一种软件信号处理系统中数据时标的处理方法与流程

本发明涉及通信信号与信息处理领域，更为具体的，涉及一种软件信号处理系统中数据时标的处理方法。

背景技术：

1、在众多复杂系统中，时间基准是确保各分系统、单机协同工作的重要前提。随着科学技术的飞速发展和人类从事科学探索活动复杂性的不断增加，系统对时间基准的要求越来越高。例如在火箭发射过程中，点火前的十分钟内测试步骤密集，时间紧张，各系统对时间同步精度要求非常高。而在靶场中，为卫星或航天器发射、常规武器试验、测控系统提供标准时间信号的一整套电子设备称为时间系统。时间系统对卫星和航天器的精密测量和控制提供了标准精确的时间基准。

2、在测控通信系统以及地面应用系统中，时间基准的用途广泛且十分重要。其中一种典型的应用为，在地面数据接收设备对接收的信号进行解调、译码等处理的过程中，需要基于帧同步脉冲对当前时刻的时间进行采样，形成时标信息，并将时标信息与数据一同打包上报给飞行控制中心。地面时标信息连同星上下发数据中填入的星上时标信息将会为星地时差测量提供重要信息。除此之外，地面时标信息还会为数据的排序、分类归档提供辅助信息。

3、目前，包括测控通信系统在内的越来越多的通信系统都广泛采用了射频数字化+光纤拉远传输+后端集中处理的系统架构。在类似架构中，后端集中处理的平台有由基于传统fpga或专用处理芯片平台向通用服务器平台或两种混合平台发展的趋势。基于通用服务器平台进行信号与信息处理的优势是打破了功能算法和硬件平台的强耦合关系，开发工具更通用化，功能开发周期缩短，且可以基于商业货架产品的服务器进行平台选型。但与此同时也带来了一些问题，例如通用的服务器不具备时码接口，无论是从硬件接口还是功能运行原理上都无法像传统平台设备那样从时频分系统中获取精确的时间基准，而使用网络授时等方案存在时标精度不高、不适用于异步处理等缺陷。因此，基于通用计算平台进行软件信号处理面临精确时标信息采样和上报的困难。对此，需要考虑新的方法来保障精确时标信息的获取以及在后续整个信号与信息处理流程中的传递。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种软件信号处理系统中数据时标的处理方法，可以保障精确时标信息的获取以及在后续整个信号与信息处理流程中的传递。

2、本发明的目的是通过以下方案实现的：

3、一种软件信号处理系统中数据时标的处理方法，包括以下步骤：

4、s1，保存原始采样点的时标；

5、s2，计算初始采样时标；

6、s3，在线程间传递数据和时标；

7、s4，在变采样率类处理流程中完成时标解算；

8、s5，解算卷积译码前后的时标；

9、s6，解算帧同步前后的时标；

10、s7，处理失锁情况。

11、进一步地，在步骤s1中，所述保存原始采样点的时标，具体包括子步骤：在具备时码采集的前端设备中进行信号模数转换，并按照文件头、数据包头加数据区的结构将采样点数据封装后进行存储或发送至后端通用计算平台进行软件信号处理；其中，每个数据包头中存有当前数据包中的第一个采样点的采样时间信息和当前包内的采样点长度。

12、进一步地，在步骤s2中，所述计算初始采样时标，具体包括子步骤：

13、数据接收模块读取检前数据文件，读取文件头，提取采样频率和数据位宽信息，并根据位宽信息并区分i/q路读取数据文件；在采样前端数据包中取第一个采样数据时标t0，将起始采样点记为s0，根据采样率fs计算采样时间间隔，记为1/fs；统计当前采样点sn与起始采样点s0的采样个数差offset，计算得到当前采样点sn的原始数据时标为：

14、t1ori＝t0+offset*1/fs

15、将数据和数据时标一并写入解调线程的环形缓存队列的缓存区传递给下级处理。

16、进一步地，在步骤s3中，所述在线程间传递数据和时标，具体包括：不同线程之间采用环形队列，前级线程将处理结果写入队列尾部，后级线程从队列头部取出数据进行处理。

17、进一步地，所述不同线程之间采用环形队列，前级线程将处理结果写入队列尾部，后级线程从队列头部取出数据进行处理，具体包括子步骤：

18、s31，在各线程的环形缓存区初始化时，将队列的队尾指针ptail和队首phead指针均指向队列的首地址；

19、s32，在前级线程将数据中的i/q路信号数据和数据时标分别写入后级线程的环形缓存区，队尾指针ptail++，当队列满时(队尾指针ptail++％队列长度等于phead-1)，数据接收模块暂缓读取数据等待缓存区数据被下一级线程处理；

20、s33，后级线程实时监测该线程的环形缓存队列缓存区中是否有数据，即判断队列的队尾针是否与队首指针相同，若有则读取缓存区数据，并区分i/q路信号数据，进行该线程对应的数据处理，并将处理结果数据以及计算的时标信息写入下一级线程的环形缓存队列的缓存区。

21、进一步地，在步骤s4中，所述在变采样率类处理流程中完成时标解算，具体包括子步骤：原始采样数据经解调后采样数据变为基带数据，基带数据的速率为rb且有fs≥4*rb；

22、由此得到，解调后符号流时标为：

23、t1dm＝t0+offset*1/rb

24、考虑数据开销部分的时间跨度，此时，解调后符号流时标可变换为：

25、t1dm＝t0+(output+drop)*1/rb。

26、进一步地，在步骤s5中，所述解算卷积译码前后的时标，具体包括子步骤：

27、采用如下计算式：

28、t1＝t0+(output/code_rate+drop)*1/rb；

29、其中，时标t1随数据传递，式中的系数code_rate是当前使用的卷积编码方式的编码率，译码前后数据速率根据码率进行改变；drop为统计译码过程中丢弃的译码前数据量之和；output为统计译码已输出数据数据量。

30、进一步地，在步骤s6中，所述解算帧同步前后的时标，具体包括子步骤：按照信息处理流程，卷积码译码之后对数据做帧同步。此处的数据因已经携带时标信息，因此有数据帧的时标以及进入到同步态前的数据开销所占用的时间即可计算出时标信息，数据的符号率为rb/2；t2＝t1+(drop+output)*1/(rb/2)；(此处t1由卷积译码模块打包入数据包，output为当前包已同步成功输出的数据量，drop为帧同步状态建立前的数据开销)；同上，此模块也进行了时标修正，时标t2需随数据传递。

31、进一步地，在步骤s7中，所述处理失锁情况，具体包括子步骤：帧同步模块对数据进行同步，当输入数据持续满足参数所描述的结构时，帧同步按帧结构输出数据，当输入数据连续数次不满足帧结构时失锁，不再输出数据，此时输入数据即视为丢弃。

32、进一步地，所述帧同步模块对数据进行同步具体根据帧头、帧长参数对数据进行同步。

33、本发明的有益效果包括：

34、本发明提供了一种在无时码接口的信号处理系统或设备中提取、解算和上报精确数据时标的方法。利用该方法不仅可以实现在无时码接口的设备中完成数据时标的提取，还可以在信号事后处理过程中实现信号实时接收时刻的时标恢复。基于该时标信息可以完成星地时差标校、载荷数据排序等重要功能。

35、本发明可在无时标接口的信号与信息处理设备中实现数据时标提取和上报、信号事后处理时的时标恢复及时标与信号接收时间匹配，可应用在深空探测等多种场景。

36、本发明用于实现基于通用服务器等无时码接口的设备或平台进行软件信号与信息处理的系统中数据时标的提取、解算和恢复。