一種多位流多余度遙測數據流實時融合方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及數據處理技術領域，更具體地說涉及一種多位流多余度遙測數據流實時融合方法。
【背景技術】
[0002]在新機的科研試飛過程中，由于地面站附近樹木、建筑物以及地面等對遙測信號遮擋、反射造成的多徑效應會影響遙測接收信號質量。另外，飛機在空中做復雜動作時的姿態變換，也會引起遙測站接收信號質量無規律變化，從而使地面站接收系統無法完整、連續、流暢地獲取飛機遙測參數信號。為解決遙測信號接收不穩定的現象，通常在地面選擇不同地點建立多個地面遙測站同時接收同一目標的遙測數據，確保遙測接收信號有余度備份并在信號不好時切換到相對較好的信號。但這種人工數據切換的方法會引起數據中斷，切換過程也有數秒時間。
[0003]國家知識產權局于2014年03月26日，公開了一件公開號為CN103679378，名稱為“基于遙測數據評估航天器健康狀態的方法及裝置”的發明專利，該發明專利通過分析歷史遙測參數數據的周期性，根據其周期性分別建立歷史遙測參數數據各個周期內的分布，對各個周期的多個不同的分布進行檢驗，確定各個周期的分布，并計算分布的參數值，將待測的遙測參數數據代入各個周期的分布，計算得到相應的參數值，利用KL散度計算待測的遙測參數數據各個周期的分布的參數值與相應的歷史遙測參數數據各個周期的分布的參數值差異，確定該待測的遙測參數數據各個周期的健康等級，將多遙測數據的健康等級向量以加權融合方法給出該航天器健康等級。該方法可以將實時遙測數據是否異常、故障定性描述轉變為定量的健康指數，提供運管人員對系統的掌控能力。
[0004]現有技術中采用人工觀察各路遙測信號的質量，手動選擇切換質量最好的一路。但是飛機在做復雜動作時，各遙測站的信號質量會無規律變化，人工進行信號切換，反應速度慢，操作人員對信號的判斷主觀性影響大，不可能進行及時切換，切換過程信號會中斷。
【發明內容】
[0005]為了克服上述現有技術中存在的不足，本發明提供了一種多位流多余度遙測數據流實時融合方法，本發明的發明目的旨在于解決依靠人工選擇切換遙測數據的弊端，主要解決對遙測接收機輸出的基帶信號進行同步處理，同步處理包括位同步、幀同步檢測和數據對齊處理;檢測同步信號質量并根據融合條件實現多路數據融合。
[0006]為解決上述現有技術中的不足，本發明是通過下述技術方案實現的:
一種多位流多余度遙測數據流實時融合方法，其特征在于:包括如下步驟:
(一)通過過采樣技術把PCM信號轉換成數字信號進行處理；
(二)通過滑動相關算法對轉換后的數字信號進行同步檢測;所述同步檢測分為同步字檢測和幀同步檢測;根據檢測得到的同步字和幀同步信號完成數據對齊處理；
(三)將不同物理通道的數字信號數據映射成邏輯通道數據，進行數據融合處理； 物理通道是指實際輸入的PCM信息接口 ；
邏輯通道是指融合后的數據流通道；
物理通道的數字信號數據映射成邏輯通道數據具有四種映射方式:一對一映射、二對二映射、三對一映射和四對一映射；
所述數據融合是指將設置好的映射方式，經多個物理通道的數據進行處理，按照數據融合評估算法得到一個邏輯通道的最優合成數據的過程。
[0007]所述數據融合評估算法是對每個物理通道的數據流的子幀的信號質量做評估，從數據失步、ID字的連續性、數據強度三個方面進行評估;從而選出相應的最佳物理通道的子幀數據作為輸出，最終融合輸出的是融合各個物理通道最優子幀的數據流。
[0008]所述數據失步是指數據是否丟失同步字;如丟失同步字，則判斷為已失步，未失步的通道數據為可信數據。
[0009]所述ID字連續性是指根據當前ID字與前一幀ID字的相關性，即本幀數據的ID與前一幀數據的ID連續;如果其中一路的數據ID字非連續，另一路的數據ID字連續，則判斷為ID字連續的數據質量更好。
[0010]所述數據強度是對每一路PCM數據的同步字采用8倍過采樣，與已知的同步字比較，將比較結果相同位數對應的結果記為1，對結果累加，結果越大，同步強度越好;如果同步強度相同時，再進行幀計數判斷，幀計數判斷是對除同步字后的數據進行8倍過采樣，取最佳判決的前后3位數做參考，3位相同時判決為1，然后對判決結果累加，累加結果越大，幀數據質量越好。
[0011]所述滑動相關算法是指:將樣本數字信號和采集到的數字信號按位對齊并不斷滑動取異或之和計算相關值，尋找相關值最大時對應的數值。
[0012]所述同步字檢測是指:對單路輸入的數據信號進行串并轉換，將信號存入同步移位寄存器，同時將預設同步字采用多位擴展方式與同步移位寄存器里的數據進行移位同或計算，同或結果為真值的數據即為同步字。
[0013]所述幀同步檢測包括短幀同步和長幀同步，檢測過程由FPGA的狀態機實現，具體步驟如下:
S1狀態:搜索同步字狀態，如果收到同步信號，完成短幀同步，狀態從SO轉到S1狀態;同時打開開窗計數器使能，開始計數，計數到預設幀長度值后，開窗計數器溢出信號有效，轉到S2狀態；
S2狀態:等待同步字，確定是否為同步字還是誤檢測;關閉開窗計數器，使能窗寬計數器，搜索到同步信號后跳轉到S3狀態，否則收到窗寬計數器的溢出信號后返回S0狀態，此時為誤檢測；
S3狀態:同步鎖定狀態，下一個時鐘轉到S4狀態進行數據處理；
S4狀態:數據處理狀態，使能開窗計數器，等待開窗計數器溢出信號，轉到S5;
S5狀態:同步鎖定情況下的校核狀態，當為正確的同步鎖定狀態時，仍然需要對幀同步碼進行檢測，關閉開窗計數器，使能窗寬計數器，搜索到同步信號后跳轉到S3狀態，否則收到窗寬計數器的溢出信號后跳轉到S6狀態；
S6狀態:丟失一幀同步字，此時仍然按照正常幀同步鎖定的情況下進行數據處理，同時打開開窗計數器使能，開始計數，開窗計數器溢出，轉到S7狀態； S7狀態:同步狀態后的第二個校核狀態，防止漏檢測;關閉開窗計數器，使能窗寬計數器，搜索到同步信號后跳轉到S3狀態，否則收到窗寬計數器的溢出信號后跳轉到S8狀態，此時為誤檢測；
S8狀態:連續兩次沒有檢測到同步字，此時仍然進行數據處理，同時打開開窗計數器使能，開始計數，開窗計數器溢出，轉到S9狀態；
S9狀態:最后一個校核態，如果仍檢測不到同步字，就轉入S10失步狀態；
S10狀態:失步狀態，下一狀態轉到SO。
[0014]與現有技術相比，本發明所帶來的有益的技術效果表現在:
1、本發明根據過采樣定理:2倍采樣頻率可不失真地恢復被采樣的模擬信號。由于遙測信號在受環境或其他因素影響下，信號會有一定程度的畸變。為了能更準確地將模擬信號數字化，同時，也為后續對每個通道信號質量的判別，本發明采用8倍過采樣技術。一方面通過8倍采樣綜合判斷信號電平的高低屬性，保證了原始信號的信息完整；另一方面，通過每個通道的同一位信號采樣結果的比較，對通道的信號接收質量提供判據。
[0015]2、本發明采用滑動相關算法進行同步檢測，一方面根據滑動相關算法確定同步字位置，另一方面根據數據幀長度，在下一個同步字應該出現的位置的前后幾個時鐘周期窗口內，搜索同步字。在搜索狀態，定時電路被屏蔽，因而在每個時鐘周期都檢測是否搜索到幀同步碼。一旦接收到幀同步碼，則由搜索狀態轉入校核態。在校核態定時電路開始工作，計數到一幀的時刻再次檢測是否搜索到同步碼。若沒有檢測到同步信號，則前一次搜索到的判定為假同步碼。此時定時電路再次被屏蔽，重新開始搜索幀同步碼。在校核態，當連續通過預定的校核數3，都能搜索幀同步碼時，幀同步器進入同步狀態。在同步狀態，即使幀同步碼發生漏檢的情況，保護網絡也能讓幀同步器繼續輸出脈沖，而連續2此沒有檢測到同步碼，即超過預定的后方保護次數時，幀同