。

导航信号采集回放设备是一款将导航射频信号实时采集并存储到磁盘中，以及将存储后的数据还原成导航射频信号的设备，可用于各类导航产品的检测认证，研发测试和故障排查、信号分析和算法研究等。

目前gnss采集回放仪主要是先将射频信号转换为中频再进行采集的方式（如图1所示），需采用下变频方式，adc采样率较低，无法将gps、北斗、glonass、galileo信号在同一通道同时采集，无法进行高精度的分析和算法处理；射频采集回放设备，使用adc直接采集射频信号，相对中频方式adc速率较高，目前射频采集回放设备（如图2所示），主要应用于雷达信号采集回放，在导航领域还未使用。高采样率的射频直采带来了大量数据传输，普通存储器在速率上和容量上无法满足设计要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种导航信号高速射频采集回放装置及方法，以克服现有技术所存在的缺陷。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种导航信号高速射频采集回放装置，包括：

信号采样模块，用于将射频信号中的非导航信号频率进行滤除并对滤波后的模拟信号转换为数字信号；

数据分发模块，用于对采样的数字信号进行切片以形成一个个报文并通过光口并行分发出去；

本地存储和控制模块，用于控制数据分发模块发出的报文数据在本地存储或外部存储；

分布式存储模块，用于作为外部存储；

数据处理模块，用于对数据分发模块发出的报文数据进行滤波处理；

信号回放模块，用于将滤波处理后的数字信号转换为模拟信号并将该模拟信号搬移至导航信号频谱；

所述信号采样模块、数据分发模块、数据处理模块、信号回放模块依次连接，所述本地存储和控制模块与数据分发模块连接，所述分布式存储模块与本地存储和控制模块连接。

进一步地，所述数据分发模块和数据处理模块集成于fpga模块中。

进一步地，所述信号采样模块包括：

滤波器，用于将射频信号中的非导航信号频率进行滤除；

高速adc模块，该高速adc模块的采样率大于导航信号频率，用于对滤波后的模拟信号转换为数字信号；

所述滤波器与高速adc模块连接，所述高速adc模块与数据分发模块连接。

进一步地，所述信号回放模块包括：

dac模块，用于将滤波处理后的数字信号转换为模拟信号；

上变频模块，用于将dac模块转换后的模拟信号搬移至导航信号频谱；

所述dac模块和上变频模块连接，所述dac模块与数据处理模块连接。

进一步地，所述本地存储模块由pcie接口的高速ssd组成。

进一步地，所述分布式存储模块由多个存储阵列组合而成。

本发明还提供一种根据上述的导航信号高速射频采集回放装置的方法，包括以下步骤：

s1.在采集时，将射频信号中的非导航信号频率进行滤除并对滤波后的模拟信号转换为数字信号；

s2.对采样的数字信号进行切片以形成一个个报文并通过光口并行分发出去；

s3.将分发的数据进行合并，并存储在本地存储模块或分布式存储模块中；

s4.在回放时，本地存储控制模块读取本地存储模块或分布式存储模块中的数据，并将数据通过光口分发给数据处理模块；

s5.通过数据处理模块对数据进行滤波处理；

s6.将滤波处理后的数字信号转换为模拟信号并将该模拟信号搬移至导航信号频谱。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明提供的一种导航信号高速射频采集回放装置及方法，采用的采样率大于导航信号频率，可将所有导航频率段的数据同时采集并于数据分析，并且本发明无需本振信号、无需下变频，射频通道设计更为简单，本发明采用本地存储和分布式存储的方式，便于灵活扩展存储空间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中中频采集方式的gnss采集回放仪原理图。

图2是现有技术中射频采集方式的射频采集回放设备原理图。

图3是本发明导航信号高速射频采集回放装置的原理图。

图4是本发明导航信号高速射频采集回放方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

参阅图3所示，本实施例公开了一种导航信号高速射频采集回放装置，包括：信号采样模块1，用于将射频信号中的非导航信号频率进行滤除并对滤波后的模拟信号转换为数字信号；数据分发模块2，用于对采样的数字信号进行切片以形成一个个报文并通过光口并行分发出去；本地存储和控制模块3，用于控制数据分发模块发出的报文数据在本地存储或外部存储；分布式存储模块4，用于作为外部存储；数据处理模块5，用于对数据分发模块发出的报文数据进行滤波处理；信号回放模块6，用于将滤波处理后的数字信号转换为模拟信号并将该模拟信号搬移至导航信号频谱；信号采样模块1、数据分发模块2、数据处理模块5、信号回放模块6依次连接，本地存储和控制模块3与数据分发模块2连接，分布式存储模块4与本地存储和控制模块3连接。

本实施例中，所述的数据分发模块2和数据处理模块5集成于一个fpga模块中。

本实施例中，所述的信号采样模块1包括：滤波器10，用于将射频信号中的非导航信号频率进行滤除，保证信号质量；高速adc模块11，该高速adc模块的采样率大于导航信号频率，达到1.8g以上，可直接对导航信号进行采样，高速adc模块用于对滤波后的模拟信号转换为数字信号，滤波器10与高速adc模块11连接，高速adc模块11与数据分发模块2连接。

本实施例中，所述的信号回放模块6包括：dac模块60，用于将滤波处理后的数字信号转换为模拟信号；上变频模块61，用于将dac模块转换后的模拟信号搬移至导航信号频谱；dac模块60和上变频模块61连接，dac模块60与数据处理模块5连接。

作为优选，所述的本地存储模块由pcie接口的高速ssd组成，以保证存储速率；控制模块主要对数据进行存储控制，可选择数据存放在内部存储还是外部存储中。

作为优选，所述的分布式存储模块4由多个存储阵列组合而成，用于存储采集的数据。分布式存储模块4收到数据后，将数据分段存储在存储阵列上，可支持在存储的同时，将已存好的数据段拷贝出磁盘阵列，以节省空间。并且，存储阵列由于是单独的设备，其存储空间可做到非常大，一般可做到100t以上，这是目前普通硬盘不能相比的。

参阅图4所示，本发明还提供一种根据上述的导航信号高速射频采集回放装置的方法，包括以下在采集时和回放时的两个大步骤，分别介绍：

在采集时，包括以下步骤：

s1.将射频信号中的非导航信号频率进行滤除并对滤波后的模拟信号转换为数字信号，即：射频信号经滤波器10滤波后送入高速adc模块11进行模数转换，滤波器10主要滤除非导航信号频率，保证信号质量（在这个采集过程中，无需本振信号、无需下变频，极大的节约了设备成本），并且由于选用的是高速adc模块11，其采样率达到1.8g以上，高速adc主要提供模数转换功能，将模拟信号转换为数字信号，高速adc由于采样率足够高，带宽达1.8g，可直接对导航信号进行采样。

s2.对采样的数字信号进行切片以形成一个个报文并通过光口并行分发出去；具体为：adc转换后的数字信号送入fpga中的数据分发模块2进行数据分发，由于数据量较大，可通过4个或多个光口均匀将数据发送给本地存储和控制模块3。

s3.将分发的数据进行合并，并存储在本地存储模块或分布式存储模块中；

s4.在回放时，本地存储控制模块读取本地存储模块或分布式存储模块中的数据，并将数据通过光口分发给数据处理模块；

s5.通过数据处理模块对数据进行滤波处理，具体为：本地存储控制模块将数据合并后，存储在本地存储器或者是分布式存储器上。

在回放时，包括以下步骤：

s6.将滤波处理后的数字信号转换为模拟信号并将该模拟信号搬移至导航信号频谱，具体包括：本地存储控制模块读取本地存储或分布式存储模块4中的数据，将数据通过光口分发给fpga模块，fpga模块中的数据处理模块5将数据进行滤波处理后，送往dac模块60，dac模块60将数据转换为模拟中频信号，发送给上变频模块61，上变频模块61将中频信号进行上变频，转换成射频信号进行发送，还原成原始信号。

由于导航信号采集回放设备通常是通过下变频后，将中频信号进行采集，本发明采用高采样率方式，采样率高于导航信号频率，一般大于1.8ghz，可将所有导航频段同时采集，减少信号失真，提高数据力度，有利于数据的分析。

本发明的存储空间灵活扩展：分内部存储和外部存储共同组成，可灵活配置，内部存储采用ssd阵列实现，外部存储采用一个或多个外置磁盘阵列实现，可灵活扩展存储空间，存储空间不受限制。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是专利所有者可以在所附权利要求的范围之内做出各种变形或修改，只要不超过本发明的权利要求所描述的保护范围，都应当在本发明的保护范围之内。