一种基于自纠正算法实现航电脉冲参数统计的方法与流程
1.本发明属于航空计算机控制技术领域，涉及一种基于自纠正算法实现航电脉冲参数统计的方法。
背景技术：
2.航电脉冲广泛应用在军工设备，脉冲信号的脉宽、周期、幅值等代表不同的含义，因此对于航电脉冲的参数采集就非常有意义。目前常见的脉冲一般是持续脉冲，对于单路该种脉冲通过单片机或者fpga进行统计，但是对于多路并发脉冲或者信号间有相位关系的脉冲，则只能通过cpld或fpga等硬件的方式进行并行采集、计算，通过工控机软件或嵌入式单片机方式无法采集多路并行同步信号。
3.除了上述连续脉冲信号，还有一种ook调制的脉冲信号，航电脉冲信号与调制信号作乘法，会出现在调制信号为高电平期间，航电脉冲信号可以顺利输出；在调制信号为低电平期间，无航电脉冲输出。为了增加脉冲统计的准确性，滤除干扰信号，一般采用平均值发计算航电脉冲参数。在调制信号结束阶段，均值采样点数可能达不到要求就提前结束，导致计算出现异常错误。
4.中国发明专利201610907941.2公开了一种连续窄脉冲的脉宽测量方法及系统，包括：将待测连续窄脉冲的信号与预设固有周期的辅助宽脉冲信号进行逻辑运算后合成为第三脉冲信号；利用第一计数器根据所述时钟信号对合成后的所述第三脉冲信号进行计数，参考第三脉冲信号对应的时钟周期的个数，得到第一计数值；利用第二计数器根据时钟信号对所述预设固有周期的辅助宽脉冲信号进行计数，参考参与逻辑运算的辅助宽脉冲信号对应的时钟周期的个数，得到第二计数值；利用第三计数器对参与逻辑运算的待测连续窄脉冲信号的脉冲数进行统计，得到待测连续窄脉冲数；根据所述时钟信号的时钟周期结合第一计数值、第二计数值、以及待测连续窄脉冲数，获取所述待测的连续窄脉冲信号的脉宽。该发明只是实现一种脉冲统计的方法，不包括对调制脉冲信号的参数统计和异常处理。
5.中国发明专利201911116592.2公开一种脉冲信号输出装置，用于产生脉冲信号，所述脉冲信号输出装置包括：脉冲信号发生器，用于产生脉冲信号；计数器，与所述脉冲信号发生器连接，用于统计脉冲信号发生器产生的脉冲信号的数量；锁存器，与所述脉冲信号发生器以及所述计数器均连接，用于接收脉冲信号发生器产生的脉冲信号，并根据计数器统计的脉冲信号的数量控制输出的脉冲信号的个数；本发明还公开一种脉冲信号输出方法；通过计数器统计脉冲信号发生器产生的脉冲信号的数量，及锁存器控制输出，从而实现输出特定数量的脉冲信号。该发明是脉冲信号的输出和统计，但不包括对调制脉冲信号的参数统计和异常处理。
技术实现要素：
6.(一)发明目的
7.本发明的目的是：提供一种基于自纠正算法实现航电脉冲参数统计的方法，采用
硬件fpga门阵方式采集航电脉冲参数，实现对连续脉冲和调制脉冲都能自动通过硬件的方式，正确的采集统计出参数信息。
8.(二)技术方案
9.为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于自纠正算法实现航电脉冲参数统计的系统，其包括：多路并联的脉冲信号采集处理及参数统计单元，以及一个接口通信模块；每路脉冲信号采集处理及参数统计单元包括依次串联的航电脉冲adc采集模块、航电脉冲数字滤波模块、航电脉冲数字整形模块和航电脉冲参数统计模块，多个航电脉冲参数统计模块连接接口通信模块；每路脉冲信号经由adc采集后，滤除带外干扰信号、整形处理，统计出脉宽、周期、幅值后存储，再经由接口通信模块供主cpu访问。
10.本发明还提供一种基于自纠正算法实现航电脉冲参数统计的方法，其包括以下步骤：
11.s1：航电脉冲adc采集
12.通过adc并行采集模块进行脉冲信号采集，adc并行采集模块由32通道adc与fpga接口组成，fpga通过lvds采用差分方式实现数据采样；
13.s2：航电脉冲数字滤波
14.采用7阶数fir滤波器对步骤s1采集的脉冲信号进行滤波，该滤波器采用系数为1的窗函数实现；
15.s3：航电脉冲数字整形
16.航电脉冲经过数字滤波后，采用数字比较器对采样波形进行整形处理，数字比较器带迟滞功能，阈值1-9v可调；
17.s3：脉冲参数统计
18.通过通信接口配置进行识别该通道是连续脉冲还是调制脉冲，再进行脉冲参数统计；
19.s4：接口通信
20.航电脉冲参数统计完毕后，各个通道的统计结果存储在各自的寄存器，主cpu通过局域总线访问寄存器。
21.步骤s3包括以下两个子步骤：
22.s31：连续脉冲参数统计
23.明确本窗口是连续脉冲后，确定采样窗口t1即可完成参数统计；
24.t1是根据航电脉冲周期确定窗口大小，在该窗口内，统计脉冲边沿跳变的时间，其中2个上升沿之间即为一个航电脉冲的周期t1；
25.s32：调制脉冲参数统计
26.明确本通道信号是调制信号后，fpga首先建立航电脉冲起始标志，开始启动航电脉冲参数统计，其中采样窗口t1确定方法与s31确定方法相同，脉冲超时窗口t2和调制信号超时窗口t3分别设计；
27.脉冲超时窗口t2是动态调整的，初始值设计一个大于目前输入脉冲最长周期的2倍，后续会根据统计的脉冲周期平均值，取4倍脉冲周期作为脉冲超时窗口t2，从而有效检测调制信号下降沿，保证航电脉冲个数不满足采样窗口t1时，剔除本次异常参数统计；
28.调制信号超时窗口t3判断是调制脉冲消失情况，用于清零本次参数统计，调制信
号超时窗口t3为调制信号周期的2倍，一旦检测到2个周期没有任何航电脉冲，则认为本次测试结束，清零所有脉冲参数。
29.(三)有益效果
30.上述技术方案所提供的基于自纠正算法实现航电脉冲参数统计的方法，与现有技术相比，采用fpga门阵方式实现，可以统计更窄的脉冲，支持航电脉宽从500ns到800ms；所述方法支持对连续脉冲信号进行参数统计，包括脉宽，周期，幅值；所述方法支持ook调制脉冲信号进行参数统计，包括脉宽，周期，幅值；所述方法在调制信号幅值为零期间，采用锁存器功能，保持最后一次有效参数统计输出；所述方法在采样窗口小于平均值计算预期窗口时进入异常处理流程，丢弃异常脉冲，保证可靠统计航电脉冲信号的参数。
附图说明
31.图1为本发明方法的原理图。
具体实施方式
32.为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
33.本发明支持多路脉冲并行输入，根据输入脉冲的特点，分为连续脉冲和调制脉冲。为了有效保障参数统计准确性，本发明首先提供一种基于自纠正算法实现航电脉冲参数统计的系统，其包括：多路并联的脉冲信号采集处理及参数统计单元，以及一个接口通信模块；每路脉冲信号采集处理及参数统计单元包括依次串联的航电脉冲adc采集模块、航电脉冲数字滤波模块、航电脉冲数字整形模块和航电脉冲参数统计模块，多个航电脉冲参数统计模块连接接口通信模块；每路脉冲信号经由adc采集后，滤除带外干扰信号、整形处理，统计出脉宽、周期、幅值后存储，再经由接口通信模块供主cpu访问。
34.所述航电脉冲包括连续脉冲和调制脉冲，连续脉冲指发出指令后，脉冲持续不间断；调制脉冲指连续脉冲和一个周期信号做幅度调制，即ook调制；调制信号为
‘1’
期间，脉冲信号正常通过，调制信号为
‘0’
期间，无航电脉冲输出。
35.航电脉冲参数统计模块进行参数统计时，连续脉冲通过平均值法计算采样参数，无需纠正算法；调制脉冲采用平均值法计算采样参数在调制信号跳变时刻，会出现统计错误；所述自纠正算法是确定3个时间窗口，一个采样窗口t1，一个脉冲超时窗口t2,一个调制信号超时窗口t3；所述采样窗口t1是根据连续航电脉冲的周期确定，一般采用航电脉冲周期的2n倍；所述脉冲超时窗口t2用于判断脉冲发送异常，是根据航电脉冲周期确定，超过这个限制则认为本采样窗口数据无效，后续重新开始统计；所述异常脉冲被检测到后，采用保持器保持上一次有效参数，丢弃本次统计结果；所述调制信号超时窗口t3用于判断是调制脉冲消失情况，用于清零本次参数统计。
36.本发明系统能够避免在调制信号为高电平转变为低电平附近信号统计不准确问题，并且通过硬件方式统计并行统计多路脉冲，可以大大节省软件开销。
37.基于上述航电脉冲参数统计系统，本实施例基于自纠正算法实现航电脉冲参数统计的方法包括以下步骤：
38.s1：航电脉冲adc采集
39.adc并行采集模块由32通道adc与fpga接口组成，本发明前端脉冲采样使用高集成度adc，采样精度是12bits。fpga通过lvds采用差分方式实现数据采样。lvds接口具备电压摆幅小，相比单端并行接口，功耗大大降低。此外，lvds采用电流方式传输，相对电压方式，抗干扰能力更强。
40.s2：航电脉冲数字滤波
41.由于航电脉冲经过长线传输，阻抗不匹配等问题，导致脉冲出现反射、过冲、甚至耦合高频干扰，因此，数字滤波还是非常有必要的。所述数字滤波器模块采用7阶数fir滤波器构成，该滤波器采用系数为1的窗函数实现，优点是实现简单，节省大量宝贵的硬件乘法器，带外衰减在15db左右，可有效滤除带外干扰信号。
42.s2：航电脉冲数字整形
43.航电脉冲经过数字滤波后，输出结果是12bits的补码，仍然包含信号的波动，因此，无法准确测量信号的周期，脉宽等参数。本发明采用数字比较器对采样波形进行整形处理。所述数字比较器模块根据信号特征，设计带迟滞功能的数字比较器，阈值1-9v可调。根据脉冲特点，比较器阈值包含正阈值和负阈值两个，根据输入信号和干扰特征，阈值可以灵活设置。
44.s3：脉冲参数统计
45.脉冲参数统计首先需要通过软件配置该通道是连续脉冲还是调制脉冲。该功能是通过通信接口配置进行识别，下面分别介绍连续脉冲参数统计和调制脉冲参数统计。
46.s31：连续脉冲参数统计
47.由于连续脉冲表现为持续不间断，因此明确本窗口是连续脉冲后，只需确定采样窗口t1即可完成参数统计。确定采样窗口t1时间窗口后，在采样窗口内就可以采用平均值法计算脉冲的周期、脉宽，幅值。
48.t1是根据航电脉冲周期确定窗口大小，t1一般采样信号的128或64个周期，在该窗口内，统计脉冲边沿跳变的时间。其中2个上升沿之间即为一个航电脉冲的周期t1，航电脉冲宽度t2。在采样窗口内就可以采用平均值法计算脉冲的周期、脉宽，幅值。对于fpga来说，取128或64采样周期，通过fpga实现积分器，每计满128或64采样周期通过移位运算实现除法求均值运算，不仅节约逻辑资源，而且一个系统时钟即可输出结果，大大减少计算延时。为防止出现异常数据，本发明采用削峰处理保证积分器不会溢出。
49.s32：调制脉冲参数统计
50.对于ook调制的脉冲信号，航电脉冲信号与调制信号作乘法，调制信号为高电平期间，航电脉冲信号可以顺利输出；调制信号为低电平期间，无航电脉冲输出。由于上述航电脉冲不是连续的，处理起来就不能简单的设置一个采样窗口计算脉冲参数，需要识别调制信号下降沿的位置以及调制信号是否超时，否则，在航电脉冲断续临界出就会出现统计异常。
51.在明确本通道信号是调制信号后，fpga首先建立航电脉冲起始标志，开始启动航电脉冲参数统计。其中采样窗口t1确定方法与s31确定方法相同，脉冲超时窗口t2和调制信号超时窗口t3分别设计。
52.脉冲超时窗口t2是为了记录调制信号下降沿时刻，一旦检测到出现超时串口t2，则fpga采用锁存器功能，保持上一采样窗口有效参数，丢弃本次统计结果。脉冲超时窗口t2
是动态调整的，初始值设计一个大于目前输入脉冲最长周期的2倍，后续会根据统计的脉冲周期平均值，取4倍脉冲周期作为脉冲超时窗口t2，从而有效检测调制信号下降沿，保证航电脉冲个数不满足采样窗口t1时，剔除本次异常参数统计。
53.调制信号超时窗口t3判断是调制脉冲消失情况，用于清零本次参数统计，本发明设计调制信号超时窗口t3为调制信号周期的2倍，一旦检测到2个周期没有任何航电脉冲，则认为本次测试结束，清零所有脉冲参数。
54.s4：接口通信
55.航电脉冲参数统计完毕后，各个通道的统计结果存储的各自的寄存器。主cpu可通过局域总线访问寄存器，同时也可以完成对采集脉冲的参数设置。
56.采用本发明所述方法，与现有技术相比，采用fpga门阵方式实现，可以统计更窄的脉冲，支持航电脉宽从500ns到800ms；所述方法采用数字信号处理技术，最大限度保证采样参数的准确性；所述方法支持对连续脉冲信号进行参数统计，包括脉宽，周期，幅值；所述方法支持ook调制脉冲信号进行参数统计，包括脉宽，周期，幅值；所述方法在调制信号幅值为零期间，采用锁存器功能，保持最后一次有效参数统计输出；所述方法在采样窗口小于平均值计算预期窗口时进入异常处理流程，丢弃异常脉冲，保证可靠统计航电脉冲信号的参数。
57.由上述技术方案可以看出，本发明具有以下显著特点：采用fpga门阵方式实现，支持对连续脉冲信号进行参数统计，包括脉宽，周期，幅值；支持ook调制脉冲信号进行参数统计，包括脉宽，周期，幅值；在调制信号幅值为0期间，采用锁存器功能，保持最后一次有效参数统计输出；在采样窗口小于平均值计算预期窗口时进入异常处理流程，丢弃异常脉冲；在脉冲周期大于超时时间后，对所有航电参数进行清零；支持所有常见航电脉宽统计，脉宽范围包括500ns到800ms。
58.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
技术特征：
1.一种基于自纠正算法实现航电脉冲参数统计的系统，其特征在于，包括：多路并联的脉冲信号采集处理及参数统计单元，以及一个接口通信模块；每路脉冲信号采集处理及参数统计单元包括依次串联的航电脉冲adc采集模块、航电脉冲数字滤波模块、航电脉冲数字整形模块和航电脉冲参数统计模块，多个航电脉冲参数统计模块连接接口通信模块；每路脉冲信号经由adc采集后，滤除带外干扰信号、整形处理，统计出脉宽、周期、幅值后存储，再经由接口通信模块供主cpu访问。2.如权利要求1所述的基于自纠正算法实现航电脉冲参数统计的系统，其特征在于，所述航电脉冲包括连续脉冲和调制脉冲，连续脉冲指发出指令后，脉冲持续不间断；调制脉冲指连续脉冲和一个周期信号做幅度调制，即ook调制，调制信号为
‘1’
期间，脉冲信号正常通过，调制信号为
‘0’
期间，无航电脉冲输出。3.如权利要求2所述的基于自纠正算法实现航电脉冲参数统计的系统，其特征在于，所述航电脉冲参数统计模块进行参数统计时，连续脉冲通过平均值法计算采样参数，无需纠正算法；调制脉冲采用平均值法计算采样参数时，引入自纠正算法。4.如权利要求3所述的基于自纠正算法实现航电脉冲参数统计的系统，其特征在于，所述自纠正算法中，确定3个时间窗口，一个采样窗口t1、一个脉冲超时窗口t2和一个调制信号超时窗口t3；采样窗口t1根据连续航电脉冲的周期确定；脉冲超时窗口t2用于判断脉冲发送异常，根据航电脉冲周期确定，超过这个限制则认为本采样窗口数据无效，后续重新开始统计；所述异常脉冲被检测到后，采用保持器保持上一次有效参数，丢弃本次统计结果；所述调制信号超时窗口t3用于判断是调制脉冲消失情况，用于清零本次参数统计。5.如权利要求4所述的基于自纠正算法实现航电脉冲参数统计的系统，其特征在于，所述采样窗口t1采用航电脉冲周期的2
n
倍。6.如权利要求5所述的基于自纠正算法实现航电脉冲参数统计的系统，其特征在于，多路所述航电脉冲adc采集模块由32通道adc与fpga接口组成，fpga通过lvds采用差分方式实现数据采样。7.如权利要求6所述的基于自纠正算法实现航电脉冲参数统计的系统，其特征在于，所述航电脉冲数字滤波模块采用7阶数fir滤波器构成，7阶数fir滤波器采用系数为1的窗函数实现。8.如权利要求7所述的基于自纠正算法实现航电脉冲参数统计的系统，其特征在于，所述航电脉冲数字整形模块采用数字比较器对采样波形进行整形处理。9.一种基于自纠正算法实现航电脉冲参数统计的方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：航电脉冲adc采集通过adc并行采集模块进行脉冲信号采集，adc并行采集模块由32通道adc与fpga接口组成，fpga通过lvds采用差分方式实现数据采样；s2：航电脉冲数字滤波采用7阶数fir滤波器对步骤s1采集的脉冲信号进行滤波，该滤波器采用系数为1的窗函数实现；s3：航电脉冲数字整形航电脉冲经过数字滤波后，采用数字比较器对采样波形进行整形处理，数字比较器带迟滞功能，阈值1-9v可调；
s3：脉冲参数统计通过通信接口配置进行识别该通道是连续脉冲还是调制脉冲，再进行脉冲参数统计；s4：接口通信航电脉冲参数统计完毕后，各个通道的统计结果存储在各自的寄存器，主cpu通过局域总线访问寄存器。10.如权利要求9所述的基于自纠正算法实现航电脉冲参数统计的系统，其特征在于，步骤s3包括以下两个子步骤：s31：连续脉冲参数统计明确本窗口是连续脉冲后，确定采样窗口t1即可完成参数统计；t1是根据航电脉冲周期确定窗口大小，在该窗口内，统计脉冲边沿跳变的时间，其中2个上升沿之间即为一个航电脉冲的周期t1；s32：调制脉冲参数统计明确本通道信号是调制信号后，fpga首先建立航电脉冲起始标志，开始启动航电脉冲参数统计，其中采样窗口t1确定方法与s31确定方法相同，脉冲超时窗口t2和调制信号超时窗口t3分别设计；脉冲超时窗口t2是动态调整的，初始值设计一个大于目前输入脉冲最长周期的2倍，后续会根据统计的脉冲周期平均值，取4倍脉冲周期作为脉冲超时窗口t2，从而有效检测调制信号下降沿，保证航电脉冲个数不满足采样窗口t1时，剔除本次异常参数统计；调制信号超时窗口t3判断是调制脉冲消失情况，用于清零本次参数统计，调制信号超时窗口t3为调制信号周期的2倍，一旦检测到2个周期没有任何航电脉冲，则认为本次测试结束，清零所有脉冲参数。
技术总结
本发明公开了一种基于自纠正算法实现航电脉冲参数统计的系统，其包括：多路并联的脉冲信号采集处理及参数统计单元，以及一个接口通信模块；每路脉冲信号采集处理及参数统计单元包括依次串联的航电脉冲ADC采集模块、航电脉冲数字滤波模块、航电脉冲数字整形模块和航电脉冲参数统计模块，多个航电脉冲参数统计模块连接接口通信模块；每路脉冲信号经由ADC采集后，滤除带外干扰信号、整形处理，统计出脉宽、周期、幅值后存储，再经由接口通信模块供主CPU访问。本发明采用硬件FPGA门阵方式采集航电脉冲参数，实现对连续脉冲和调制脉冲都能自动通过硬件的方式，正确的采集统计出参数信息。息。息。
