本發(fā)明涉及時(shí)鐘恢復(fù)相位模糊判定、補(bǔ)償?shù)难b置及方法，屬于衛(wèi)星通信和雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

激光統(tǒng)一測(cè)控系統(tǒng)要求天基終端與地面站之間、天基終端與天基終端之間采用激光實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸與高精度測(cè)距一體化功能。目前導(dǎo)航探測(cè)系統(tǒng)中有一種廣泛使用的測(cè)距方法，稱為同步轉(zhuǎn)發(fā)測(cè)距方法。同步轉(zhuǎn)發(fā)測(cè)距原理如圖1所示，天基終端作為被測(cè)端，向地面站發(fā)送的信號(hào)稱為下行鏈路信號(hào)；地面站作為主測(cè)端，向天基終端發(fā)送的信號(hào)稱為上行鏈路信號(hào)。主測(cè)端發(fā)送上行測(cè)距幀數(shù)據(jù)至被測(cè)端，主測(cè)端使用本地時(shí)間系統(tǒng)記錄上行測(cè)距幀幀頭時(shí)刻，被測(cè)端收到上行測(cè)距后立即轉(zhuǎn)發(fā)，即下行測(cè)距幀幀頭與到達(dá)被測(cè)端的上行測(cè)距幀幀頭在時(shí)間上保持一致(實(shí)際工程中有系統(tǒng)處理時(shí)延，為恒定值)，并且轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)中攜帶與接收信號(hào)一致的動(dòng)態(tài)信息(相當(dāng)于上行信號(hào)發(fā)送到被測(cè)端之后反射回主測(cè)端)。主測(cè)端使用本地時(shí)間系統(tǒng)記錄下行測(cè)距幀幀頭時(shí)刻。據(jù)此計(jì)算出地面發(fā)出上行測(cè)距幀幀頭至地面收到下行測(cè)距幀幀頭之間的時(shí)延，即為信號(hào)上下行傳輸時(shí)延，乘以光速即可得到雙向路程。同步轉(zhuǎn)發(fā)測(cè)距與其他測(cè)距方法相比，由于距離的測(cè)量在主測(cè)端完成，因此有效地消除了主、被測(cè)端時(shí)鐘差對(duì)測(cè)距結(jié)果的影響。

同步轉(zhuǎn)發(fā)測(cè)距要求被測(cè)端實(shí)時(shí)地跟蹤主測(cè)端發(fā)來(lái)的信號(hào)，并以相同的相位和速率發(fā)送信號(hào)給主測(cè)端。一種可行方法是被測(cè)端根據(jù)接收信號(hào)的相位和速率提取恢復(fù)時(shí)鐘，確保恢復(fù)時(shí)鐘完全跟蹤接收信號(hào)，以此時(shí)鐘進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)即可達(dá)到同步轉(zhuǎn)發(fā)的目的。在實(shí)現(xiàn)這種方法時(shí)可利用fpga中的吉比特收發(fā)器(gtx/gth)模塊提取恢復(fù)時(shí)鐘。

gtx/gth作為高速信號(hào)的接收端時(shí)，具有通過(guò)內(nèi)部時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)(clockdatarecovery,cdr)電路在時(shí)鐘非同源的動(dòng)態(tài)信道中恢復(fù)出與接受信號(hào)速率相匹配的時(shí)鐘的功能，此時(shí)鐘稱為恢復(fù)時(shí)鐘。以恢復(fù)時(shí)鐘為基準(zhǔn)指導(dǎo)同步轉(zhuǎn)發(fā)，在被測(cè)端將接收信號(hào)再生轉(zhuǎn)發(fā)回主測(cè)端。然而，經(jīng)實(shí)驗(yàn)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)：系統(tǒng)重啟后，使用gtx/gth恢復(fù)的時(shí)鐘有時(shí)會(huì)出現(xiàn)180度初始相位翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象，即相位偏差1/2個(gè)時(shí)鐘周期，這可能是由cdr電路內(nèi)部鎖相環(huán)路引起的。雖然這對(duì)通信沒(méi)有影響，解調(diào)出的數(shù)據(jù)是正確的，但是恢復(fù)時(shí)鐘卻存在相位模糊，恢復(fù)時(shí)鐘相位模糊會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)的相位模糊，最終導(dǎo)致同步轉(zhuǎn)發(fā)測(cè)距結(jié)果出現(xiàn)模糊，即每次測(cè)量的結(jié)果可能有2種情況，二者相差1/2個(gè)時(shí)鐘周期。針對(duì)這一問(wèn)題，本發(fā)明提出了時(shí)鐘恢復(fù)180度相位模糊的判定、補(bǔ)償裝置及方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)以上問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種時(shí)鐘恢復(fù)相位模糊判定、補(bǔ)償?shù)难b置及方法。具體如下：

一種時(shí)鐘恢復(fù)相位模糊判定裝置，包括：時(shí)鐘恢復(fù)電路：恢復(fù)出與接收到的輸入信號(hào)速率相匹配的恢復(fù)時(shí)鐘(clk0)，以及與clk0相位相差180度的反相時(shí)鐘(clk180)；同步電路：跟蹤接收到的輸入信號(hào)，每一幀產(chǎn)生一次幀標(biāo)志脈沖(pr)及當(dāng)前時(shí)刻對(duì)應(yīng)的碼初相位(p0)；以及運(yùn)算判決電路：以所述的clk0、clk180、pr和p0為輸入，判定恢復(fù)出的隨路時(shí)鐘是否存在相位偏移，并給出判決標(biāo)志。

進(jìn)一步地，所述時(shí)鐘恢復(fù)電路包括吉比特收發(fā)器(gtx/gth)和數(shù)字時(shí)鐘管理器(dcm)，gtx/gth在接收高速信號(hào)的同時(shí)，通過(guò)其內(nèi)部的時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)(cdr)電路恢復(fù)出與接收信號(hào)速率相匹配的clk0，一路直接送入運(yùn)算判決電路，另一路經(jīng)所述dcm產(chǎn)生相位差180度的clk180之后送入所述運(yùn)算判決電路；

進(jìn)一步地，所述同步電路包括a/d轉(zhuǎn)換器和數(shù)字延遲鎖相環(huán)(ddll)，a/d轉(zhuǎn)換器以固定頻率對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采集，將采集的數(shù)據(jù)送入所述ddll，用于對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行跟蹤，每一幀數(shù)據(jù)產(chǎn)生一次pr和p0。

進(jìn)一步地，所述運(yùn)算判決電路接收所述clk0、180、pr和p0，并根據(jù)接收的輸入信號(hào)的實(shí)際到達(dá)時(shí)間ta和判決策略判定恢復(fù)出的隨路時(shí)鐘是否存在相位偏移，再由判定的結(jié)果給出判決標(biāo)志，其中，所述接收的輸入信號(hào)的實(shí)際到達(dá)時(shí)刻ta是指pr的出現(xiàn)時(shí)間tp減去碼初相位p0對(duì)應(yīng)的時(shí)間長(zhǎng)度。

再進(jìn)一步地，如權(quán)利要求3所述的時(shí)鐘恢復(fù)相位模糊判定裝置，其特征在于所述判決策略為：若clk0先采集到pr，且則判定clk0與ta時(shí)刻距離更近；若clk0先采集到pr，且則判定clk180與ta時(shí)刻距離更近；若clk180先采集到pr，且則判定clk180與ta時(shí)刻距離更近；若clk180先采集到pr，且則判定clk0與ta時(shí)刻距離更近；不論clk0還是clk180先采集到pr，若則無(wú)法判定，需要在下一幀重新采集；其中tclk為一個(gè)時(shí)鐘周期的持續(xù)時(shí)間tc換算為碼相位的值。

再進(jìn)一步地，如果clk0與ta時(shí)刻距離更近，則認(rèn)為clk0與主測(cè)端發(fā)送時(shí)鐘的相位一致，這時(shí)需要給出標(biāo)志信號(hào)傳遞回主測(cè)端，通知主測(cè)端不對(duì)測(cè)距結(jié)果補(bǔ)償；如果clk180與ta時(shí)刻距離更近，則認(rèn)為clk180與主測(cè)端發(fā)送時(shí)鐘的相位一致，這時(shí)需要給出標(biāo)志信號(hào)傳遞給主測(cè)端，通知主測(cè)端對(duì)測(cè)距結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償量是

再進(jìn)一步地，所述判決策略中的p0用式p0'＝mod(p0+tclk-tdp,tclk)替代，其中，mod(*)表示取模運(yùn)算，tdp是時(shí)鐘恢復(fù)電路中的gtx/gth和同步電路的a/d轉(zhuǎn)換器之間的固定的處理時(shí)延，以碼相位形式表示。

再進(jìn)一步地，如果p0'的值在0±δt范圍內(nèi)或者范圍內(nèi)，則應(yīng)該重新采樣，直到不再在0±δt范圍內(nèi)或者范圍內(nèi)為止，其中，δt是邊沿采樣保護(hù)間隔，優(yōu)選的，δt取值為或或

一種時(shí)鐘恢復(fù)相位模糊判定方法，包括步驟：

s1.將接收信號(hào)分為兩路，一路輸入到時(shí)鐘恢復(fù)電路，另一路輸入至同步電路；

s2.時(shí)鐘恢復(fù)電路依據(jù)接收信號(hào)，產(chǎn)生兩路與接收信號(hào)速率相匹配的恢復(fù)時(shí)鐘clk0、以及和clk0相位相差180度反向時(shí)鐘clk180，同步電路對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行跟蹤，每隔一幀產(chǎn)生一次幀標(biāo)志脈沖pr及當(dāng)前時(shí)刻對(duì)應(yīng)的碼初相位p0，將clk0、clk180、pr和p0送至運(yùn)算判決電路；

s3.運(yùn)算判決電路接收到clk0、clk180、pr和p0，根據(jù)判決策略真值表判定恢復(fù)出的隨路時(shí)鐘是否存在相位偏移，并給出判決標(biāo)志和補(bǔ)償量。

一種時(shí)鐘恢復(fù)相位模糊判定方法，判定依據(jù)為：

(a).若clk0先采集到pr，且則判定clk0與ta時(shí)刻距離更近；

(b).若clk0先采集到pr，且則判定clk180與ta時(shí)刻距離更近；

(c).若clk180先采集到pr，且則判定clk180與ta時(shí)刻距離更近；

(d).若clk180先采集到pr，且則判定clk0與ta時(shí)刻距離更近；

(e).不論clk0還是clk180先采集到pr，若則無(wú)法判定，需要在下一幀重新采集；

其中，clk0是時(shí)鐘恢復(fù)電路恢復(fù)出的與接收到的輸入信號(hào)速率相匹配的恢復(fù)時(shí)鐘，clk180是與clk0相位相差180度的反相時(shí)鐘，pr是同步電路每一幀產(chǎn)生一次的幀標(biāo)志脈沖，tclk為一個(gè)時(shí)鐘周期的持續(xù)時(shí)間tc換算為碼相位的值，ta是輸入信號(hào)的實(shí)際到達(dá)時(shí)間，p0是同步電路中每一幀當(dāng)前時(shí)刻對(duì)應(yīng)的碼初相位，或者是p0用公式p0'＝mod(p0+tclk-tdp,tclk)進(jìn)行替換的替換值p0'，公式中的tdp是以碼相位形式表示的時(shí)鐘恢復(fù)電路和同步電路之間的固定的處理時(shí)延。

一種時(shí)鐘恢復(fù)相位模糊補(bǔ)償方法，判定時(shí)鐘恢復(fù)產(chǎn)生了180度的相位偏移時(shí)，對(duì)測(cè)距結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償量是其中tc為一個(gè)時(shí)鐘周期的持續(xù)時(shí)間。

本發(fā)明針對(duì)gtx/gth時(shí)鐘恢復(fù)存在180度相位模糊的問(wèn)題，提出了一種時(shí)鐘恢復(fù)相位模糊判定、補(bǔ)償?shù)难b置及方法，將這種時(shí)鐘恢復(fù)相位模糊判定、補(bǔ)償?shù)难b置及方法運(yùn)用于同步轉(zhuǎn)發(fā)測(cè)距法中，可以有效解決gtx/gth恢復(fù)時(shí)鐘相位模糊所導(dǎo)致的同步轉(zhuǎn)發(fā)測(cè)距結(jié)果出現(xiàn)模糊的問(wèn)題，有效提高了同步轉(zhuǎn)發(fā)測(cè)距法的測(cè)距精度。

附圖說(shuō)明

圖1是同步轉(zhuǎn)發(fā)測(cè)距原理示意圖；

圖2是本發(fā)明的解決方案；

圖3是不同情況下clk0及clk180兩個(gè)時(shí)鐘與實(shí)際數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)刻對(duì)應(yīng)關(guān)系示意圖；

圖4是保護(hù)間隔示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明和詳細(xì)描述。

如圖2所示是本發(fā)明提出的解決方案示意圖，這套解決方案主要由3個(gè)電路構(gòu)成，它們是時(shí)鐘恢復(fù)電路、同步電路以及運(yùn)算判決電路，下面分別對(duì)這三個(gè)電路進(jìn)行詳細(xì)介紹。

時(shí)鐘恢復(fù)電路包括fpga中的gtx/gth和數(shù)字時(shí)鐘管理器(digitalclockmanage,dcm)，gtx/gth在接收高速信號(hào)的同時(shí)，還通過(guò)其內(nèi)部的cdr電路恢復(fù)出與接收信號(hào)速率相匹配的恢復(fù)時(shí)鐘，恢復(fù)時(shí)鐘有可能在相位上與主測(cè)端發(fā)送時(shí)鐘完全相同，也有可能與其相位相差180度，因此需要引出一路恢復(fù)時(shí)鐘送入dcm對(duì)其倒相，產(chǎn)生180度反相時(shí)鐘。時(shí)鐘恢復(fù)電路將根據(jù)接收到的信號(hào)，最終產(chǎn)生兩路與接收信號(hào)速率相匹配、相位相差180度的恢復(fù)時(shí)鐘，送入運(yùn)算判電路塊進(jìn)行后續(xù)處理。

同步電路包括a/d轉(zhuǎn)換器和數(shù)字延遲鎖相環(huán)(digitaldelay-lockedloop,ddll)，gtx/gth在接收信號(hào)的同時(shí)，同步電路的a/d轉(zhuǎn)換器也將會(huì)以固定頻率對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采集，再將采集的數(shù)據(jù)送入數(shù)字延遲鎖相環(huán)ddll中，用于對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行跟蹤。同步電路的跟蹤方式與gtx/gth的cdr電路不同，ddll不對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行調(diào)整，僅調(diào)整本地碼表的碼相位，每一時(shí)刻算出一個(gè)當(dāng)前碼相位值，碼相位循環(huán)一個(gè)周期后(即收完一幀數(shù)據(jù))產(chǎn)生一次幀標(biāo)志脈沖pr和當(dāng)前時(shí)刻對(duì)應(yīng)的碼初相位p0，幀標(biāo)志脈沖pr出現(xiàn)的時(shí)刻與碼初相位p0將用于定位輸入信號(hào)的實(shí)際到達(dá)時(shí)刻。同步電路產(chǎn)生的幀標(biāo)志脈沖pr和碼初相位p0將被送入運(yùn)算判決電路，進(jìn)行后續(xù)操作。

運(yùn)算判決電路接收恢復(fù)時(shí)鐘clk0及其反相時(shí)鐘clk180、幀標(biāo)志脈沖pr和當(dāng)前碼初相位p0，并利用這些信號(hào)來(lái)判斷哪一路恢復(fù)時(shí)鐘與接收信號(hào)的相位相匹配。假設(shè)pr的出現(xiàn)時(shí)刻為tp，則tp減去碼初相位p0對(duì)應(yīng)的時(shí)間長(zhǎng)度即為接收信號(hào)的實(shí)際到達(dá)時(shí)刻ta，ta可能與gtx/gth恢復(fù)時(shí)鐘clk0對(duì)齊，也可能與gtx/gth恢復(fù)時(shí)鐘的反相時(shí)鐘clk180對(duì)齊。

在本發(fā)明中使用如下的判決策略：使用clk0與clk180分別采集pr，如果gtx/gth恢復(fù)時(shí)鐘clk0先采集到pr，且(tclk是將一個(gè)時(shí)鐘周期的持續(xù)時(shí)間tc換算為碼相位的值)，則判定clk0與ta時(shí)刻距離更近，若則判定clk180與ta時(shí)刻距離更近，若則無(wú)法判定，需要在下一幀重新采集；如果gtx/gth恢復(fù)時(shí)鐘的反相時(shí)鐘clk180先采集到pr，且則判定clk180與ta時(shí)刻距離更近，若則判定clk0與ta時(shí)刻距離更近，若則無(wú)法判定，需要在下一幀重新采集。判決策略的真值表如表1所示。

表1判決策略真值表

圖3是不同情況下clk0及clk180兩個(gè)時(shí)鐘與實(shí)際數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)刻對(duì)應(yīng)關(guān)系示意圖。包含4種情況：clk0先采集到pr，clk180先采集到pr，clk0先采集到pr，clk180先采集到pr，圖中并未包含這種特殊情況。

在clk0和clk180中間，判定與ta時(shí)刻距離更近的那一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)與主測(cè)端發(fā)送時(shí)鐘的相位一致。如果clk0與ta時(shí)刻距離更近，則認(rèn)為clk0與主測(cè)端發(fā)送時(shí)鐘的相位一致，這時(shí)需要給出標(biāo)志信號(hào)傳遞回主測(cè)端，通知主測(cè)端不對(duì)測(cè)距結(jié)果補(bǔ)償；如果clk180與ta時(shí)刻距離更近，則認(rèn)為clk180與主測(cè)端發(fā)送時(shí)鐘的相位一致，這時(shí)需要給出標(biāo)志信號(hào)傳遞給主測(cè)端，通知主測(cè)端對(duì)測(cè)距結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償量是

在實(shí)際實(shí)現(xiàn)時(shí)，還需要考慮以下問(wèn)題：

1.實(shí)際處理中，接收信號(hào)在gtx/gth和a/d轉(zhuǎn)換器兩路通道內(nèi)的處理時(shí)延的不同，兩路通道的傳輸時(shí)延存在固定偏差td，其對(duì)應(yīng)碼相位值tdp，這時(shí)需要使用示波器對(duì)tdp進(jìn)行輔助測(cè)量。補(bǔ)償延時(shí)后得到最終用于判決的初相位值p0'＝mod(p0+tclk-tdp,tclk)。其中，mod(*)表示取模運(yùn)算。

2.實(shí)際處理中，還要設(shè)置邊沿采樣保護(hù)間隔δt，如圖4所示，如果檢測(cè)到p0’的值在0±δt范圍內(nèi)或者范圍內(nèi)(圖中灰色區(qū)域)，即p0’處于保護(hù)間隔δt內(nèi)，則認(rèn)為gtx/gth恢復(fù)時(shí)鐘(或反相時(shí)鐘)與pr距離很近，有可能因邊沿采樣而采集出錯(cuò)，這時(shí)應(yīng)該重新采樣，直到不再是邊沿采樣為止。δt根據(jù)實(shí)際情況可取為或或

表2測(cè)試結(jié)果

設(shè)定主測(cè)端與被測(cè)端之間上行與下行數(shù)據(jù)速率均為2.5gbps，測(cè)試環(huán)境的真實(shí)距離值為9.55ns(這里以ns為單位指的是以信號(hào)傳輸時(shí)延表征距離值，下面所有測(cè)距值都以ns為單位)，fpga的高速串行接口gtx/gth將以2.5gbps的數(shù)據(jù)速率接收數(shù)據(jù)信號(hào)。信號(hào)在經(jīng)過(guò)gtx/gth時(shí)，將會(huì)進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為16bit并行數(shù)據(jù)，隨路時(shí)鐘也因此降低為原來(lái)的1/16，此時(shí)gtx/gth的cdr電路將會(huì)恢復(fù)出156.25mhz(tc＝6.4ns)隨路處理時(shí)鐘，但無(wú)法判斷恢復(fù)時(shí)鐘是否存在180度相位模糊，以及主測(cè)端是否需要對(duì)測(cè)距結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償。

當(dāng)系統(tǒng)重啟時(shí)，使用gtx/gth恢復(fù)出的恢復(fù)時(shí)鐘有時(shí)會(huì)出現(xiàn)180度初始相位翻轉(zhuǎn)，為對(duì)補(bǔ)償方法的性能進(jìn)行檢驗(yàn)，故對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行20次重啟，得到表2中的測(cè)試結(jié)果。將實(shí)測(cè)的未做補(bǔ)償?shù)臏y(cè)距結(jié)果填入表中，對(duì)比測(cè)距模糊與測(cè)得的p0能否正確對(duì)應(yīng)(即補(bǔ)償結(jié)果是否正確)。經(jīng)過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)即便重啟后測(cè)量結(jié)果存在模糊，都可以通過(guò)運(yùn)算補(bǔ)償將模糊解算出來(lái)，這樣就可以消除恢復(fù)時(shí)鐘相位模糊對(duì)測(cè)距結(jié)果造成的影響。

gtx/gth時(shí)鐘恢復(fù)180度相位模糊的相位判決和補(bǔ)償辦法通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)：

步驟一：將接收信號(hào)分為兩路，一路輸入到時(shí)鐘恢復(fù)電路，另一路輸入至同步電路；

步驟二：時(shí)鐘恢復(fù)電路依據(jù)接收信號(hào)，產(chǎn)生兩路與接收信號(hào)速率相匹配、相位相差180度的恢復(fù)時(shí)鐘clk0和clk180，同步電路對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行跟蹤，每隔一幀產(chǎn)生一次幀標(biāo)志脈沖pr及當(dāng)前時(shí)刻對(duì)應(yīng)的碼初相位p0，將clk0、clk180、pr和p0送至運(yùn)算判決電路；

步驟三：運(yùn)算判決電路接收到兩路反相的恢復(fù)時(shí)鐘clk0和clk180、幀標(biāo)志脈沖pr和當(dāng)前碼初相位p0，根據(jù)判決策略真值表判斷clk0和clk180哪一個(gè)時(shí)鐘與主測(cè)端發(fā)送時(shí)鐘的相位一致，并給出判決標(biāo)志和補(bǔ)償量。