一种适用于光电雷达综合侦察设备的多路数据传输系统

技术领域

本发明属于光电雷达数据传输设计领域，涉及一种适用于光电雷达综合侦察设备的多路数据传输系统。

背景技术

机载侦察设备是安装在无人机或有人机上的有效载荷，能够对目标进行有效的侦察。目前侦察平台有光电侦察平台和雷达侦察平台分别独立存在的载荷，对于光电侦察设备，存在作用距离近、成像易受天气影响的问题，对于雷达侦察设备，存在成像不易解读的问题。因此，对于有重量要求的中近程无人机，将光电、雷达传感器集成在一个吊舱内，组成光电雷达综合侦察设备，解决了之前光电与雷达侦察装备无法同时装载的既有问题，实现了不同侦察手段的优势互补，实现全天时、全天候和复合环境侦察保障能力，在有限的体积内实现了更高的侦察能力，因此，小型化、集成化的光电雷达综合侦察设备具有迫切的需求。

由于光电雷达综合侦察设备需要进行n×360°旋转搜索，为了实现360°连续旋转，需要通过滑环将各类传感器的数据传输到信号处理器，目前，光电侦察设备选用同轴线混合滑环或光纤混合滑环进行传输，雷达侦察设备选用光纤混合滑环进行传输。为了满足一个滑环同时传输雷达、视频、图片和通讯数据的要求，以往单独传输光学视频或雷达数据的数据传输装置已经无法满足光电雷达综合侦察设备对传输数据多样性、高速、可靠的要求。另外，随着任务多样性的需求，光电传感器具有不同的视频和图片类型，需要将不同的视频、图片打包在一起进行传输，同时，为了满足电磁兼容性的要求，还需要将通讯数据和高速雷达、视频/图片数据打包在一起，通过光纤传输，避免滑环处的电磁泄露和干扰，提高设备的电磁兼容性。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种适用于光电雷达综合侦察设备的多路数据传输系统，将雷达高速数据、视频数据、图片数据及通讯数据通过光端机发射端转成光信号，通过光纤滑环进行传输，到光端机的接收端解码并输出，实现光电雷达综合侦察设备在旋转搜索的过程中数据无损透明的传输。

本发明解决技术的方案是：

一种适用于光电雷达综合侦察设备的多路数据传输系统，包括光端机发射端、光纤滑环、光端机接收端、雷达、视频相机、图片相机和第一伺服机构；光端机发射端与光端机接收端通过光纤滑环连接；

雷达：将测量的雷达数据发送至光端机发射端；

视频相机：将拍摄的视频数据发送至光端机发射端；

图片相机：将拍摄的图片数据发送至光端机发射端；

第一伺服机构：生成通讯数据，将通讯数据发送至光端机发射端；

光端机发射端：接收雷达传来的雷达数据；接收视频相机传来的视频数据；接收图片相机传来的图片数据；接收第一伺服机构传来的通讯数据；对雷达数据进行电转光处理，生成雷达数据光信号；对视频数据、图片数据、通讯数据依次进行串行转并行处理、打包处理、电转光处理，生成数据包光信号；将雷达数据光信号和数据包光信号通过光纤滑环发送至光端机接收端；

光端机接收端：接收光端机发射端传来的雷达数据光信号和数据包光信号，对雷达数据光信号进行光转电处理，生成雷达数据，并将雷达数据发送至外部雷达处理器；对数据包光信号依次进行光转电处理、解析处理、并行转串行处理，生成视频数据、图片数据、通讯数据；将视频数据发送至外部视频处理器；将图片数据发送至外部图片处理器；将通讯数据发送至外部第二伺服机构。

在上述的一种适用于光电雷达综合侦察设备的多路数据传输系统，所述光端机发射端包括第一接口模块、第一FPGA模块和第一光模块；

第一接口模块：接收视频相机传来的视频数据；接收图片相机传来的图片数据；接收第一伺服机构传来的通讯数据；对视频数据、图片数据和通讯数据分别进行串行转并行处理，生成并行的视频数据、并行的图片数据和并行的通讯数据；并将并行的视频数据、并行的图片数据和并行的通讯数据发送至第一FPGA模块；

第一FPGA模块：接收第一接口模块传来的并行的视频数据、并行的图片数据和并行的通讯数据，对并行的视频数据、并行的图片数据和并行的通讯数据进行打包处理，生成数据包，并将数据包发送至第一光模块；

第一光模块：接收雷达传来的雷达数据，对雷达数据进行电转光处理，生成雷达数据光信号；接收第一FPGA模块传来的数据包，对数据包进行电转光处理，生成数据包光信号；将雷达数据光信号和数据包光信号发送至光端机接收端。

在上述的一种适用于光电雷达综合侦察设备的多路数据传输系统，所述光端机接收端包括第二光模块、第二FPGA模块和第二接口模块；

第二光模块：接收第一光模块传来的雷达数据光信号和数据包光信号，对雷达数据光信号进行光转电处理，生成雷达数据，发送至外部雷达处理器；对数据包光信号进行光转电处理，生成数据包，将数据包发送至第二FPGA模块；

第二FPGA模块：接收第二光模块传来的数据包，对数据包进行解析，生成并行的视频数据、并行的图片数据和并行的通讯数据；并将并行的视频数据、并行的图片数据和并行的通讯数据发送至第二接口模块；

第二接口模块：接收第二FPGA模块传来的并行的视频数据、并行的图片数据和并行的通讯数据；对并行的视频数据、并行的图片数据和并行的通讯数据分别进行并行转串行处理，生成视频数据、图片数据和通讯数据；将视频数据发送至外部视频处理器，将图片数据发送至外部图片处理器，将通讯数据发送至外部第二伺服机构。

在上述的一种适用于光电雷达综合侦察设备的多路数据传输系统，所述视频数据包括可见光视频数据、短波红外视频数据和中波红外视频数据。

在上述的一种适用于光电雷达综合侦察设备的多路数据传输系统，所述光纤滑环采用单模光纤，光纤滑环的工作波长为1310-1550nm，插入损耗小于2dB，用于光端机发射端和光端机接收端的数据传输。

在上述的一种适用于光电雷达综合侦察设备的多路数据传输系统，所述FPGA模块内设置有多通道数据合并控制模块；可见光、短波红外和中波红外的视频信号、图片信号经过编解码芯片转换为并行信号进入FPGA模块后，为数据添加相应的识别标志帧头，再将不同速率的数字信号统一提高到光端机接收端工作所需的速率，再经多通道数据合并控制模块仲裁后发送至光端机接收端。

在上述的一种适用于光电雷达综合侦察设备的多路数据传输系统，所述光模块选用四合一光模块HW4402；四合一光模块具有4路收发的电接口，其中2路接到FPGA模块，将FPGA处理后得到的高速数据流发出，另外2路通过高速连接器KJ30J连接雷达，实现对雷达数据的收发。

在上述的一种适用于光电雷达综合侦察设备的多路数据传输系统，所述视频数据、图片数据采用GMSL格式进行传输，适用不同帧频的相机。

在上述的一种适用于光电雷达综合侦察设备的多路数据传输系统，所述第一接口模块和第二接口模块均包括2路422接口、2路CAN接口，实现通讯数据的传输。

在上述的一种适用于光电雷达综合侦察设备的多路数据传输系统，通过光纤滑环进行数据传输，避免滑环处的电磁泄露和干扰。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明基于光纤的高速串行传输方式，实现了雷达数据、视频数据、图片数据和通讯数据的电-光、光-电转换，只需要一根光纤就可以将多路数据进行无损透明传输，节省了空间，避免的数据缠绕和电磁泄露，提高了光电雷达综合侦察设备的电磁兼容性；

(2)本发明实现了将通讯数据和高速雷达、视频/图片数据打包在一起，通过光纤传输，避免滑环处的电磁泄露和干扰，提高设备的电磁兼容性；

(3)本发明实现了将雷达高速数据、视频数据、图片数据及通讯数据通过光端机发射端转成光信号，通过光纤滑环进行传输，到光端机的接收端解码并输出，实现光电雷达综合侦察设备在旋转搜索的过程中数据无损透明的传输。

附图说明

图1为本发明多路数据传输系统示意图；

图2为本发明光端机发射端示意图；

图3为本发明光端机接收端示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步阐述。

本发明提供了一种适用于光电雷达综合侦察设备的多路数据传输系统，将雷达高速数据、视频数据、图片数据及通讯数据通过光端机发射端转成光信号，通过光纤滑环进行传输，到光端机的接收端解码并输出，实现光电雷达综合侦察设备在旋转搜索的过程中数据无损透明的传输。

适用于光电雷达综合侦察设备的多路数据传输系统，如图1所示，具体包括光端机发射端、光纤滑环、光端机接收端、雷达、视频相机、图片相机和第一伺服机构；光端机发射端与光端机接收端通过光纤滑环连接。光纤滑环采用单模光纤，光纤滑环的工作波长为1310-1550nm，插入损耗小于2dB，用于光端机发射端和光端机接收端的数据传输。

雷达：将测量的雷达数据发送至光端机发射端。

视频相机：将拍摄的视频数据发送至光端机发射端；视频数据包括可见光视频数据、短波红外视频数据和中波红外视频数据。

图片相机：将拍摄的图片数据发送至光端机发射端。

第一伺服机构：生成通讯数据，将通讯数据发送至光端机发射端。

光端机发射端：接收雷达传来的雷达数据；接收视频相机传来的视频数据；接收图片相机传来的图片数据；接收第一伺服机构传来的通讯数据；对雷达数据进行电转光处理，生成雷达数据光信号；对视频数据、图片数据、通讯数据依次进行串行转并行处理、打包处理、电转光处理，生成数据包光信号；将雷达数据光信号和数据包光信号通过光纤滑环发送至光端机接收端。

光端机接收端：接收光端机发射端传来的雷达数据光信号和数据包光信号，对雷达数据光信号进行光转电处理，生成雷达数据，并将雷达数据发送至外部雷达处理器；对数据包光信号依次进行光转电处理、解析处理、并行转串行处理，生成视频数据、图片数据、通讯数据；将视频数据发送至外部视频处理器；将图片数据发送至外部图片处理器；将通讯数据发送至外部第二伺服机构。

如图2所示，光端机发射端包括第一接口模块、第一FPGA模块和第一光模块；

第一接口模块：接收视频相机传来的视频数据；接收图片相机传来的图片数据；接收第一伺服机构传来的通讯数据；对视频数据、图片数据和通讯数据分别进行串行转并行处理，生成并行的视频数据、并行的图片数据和并行的通讯数据；并将并行的视频数据、并行的图片数据和并行的通讯数据发送至第一FPGA模块；

第一FPGA模块：接收第一接口模块传来的并行的视频数据、并行的图片数据和并行的通讯数据，对并行的视频数据、并行的图片数据和并行的通讯数据进行打包处理，生成数据包，并将数据包发送至第一光模块；

第一光模块：接收雷达传来的雷达数据，对雷达数据进行电转光处理，生成雷达数据光信号；接收第一FPGA模块传来的数据包，对数据包进行电转光处理，生成数据包光信号；将雷达数据光信号和数据包光信号发送至光端机接收端。

如图3所示，光端机接收端包括第二光模块、第二FPGA模块和第二接口模块；

第二光模块：接收第一光模块传来的雷达数据光信号和数据包光信号，对雷达数据光信号进行光转电处理，生成雷达数据，发送至外部雷达处理器；对数据包光信号进行光转电处理，生成数据包，将数据包发送至第二FPGA模块；

第二FPGA模块：接收第二光模块传来的数据包，对数据包进行解析，生成并行的视频数据、并行的图片数据和并行的通讯数据；并将并行的视频数据、并行的图片数据和并行的通讯数据发送至第二接口模块；

第二接口模块：接收第二FPGA模块传来的并行的视频数据、并行的图片数据和并行的通讯数据；对并行的视频数据、并行的图片数据和并行的通讯数据分别进行并行转串行处理，生成视频数据、图片数据和通讯数据；将视频数据发送至外部视频处理器，将图片数据发送至外部图片处理器，将通讯数据发送至外部第二伺服机构。

本发明中，FPGA模块内设置有多通道数据合并控制模块；可见光、短波红外和中波红外的视频信号、图片信号经过编解码芯片转换为并行信号进入FPGA模块后，为数据添加相应的识别标志帧头，再将不同速率的数字信号统一提高到光端机接收端工作所需的速率，再经多通道数据合并控制模块仲裁后发送至光端机接收端。

光模块选用四合一光模块HW4402；四合一光模块具有4路收发的电接口，其中2路接到FPGA模块，将FPGA处理后得到的高速数据流发出，另外2路通过高速连接器KJ30J连接雷达，实现对雷达数据的收发。

视频数据、图片数据采用GMSL格式进行传输，适用不同帧频的相机。

第一接口模块和第二接口模块均包括2路422接口、2路CAN接口，实现通讯数据的传输。通过光纤滑环进行数据传输，避免滑环处的电磁泄露和干扰。

光纤滑环选用单模光纤、工作波长为1310-1550nm，插入损耗小于2dB；用于光端机发射端和光端机接收端的数据传输；

所述光端机发射端包括第一数据接口模块、第一FPGA模块以及第一光模块。用于对接收到的数据进行编码并转换成光信号输出。

光端机接收端包括第二数据接口模块、第二FPGA模块以及第二光模块。用于对接收到的光信号进行解码并输出。

视频、图片编码接口模块选用的型号为MAX9275、解码接口模块选用的型号为MAX9276；通讯模块为MAX3490、MAX7051。

FPGA模块选用的FPGA的型号为XC7A100T。

光模块选用型号为HW4402。

雷达信号为CML高速信号电平，可以与光模块直接相连。

多路数据传输系统采用光纤滑环作为传输介质，可以在对雷达高速数据、相机进行任意旋转操作的基础上实现雷达数据、视频数据、图片数据和通讯数据的无损透明传输。

实施例

多路数据传输系统，包括光端机发射端、光纤滑环和光端机接收端，光端机发射端和光端机接收端通过光纤滑环连接在一起；

选用的大靶面图片为5120X5120@2fps、可见光视频为1920*1080@25fps、红外视频为640*512@25fps、短波红外视频为640*512@20fps，通讯数据包括2路异步422和2路CAN数据，其中，1路422数据用于传输测试数据，波特率为460800bps、1路422用于传输陀螺数据，波特率为921600bps；1路CAN用来传输伺服数据，1路CAN用来传输指令；雷达数据接口为标准的CML高速信号电平，可以与光模块直接相连。

本发明的光端机发射端包括接口模块、FPGA模块和光模块，接口模块将来自相机的视频数据和图片数据转换为并行的图像数据信号、行有效信号、帧有效信号以及像素时钟信号，送往FPGA模块；将来自伺服的通讯信号经过电平转换后送往FPGA模块，FPGA模块将有效并行的图像数据信号提取出来通过编码送往光模块，光模块将FPGA模块送来的2路串行数据和2路雷达数据转换为光信号后通过光纤滑环传输给光端机接收端；

光端机发射端FPGA模块包含GTP光通信和多通道数据合并两个模块；可见光的视频数据、短波红外视频数据、中波红外的视频数据和大靶面照片经过MAX9275芯片转换为并行信号进入FPGA后，为数据添加相应的识别标志帧头，再经速率整合模块将不同速率的数字信号统一提高到GTP发送模块工作所需的速率，再经多通道数据合并控制模块仲裁后传递给GTP发送模块(GTP采用Aurora-4bytes标准，速率6.25GHz)，GTP发送模块将数据通过光纤传输至接收端。

光模块选用的型号为HTW4402，该模块可以完成高速信号的电-光转换及光发送接收功能，HTW4402具有4路收发的电接口，其中2路发送接到FPGA的GTP模块，将FPGA处理后得到的高速串行数据流发出，另外2路通过高速连接器KJ30J连接雷达信号，实现对雷达信号的收发。HTW4402是一款高性能集成4路CWDM光收发一体模块，用于10km内光互联数据通信。模块为3.3V DC电源供电，单通道最大传输速率为10.3125Gbps，工作中心波长1271nm、1291nm、1311nm、1331nm，满足宽工作温度范围，ST光接口，CML高速信号电平，具备I2C通信监控功能。

本发明的光端机接收端包括接口模块、FPGA模块和光模块，光模块将光纤滑环送来的光信号转换成2路雷达数据和2路视频/图片/通讯数据。

光端机接收端FPGA模块实现了将光端机发射端发送的光信号还原成可见光视频数据、短波红外视频数据、中波红外视频数据、图片数据及通讯数据。FPGA模块包含GTP光通信、图像重构模块、多路数据分发控制三个模块，FPGA模块将3路视频/图片/通讯数据经多通道数据分发控制模块仲裁后区分出不同数据源的有效数据。为了实现不同分辨率、不同接口的图像数据格式，图像重构模块遵循不同的数据标准协议，各接口相互独立。GTP接收采用Aurora-4bytes标准，速率6.25GHz，Aurora接收模块接收后经多通道数据分发控制模块仲裁后区分出不同数据源的有效数据。先通过异步FIFO降低数据速率后传递给不同图像重构模块。在图像重构模块中，根据输出图像信号的分辨率、图像标准重构对应的时序信号并进行数据对齐，最后将多路并行数据输出给后级的接口模块。接口模块中的MAX9276芯片将视频/图片并行数据转换成串行数据发送给图像处理器；将通讯数据通过MAX3490/MAX3051电平转换后发送给伺服处理器；将2路雷达信号直接发送给雷达处理器，完成了雷达数据、视频/图片数据及通讯数据的无损透明传输。

光端机发射端与光端机接收端均采用Xilinx公司Artix-7系列的XC7A100T芯片，该系列FPGA内部集成了能实现高速数据收发Rocket I/O模块，采用了CML(Current ModeLogic)、CDR、线路编码(8B/10B)和预加重等技术的Rocket I/O硬核模块，可极大地减小时钟扭曲、信号衰减和线路噪声对接收性能影响，从而使传输速率进一步提高。FPGA内部包含4路GTP收发器,单个GTP收发器可以提供100Mbps～6.6Gbps的传输速率，设计中通过时分复用技术将数据复用到两路GTP线路并与高速数字光模块连接，实现数据的传输。

光端机发射端选用的视频、图片解码芯片为MAX9275，光端机接收端选用的视频、图片编码芯片为MAX9276。MAX9275是3.12Gbps千兆多媒体串行链路(GMSL)串行器，通过50Ω同轴电缆或100Ω屏蔽双绞线(STP)电缆接收来自GMSL串行器的数据，在LVCMOS输出端口输出解串后的数据。可以与MAX9276串行器配对使用，构成完备的链路传输功能。两款芯片在24位模式和27位宽带模式下，最大输出时钟为104MHz；在32位模式下，最大输出时钟为78MHz。器件所支持的码率及输出灵活性适用于各种显示器应用。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。