專利名稱：一種ais基帶信號通訊設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及通訊設備，特別是AIS基帶信號通訊設備。
背景技術：
船舶自動識別系統(tǒng)(automatic identification system,AIS)是一種船舶導航設備，通過使用AIS通訊能減少船舶間的碰撞，能增強ARPA雷達、船舶交通管理系統(tǒng)、船舶報告的功能，能在電子海圖上顯示所有船舶的航向、航線、航名等信息，很大程度上提高了海、事通信的能力以及為海事系統(tǒng)提供了ー種船舶間、船岸間進行語音和文本通信的方法。AIS信息是基于VHF (very high frequency，甚高頻)進行傳輸?shù)?，其固定頻率為161. 975MHz和162. 025MHz。常規(guī)的AIS通訊設備由人機界面模塊、通信協(xié)議處理模塊、基帶信號處理模塊、射頻模塊及標準通信接ロ模塊等組成。當前AIS的應用呈現(xiàn)了較大程度的擴展，出現(xiàn)了ー些對AIS進行適當精簡的設備，比如基于AIS的搜救設備AIS-SART與AIS漁網(wǎng)跟蹤器，此類設備僅需具備發(fā)送功能，無需接收，以降低設備成本，降低設備功耗，延長使用時間。由于沒有了接收功能，如圖I所示，上述精簡的AIS設備無需低噪音放大器和基帶接收功能，只需包括用于將報文轉換成ニ進制數(shù)據(jù)的控制器、用于將ニ進制數(shù)據(jù)生成為AIS基帶信號的數(shù)字信號處理器、AIS基帶信號收發(fā)器。然而目前此類精簡的AIS設備的成本并沒有因為功能精簡而成本大量降低，AIS基帶信號生成依然需要專用芯片來完成是原因。如圖2所示，AIS基帶信號的數(shù)字信號處理器(AIS基帶信號處理模塊)包括高級數(shù)據(jù)鏈路控制(high-level data link control, HDLC)打解包、非歸零反相編碼(No ReturnZero-Inverse,NRZI)編解碼和高斯濾波最小頻移鍵控(Gaussian filtered minimum shiftkeying, GMSK)的調制解調。在AIS基帶信號的整個調制過程中，原始數(shù)據(jù)流A為ニ進制數(shù)據(jù)，表現(xiàn)為方波信號，在經過了前文所述的HDLC、NRZI后，依然方波信號B，最后在GMSK濾波器的處理下，成為最終調制到高頻的基帶信號C。由于將信號方波信號B轉化為基帶信號C的調制過程最為復雜，目前需采用DSP (digital singnal processor,數(shù)字信號處理器)進行復雜的浮點運算，導致系統(tǒng)復雜，功耗仍然偏高，無法有效延長AIS基帶信號通訊設備的使用時間。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供ー種AIS基帶信號通訊設備，它不需要AIS基帶信號的數(shù)字信號處理器，因此功耗低，可有效延長設備使用時間。本發(fā)明為解決上述提出的問題所采用解決方案為
ー種AIS基帶信號通訊設備，它包括控制器和發(fā)射器；其特征在于所述控制器包
括
用于將報文轉換成ニ進制數(shù)據(jù)的處理模塊、
用于儲存ニ進制數(shù)據(jù)及其相應AIS基帶信號波形的儲存模塊、根據(jù)處理模塊轉換成的ニ進制數(shù)據(jù)在儲存模塊中提取相應AIS基帶信號波形并生成AIS基帶信號的生成模塊；
生成模塊生成的AIS基帶信號通過發(fā)射器發(fā)出。上述方案中，所述儲存模塊儲存的ニ進制數(shù)據(jù)有6種，它們分別為“0”，“10”，“110”，“1110”，“11110”，“111110” ；
所述AIS基帶信號波形由直線波、P正弦波和Q正弦波組成；直線波的長度是以P正弦波半個周期為一段；
“O”相應AIS基帶信號波形為Q正弦波前一半或者后一半；
“10”相應AIS基帶信號波形為P正弦波前一半或者后一半；
ニ進制數(shù)據(jù)前面每增加ー個“1”，相應AIS基帶信號波形的半個P正弦波中就増加一段直線波。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于利用經過GMSK調制后基帶信號波形的特點，控制器根據(jù)ニ進制數(shù)據(jù)在儲存模塊中提取相應AIS基帶信號波形即可生成AIS基帶信號，不需進行復雜的浮點運算，因此不需要DSP等處理器，從而大大降低了設備功耗，有效延長了設備使用時間。


圖I為現(xiàn)有AIS基帶信號通訊設備的結構框圖。圖2為AIS基帶信號的數(shù)字信號處理器的流程圖。圖3為本發(fā)明實施例的結構框圖。圖4為直線波(包括2個相位)。圖5為P正弦波(包括4個相位)。圖6為Q正弦波(包括4個相位)。圖7為Q正弦波前一半。圖8為Q正弦波后一半。圖9為某一段調制后AIS基帶信號波形。圖10為幾種P正弦波中還插有直線段波形。圖11為生成GMSK調制波形與ニ進制數(shù)據(jù)關系圖。圖12為本發(fā)明實施例控制器的流程圖。
具體實施例方式如圖3所示的本發(fā)明AIS基帶信號通訊設備實施例，它包括控制器和發(fā)射器；所述控制器具備DAC功能，主頻需求僅8MHz，控制器包括
用于將報文轉換成ニ進制數(shù)據(jù)的處理模塊、
用于儲存ニ進制數(shù)據(jù)及其相應AIS基帶信號波形的儲存模塊、
根據(jù)處理模塊轉換成的ニ進制數(shù)據(jù)和儲存模塊中的ニ進制數(shù)據(jù)與波形的對應關系，在儲存模塊中提取相應AIS基帶信號波形并生成AIS基帶信號的生成模塊；
生成模塊生成的AIS基帶信號通過發(fā)射器發(fā)出。AIS規(guī)定數(shù)據(jù)輸出流中，為了防止出現(xiàn)連續(xù)6個“1”，規(guī)定每出現(xiàn)5個“I”就在其后插入一個 “O”，因此這種波形只有 “O”，“10”，“110”，“1110”，“11110”，“111110” 6 種可能。因此，所述儲存模塊儲存的二進制數(shù)據(jù)有6種，它們分別為“0”，“10”，“110”，“1110”，“11110”，“111110”。所有經過GMSK調制后的AIS基帶信號波形都是由3段波形組成的，即直線波和兩段周期不等的正弦波(P正弦波和Q正弦波)，分別如圖4、5、6所示。直線波的長度是以P正弦波半個周期為一段；
儲存模塊中儲存二進制數(shù)據(jù)相應AIS基帶信號波形為
“0”相應AIS基帶信號波形為Q正弦波(如圖6)前一半或者后一半，如圖7、8所示?！?0”相應AIS基帶信號波形為P正弦波前一半或者后一半；
二進制數(shù)據(jù)前面每增加一個“ 1”，相應AIS基帶信號波形的半個P正弦波中就增加一段直線波。即
“110”相應AIS基帶信號波形的半個P正弦波中增加一段直線波；
“1110”相應AIS基帶信號波形的半個P正弦波中增加兩段直線波；
“11110”相應AIS基帶信號波形的半個P正弦波中增加三段直線波；
“111110”相應AIS基帶信號波形的半個P正弦波中增加四段直線波；
如圖10所示，該信號始終是由兩個互為正負的“近似”半周期的P正弦波連接構成，在某些情況下正弦波中還插有直線段波形。圖10-a 表示“10”，圖 10_13表示“110”，圖 10_c 表示“ 1110”，圖 10_d 表示“ 11110”
以此類推。直線段的長度是以P正弦波半個周期為單位，每增加一段，表示的二進制前面就加一個“I”。由于GMSK可能出現(xiàn)上下兩種波形，因此一共有12種類似(a)、(b)、(c)、(d)的波形。依照這個規(guī)律，圖9波形代表的二進制數(shù)值應該是“0 10 10 0 0 0 0 10 10 1010”。假定給定一組二進制數(shù)據(jù)是“010000111001010”，通過上述算法就可以快速生成GMSK調制波形。如圖11所示。本發(fā)明實施例能夠較好地應用于AIS基帶信號的調制，相比現(xiàn)有技術，它具有運算簡單、快速高效的優(yōu)點。以下介紹本發(fā)明實施例應用該算法實現(xiàn)調制的方法和流程。GMSK調制后的波形函數(shù)，即每一時刻t對應的電壓值s(t)都能通過計算得到。我們知道，信號波是由有限個點組成的。這樣，圖4、5、6三段波形就可以用有限個點來表示(比如200個)。將這些點的坐標值通過數(shù)組的形式儲存在儲存模塊(flash閃存)中，根據(jù)GMSK調制的規(guī)律，將二進制數(shù)據(jù)與相應的波形進行對應，控制器(單片機)再從flash數(shù)組提取相應的值，最后經過數(shù)模轉換，生成AIS基帶信號。單片機還可以根據(jù)需要調整輸出信號電壓值的大Q。程序設計的流程圖如圖12所示。給出可實際應用的BT值為0. 5的基帶及波形數(shù)據(jù)表，如表I和表2所示。DAC的轉換范圍為0到4095，對應電壓為0到3. 3V。
權利要求
1.一種AIS基帶信號通訊設備，它包括控制器和發(fā)射器；其特征在于所述控制器包括 用于將報文轉換成二進制數(shù)據(jù)的處理模塊、 用于儲存二進制數(shù)據(jù)及其相應AIS基帶信號波形的儲存模塊、 根據(jù)處理模塊轉換成的二進制數(shù)據(jù)在儲存模塊中提取相應AIS基帶信號波形并生成AIS基帶信號的生成模塊； 生成模塊生成的AIS基帶信號通過發(fā)射器發(fā)出。
2.如權利要求I所述的AIS基帶信號通訊設備，其特征在于所述儲存模塊儲存的二進制數(shù)據(jù)有 6 種，它們分別為“0”，“10”，“110”，“1110”，“11110”，“111110”； 所述AIS基帶信號波形由直線波、P正弦波和Q正弦波組成；直線波的長度是以P正弦波半個周期為一段； “O”相應AIS基帶信號波形為Q正弦波前一半或者后一半； “10”相應AIS基帶信號波形為P正弦波前一半或者后一半； 二進制數(shù)據(jù)前面每增加一個“ 1”，相應AIS基帶信號波形的半個P正弦波中就增加一段直線波。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種AIS基帶信號通訊設備，它包括控制器和發(fā)射器；其特征在于所述控制器包括用于將報文轉換成二進制數(shù)據(jù)的處理模塊、用于儲存二進制數(shù)據(jù)及其相應AIS基帶信號波形的儲存模塊、根據(jù)處理模塊轉換成的二進制數(shù)據(jù)在儲存模塊中提取相應AIS基帶信號波形并生成AIS基帶信號的生成模塊；生成模塊生成的AIS基帶信號通過發(fā)射器發(fā)出。本發(fā)明的優(yōu)點在于利用經過GMSK調制后基帶信號波形的特點，控制器根據(jù)二進制數(shù)據(jù)在儲存模塊中提取相應AIS基帶信號波形即可生成AIS基帶信號，不需進行復雜的浮點運算，因此不需要DSP等處理器，從而大大降低了設備功耗，有效延長了設備使用時間。
文檔編號G01S7/02GK102662160SQ201210121430
公開日2012年9月12日 申請日期2012年4月24日 優(yōu)先權日2012年4月24日
發(fā)明者嚴新平, 初秀民, 柳晨光, 馬楓 申請人:武漢理工大學