一种分平面参数化数据链波形重构方法

摘要

本发明公开了一种分平面参数化数据链波形重构方法，本方法面向数据链多波形重构，本发明提供的波形重构架构，将传统的参数控制、数据处理、硬件平台的一体化设计分离为参数控制面、数据处理面和资源映射面，各功能单元的独立处理，实现多种数据链波形的快速重构，发明内容包括波形多平面分离架构、模块化重构架构设计方法和基于模块的迭代反馈波形验证方法，本发明将整个波形的开发转化为模块的调用和参数配置，设计工作转化为模块的设计验证和波形参数的设计，减少多波形重构的重复设计工作，同时波形与硬件以模块形式进行匹配，容易实现资源精细化使用，架构支持波形的可扩展性设计。

说明书

技术领域

本发明涉及到通信传输技术领域，尤其涉及到一种分平面参数化数据链波形重构方法，适用于数据链通信传输系统。

背景技术

数据链将消息、协议和传输设备紧密耦合，实现雷达、声呐、电子战、敌我识别、自动上报、可视化监控等系统和设备的数据交互，是战场指控平台、武器平台、传感器平台和作战人员的信息“纽带”，是获得战场信息优势、提高协同作战能力和缩短决策时间的关键。随着现代战争内涵的发展，战争样式逐渐从以平台为中心转向以网络为中心，数据链实体逐渐从单机设备演进到多功能系统，传输层面上需要具备多信道协同、多链信息融合和传输自适应切换。传统的多链系统信息共享主要在消息层面以通用消息标准来实现，难以满足高机动平台对时敏信息的交互，同时由于各个数据链之间传输设备和波形采用独立使用和处理的方式，造成具备多链接入能力的节点设备体积庞大，多波形开发和验证工作量庞大。

数据链传输系统设计的任务是保证复杂作战任务执行过程中的信息可靠交互，复杂作战任务系统以多种武器平台和传感器等载体，对数据链网络的输入信息包含了多链控制信息和情报、监视、侦查等数据信息，数据链传输单元根据传输需求，映射到波形处理过程，为传输平台单元输出硬件天线等的配置信息和处理后的波形数据。在系统架构的约束下，要支持多任务协同和异构平台加载，一般在通用软件无线电平台的基础上需要数据链传输单元支持和具备异构数据链信息共享、多数据链波形重构、传输波形自适应、通用软件化波形控制，以及对收发器频率功率、天线波束的重配置等能力，这些需求对波形处理单元和硬件平台提出了较高的要求。

目前数据链系统波形的基本结构相似，但是在实现独立功能时，根据具体的波形参数来重新设计，从而导致需要大量的时间和精力来在FPGA/DSP/GPP上进行设计实现和验证，难以适应复杂任务系统的波形重构工作。

以常用的数据链为例，波形处理单元都包含了信道编码、调制解调、数字变频、脉冲成形等模块，每个模块使用的算法技术又有许多相似的地方，因此，通过参数化配置每个模块，减少重用模块的重复设计和验证工作，可以大大提高波形重构速度。由于第三方和新波形可以通过模块的更新和增加来改进波形设计，参数化波形设计具有极强的可扩展性，同时硬件资源不是与整个波形匹配，而是与波形子模块匹配，便于实现硬件资源共享。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种分平面参数化数据链波形重构方法。本发明面向数据链波形重构设计，提出的多平面分离波形重构架构和处理过程利用模块化设计思想，在设备硬件资源共享和设计处理精细分工的基础上，容易实现自动化多波形重构，具有较强的实用性。

为实现上述目的，本发明是根据以下技术方案实现的：

一种分平面参数化数据链波形重构方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：将传统基于参数控制、数据处理、硬件平台的一体化设计建立多平面分离波形重构架构，分离为参数控制面、数据处理面和资源映射面，各功能平面独立处理设计，在架构上每个功能平面之间进行反馈信息交互，快速重构多种数据链波形；

步骤S2：通过参数化模块设计建立波形模块库，将波形模块参数化，其中，并完成模块到通用硬件平台的验证，建立可扩展的波形模块数据库，利用波形模块数据库减少多波形重复设计工作；

步骤S3：利用参数控制面、数据处理面和资源映射面三个平面的处理完成波形设计，生成波形源代码；

步骤S4：基于分平面参数化设计的波形验证在生成波形源代码的基础上，对整体波形代码进行验证，波形整体验证完成资源映射面产生的执行代码到硬件设备的映射，并完成波形功能和性能的测试，在不满足要求时进行反馈迭代设计和验证。

上述技术方案中，所述波形模块包括模块名称、实例类型和调用参数。

上述技术方案中，步骤S2采用迭代反馈模块验证方法进行验证，完成单模块的通用平台资源映射，并完成模块功能和性能的测试，并支持第三方更新模块和新波形模块扩展。

上述技术方案中，步骤S3具体包括如下步骤：

参数控制面根据需要重构的波形应用和需求制定相应的参数集合F＝{P₁、P₂、P₃……}，集合F为波形参数的总集合，包含波形重构所需模块的所有参数，F根据模块分为多个模块参数子集合P_x，其中子集合P_x为单个模块的配置参数集合；

数据处理面根据参数控制平面产生的参数调用波形数据库中的模块，并进行模块配置和收发链路搭建，利用通用设计和仿真软件自动生成重构的波形源代码；

资源映射面实现波形模块到硬件平台的映射，模块开发以开发语言和波形仿真环境为基础，通过编译器将数据处理面产生的波形源代码生成硬件执行代码，映射的数据链平台以处理资源为核心，用于通用硬件平台。

上述技术方案中，步骤S3中，数据处理面调用波形模块库波形模块，然后自动生成源代码，资源映射面将波形源代码编译成硬件执行代码，每个平面间的处理相对独立，便于多波形的高效率工作。

上述技术方案中，步骤S4采用迭代反馈波形验证方法进行验证。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、本发明将传统基于参数控制、数据处理、硬件平台的一体化设计分离为参数控制面、数据处理面和资源映射面，各平面独立处理设计，便于分别进行波形总体功能设计仿真、波形扩展设计、波形硬件实现的专业化设计处理；

2、本发明将整个波形的开发转化为模块的调用和参数配置，设计工作转化为模块的设计验证和波形参数的设计，减少多波形重构的重复设计工作。

3、本发明将波形与硬件以模块形式进行匹配，容易实现资源精细化使用，并架构支持波形的可扩展性设计。

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它附图。

图1为参数化平面分离波形设计架构示意图；

图2为基于模块的参数化波形重构方法示意图；

图3为参数化波形模块设计方法示意图；

图4为基于模块的快速波形重构示意图；

图5为参数化波形测试反馈迭代设计和验证流程示意图；

图6为基于参数化技术的数据链波形设计实例示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

本发明的一种分平面参数化数据链波形重构方法，包括如下步骤：

步骤S1：将传统基于参数控制、数据处理、硬件平台的一体化设计建立多平面分离波形重构架构，分离为参数控制面、数据处理面和资源映射面，各功能平面独立处理设计，在架构上每个功能平面之间进行反馈信息交互，快速重构多种数据链波形；图1为参数化平面分离波形设计架构示意图，如图1所示，以设计两种异构波形为例，选取典型的信道编码、交织、调制和数字变频处理流程，在参数控制平面建立各波形的模块(编码器、交织器、调制器……)参数集合，数据处理平面根据输入的数据和参数进行数据处理，资源映射面实现模块到硬件平台(硬件资源包含FPGA、DSP、GPP等)的映射。

步骤S2：通过参数化模块设计建立波形模块库，将波形模块参数化，其中，并完成模块到通用硬件平台的验证，建立可扩展的波形模块数据库，利用波形模块数据库减少多波形重复设计工作，如图2-3所示，图2为基于模块的参数化波形重构方法示意图：在参数控制平面，通过网络应用、信道检测结果、抗干扰要求、LPD/LPI约束等波形需求制定对参数化模块的选择和配置，并先完成理论仿真验证；在波形处理平面，以建立的参数化波形模块库为基础，根据参数控制平面产生的参数调用波形模块并进行配置，最终生成重构的波形源代码；在资源映射平面，数据链硬件平台以FPGA、DSP、GPP等处理资源和核心，在建立波形模块库时首先实现对各波形模块的性能验证，在进行波形重构时根据波形数据处理平面产生的重构波形代码，完成整个波形的功能和性能的验证。三个平面在设计流程中大部分操作是独立执行的，但是在实际运行中，每个平面之间需要就行反馈信息交互。

图3为参数化波形模块设计方法示意图，模块输入为参数P_x和输入数据D_x，波形模块包括模块名称、实例类型和调用参数。图3(a)列举了常用的模块和相应的实例，以此建立模块数据库。图3(b)以信道编码模块为例，列举了常用的信道编码实例类型和相应的控制参数，以此细化模块参数。

步骤S3：利用参数控制面、数据处理面和资源映射面三个平面的处理完成波形设计，并生成波形源代码；

步骤S4：基于分平面参数化设计的波形验证在生成波形源代码的基础上，对整体波形代码进行验证，波形整体验证完成资源映射面产生的执行代码到硬件设备的映射，并完成波形功能和性能的测试，在不满足要求时进行反馈迭代设计和验证。

上述技术方案中，所述波形模块包括模块名称、实例类型和调用参数。

步骤S2采用迭代反馈模块验证方法进行验证，完成单模块的通用平台资源映射，并完成模块功能和性能的测试，并支持第三方更新模块和新波形模块扩展。

步骤S3具体包括如下步骤：

参数控制面根据需要重构的波形应用和需求制定相应的参数集合F＝{P₁、P₂、P₃……}，集合F为波形参数的总集合，包含波形重构所需模块的所有参数，F根据模块分为多个模块参数子集合P_x，其中子集合P_x为单个模块的配置参数集合；

数据处理面根据参数控制平面产生的参数调用波形数据库中的模块，并进行模块配置和收发链路搭建，利用通用设计和仿真软件自动生成重构的波形源代码；

资源映射面实现波形模块到硬件平台的映射，模块开发以开发语言和波形仿真环境为基础，通过编译器将数据处理面产生的波形源代码生成硬件执行代码，映射的数据链平台以处理资源为核心，用于通用硬件平台。如图4所示，其中，本发明通过HDL Coder、C/C++Coder等编译器将数据处理面产生的波形源代码生成硬件执行代码，映射的数据链硬件平台以FPGA、DSP、GPP等处理资源为核心，适用于通用硬件平台。

数据处理面调用波形模块库波形模块，然后自动生成源代码，资源映射面将波形源代码编译成硬件执行代码，每个平面间的处理相对独立，便于多波形的高效率工作。

步骤S4采用迭代反馈波形验证方法进行验证。图5为参数化波形测试反馈迭代设计和验证流程示意图，具体地，针对迭代反馈模块验证，本发明将验证分为模块验证和波形验证两部分，模块验证在步骤S2建立波形模块后，进行模块到硬件映射的功能验证，验证通过后加入模块数据库，不通过进行参数调整，直至通过验证。波形验证部分，首先波形原理仿真平台在已有波形数据库的基础上进行波形设计，产生波形模块的参数，然后调用模块，在硬件平台上进行波形整体性能验证，验证通过后将设计的波形代码输出到数据链装备，完成设计过程，如果未通过验证则进行参数调整，直至通过验证。

图6为基于参数化技术的数据链波形设计实例示意图，图6显示了利用参数化设计完成Link16和TTNT的模块设计，以两种数据链基带处理主要模块为例，都包含了信息校验、信道编码、交织、数字扩频、调制和跳频模块。在实例类型部分，信息校验、信道编码、数字扩频使用的实例类型分别为CRC、RS、CCSK方法，Link16调制模块实例类型采用MSK，TTNT调制模块实例类型采用GMSK，通信系统中的交织和跳频处理方法一般相似，因此实例类型为空。在控制参数部分，实例CRC传递的参数为码字长度、信息长度、生成多项式，实例RS根据数据和报头不同传递两种码字长度和信息长度数据，交织模块传递交织矩阵维度，实例CCSK扩频模块传递码字长度、信息长度和扩频映射表，实例MSK传递符号采样值、数据差分与否和初始相位，GMSK还需要传递滤波器滚降系数，跳频实例传递参数为频点编号和跳频序列。从两种常用数据链波形处理来看，两种波形基带模块具有较多的相似性，采用参数化设计可以减少重复设计工作，同时在增加新的波形时，通过模块和实例的增加即可实现设计的可扩展性。

本发明将一体化波形分为多个模块组合，每个模块设计采用参数化设计方法，并完成模块到通用硬件平台的验证，建立可扩展的波形模块数据库，利用数据库方法减少了多波形重复设计工作。

本发明提供的三平面处理流程，与用户需求和应用相关的波形设计只需设计波形参数集合，波动顶层设计不用关心波形实现，数据处理面只需调用模块库波形模块自动生成源代码，资源映射面将波形源代码编译成硬件执行代码，每个平面间的处理相对独立，便于多波形的高效率工作。

本发明提供的迭代反馈模块验证方法和迭代反馈波形验证方法，将传统的波形重构验证分为模块验证和整体波形验证，在建立波形模块库时进行了大量的模块验证工作，大大减少了在线整体波形设计和验证工作，降低了波形设计和验证的处理时间。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。