專利名稱：基于dstft的navtex解調(diào)器及解調(diào)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及航海無(wú)線電通信和軟件無(wú)線電領(lǐng)域，尤其涉及一種基于DSTFT (離散短時(shí)傅里葉變換)的NAVTEX (奈伏泰斯)解調(diào)器。
背景技術(shù)：
NAVTEX系統(tǒng)是指通過(guò)窄帶直接印字電報(bào)(NBDP)方式來(lái)廣播和自動(dòng)接收為船舶播發(fā)的航行警告、氣象警告、氣象預(yù)報(bào)和緊急信息(統(tǒng)稱海上安全信息)的系統(tǒng)。它是全球海上遇險(xiǎn)與安全系統(tǒng)中的重要組成部分，也是國(guó)際海事組織(IMO)A. 419 (XI)決議案規(guī)定的全世界航行警告業(yè)務(wù)(WffNWS)的一個(gè)組成部分。根據(jù)國(guó)際海事組織關(guān)于NAVTEX區(qū)域的劃分，我國(guó)已先后在三亞、廣州、福州、上海、大連、天津、湛江等地建立了 7個(gè)NAVTEX業(yè)務(wù)海岸電臺(tái)，鏈狀覆蓋了我國(guó)沿海400海里以內(nèi)的海域，分別向所轄海域用518kHz頻率發(fā)布英文的NAVTEX信息。我國(guó)國(guó)內(nèi)NAVTEX業(yè)務(wù)采用486kHz的頻率播發(fā)中文NAVTEX信息，也可以使用4209. 5kHz播放。隨著數(shù)字電路的發(fā)展、軟件無(wú)線電技術(shù)的成熟以及現(xiàn)代航運(yùn)的發(fā)展，NAVTEX接收機(jī)也朝著數(shù)字化、軟件化、多樣化和集成化的方向發(fā)展。以往使用的NAVTEX接收機(jī)的模擬電路非常復(fù)雜，要達(dá)到所需要的精度會(huì)使接收機(jī)占用的體積過(guò)大，并且對(duì)性能的提高和新功能的增加都會(huì)帶來(lái)困難。針對(duì)上述缺點(diǎn)，本發(fā)明提出了一種數(shù)字化、基于軟件無(wú)線電技術(shù)的NAVTEX信號(hào)解調(diào)方法?；贒STFT的NAVTEX解調(diào)器集成了 A/D采樣、信號(hào)解調(diào)、信息解碼、通道選擇等各種功能，是一種完整的NAVTEX信息接收方案，具有軟件的易于升級(jí)、修改的特點(diǎn)。并且采用這樣的一種NAVTEX信息解調(diào)方案，能有效的將信息接收和信息處理單元分開(kāi)，這種結(jié)構(gòu)大大降低后端信息處理單元的負(fù)擔(dān)，可以使信息處理單元更好的執(zhí)行其他控制功能，有利于其進(jìn)行其他功能的擴(kuò)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于DSTFT的NAVTEX解調(diào)器及解調(diào)方法。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種基于DSTFT的NAVTEX解調(diào)器， 它主要由A/D采樣模塊、信號(hào)解調(diào)模塊和信息解碼模塊等依次串聯(lián)組成。一種應(yīng)用上述基于DSTFT的NAVTEX解調(diào)器的解調(diào)方法，該方法包括以下步驟
(1)A/D采樣模塊對(duì)信號(hào)進(jìn)行雙通道A/D采樣，將采樣數(shù)據(jù)乒乓緩存并進(jìn)行通道切換；
(2)NAVTEX信號(hào)解調(diào)模塊對(duì)NAVTEX信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，得到相應(yīng)碼元；
(3)NAVTEX信號(hào)解碼模塊將解調(diào)信號(hào)進(jìn)行解碼，得到NAVTEX信息。本發(fā)明的有益效果是
1.采用基于DSTFT的NAVTEX解調(diào)器，實(shí)現(xiàn)了關(guān)于NAVTEX信息接收的所有過(guò)程，結(jié)合信息處理單元可以提供完整的NAVTEX接收機(jī)方案。
2.采用基于DSTFT的NAVTEX解調(diào)器，使用軟件無(wú)線電技術(shù)對(duì)NAVTEX信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，不僅可以減少模擬前端電路的復(fù)雜度，同時(shí)還具備軟件可升級(jí)的特點(diǎn)。3.采用降頻采樣技術(shù)對(duì)NAVTEX信號(hào)進(jìn)行A/D采樣，降低了對(duì)前端A/D轉(zhuǎn)換器的性能要求，很好的解決A/D轉(zhuǎn)換器采樣精度和速度的矛盾。4.采用基于DSTFT的解調(diào)方法對(duì)NAVTEX信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，在較低信噪比的情況下也能清晰的分辨出窄帶的NAVTEX信號(hào)頻譜，具有很好的解調(diào)效果。5.采用基于譜圖的同步方法對(duì)NAVTEX碼元進(jìn)行同步，能實(shí)現(xiàn)碼元起始點(diǎn)的快速捕獲，并且在碼元跟蹤過(guò)程中也能準(zhǔn)確地進(jìn)行同步，保證碼元正確偏移糾正。6.采用自動(dòng)糾正方法對(duì)NAVTEX碼流進(jìn)行糾正，當(dāng)出現(xiàn)碼元丟位或者多位時(shí)，能自動(dòng)識(shí)別并作出處理，保證信息完整。


圖1為本發(fā)明解調(diào)器的模塊示意圖2為圖1所示解調(diào)器中A/D采樣模塊設(shè)計(jì)流圖； 圖3為NAVTEX國(guó)際通道頻率518kHz的2FSK信號(hào)頻譜； 圖4為經(jīng)SkHz帶通采樣后NAVTEX國(guó)際通道信號(hào)頻譜分布圖； 圖5為圖2所示采樣模塊中乒乓緩存分配圖； 圖6為圖1所示解調(diào)器中信號(hào)解調(diào)模塊設(shè)計(jì)流7為圖6所示解調(diào)模塊中碼元偏移示意圖8為圖6所示解調(diào)模塊中碼元左、右偏移比較圖，其中，(a)為左偏移比較圖；(b)為右偏移比較圖9為圖6所示解調(diào)模塊中碼元起始點(diǎn)捕獲同步算法流圖； 圖10為圖6所示解調(diào)模塊中碼元跟蹤過(guò)程同步算法流圖； 圖11為NAVTEX信息發(fā)射格式示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明針對(duì)以往NAVTEX接收機(jī)模擬電路復(fù)雜、為達(dá)到所需要精度而導(dǎo)致接收機(jī)占用體積過(guò)大、對(duì)提高性能和增加新功能的困難等缺點(diǎn)，提出了一種數(shù)字化、基于軟件無(wú)線電技術(shù)的NAVTEX信號(hào)解調(diào)方法。作為一種完整的NAVTEX信息接收方案，基于DSTFT的NAVTEX解調(diào)器具有軟件的易于升級(jí)、修改的特點(diǎn)。并且采用這樣的一種NAVTEX信息解調(diào)方案，能有效的將信息接收和信息處理單元分開(kāi)，這種結(jié)構(gòu)大大降低后端信息處理單元的負(fù)擔(dān)，可以使信息處理單元更好的執(zhí)行其他控制功能，有利于其進(jìn)行其他功能的擴(kuò)展。如圖1所示，基于DSTFT的NAVTEX解調(diào)器集成了 A/D采樣、信號(hào)解調(diào)、信息解碼的功能，由A/D采樣模塊、信號(hào)解調(diào)模塊和信息解碼模塊依次串聯(lián)而成，下面對(duì)這些部件和功能的實(shí)施方式分別作出說(shuō)明。一、A/D采樣模塊
A/D采樣模塊，如圖2所示，主要完成帶通采樣頻率控制、A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及通道切換等功能。
1、雙通道NAVTEX信號(hào)的帶通采樣
NAVTEX信號(hào)頻率為518kHz、486kHz以及4209. 5kHz，按照Nyquist低通采樣定理，只有當(dāng)采樣頻率大于8. 419MHz時(shí)才能實(shí)現(xiàn)所有信號(hào)的恢復(fù)。這樣，A/D轉(zhuǎn)換器必須具有非常高的轉(zhuǎn)換速率。而根據(jù)NAVTEX國(guó)際測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)在輸入信號(hào)強(qiáng)度為-107 dbm時(shí)，接收信息誤碼率小于4%。這對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器的采樣分辨率提出了比較高的要求。綜合上面的分析，A/D轉(zhuǎn)換器在保證比較高的轉(zhuǎn)換速率的同時(shí)還必須保證相當(dāng)高的轉(zhuǎn)換精度，這對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器的性能提出了相當(dāng)高的要求。鑒于A/D采樣精度和速度的限制，可以采用帶通欠采樣的方法，將 NAVTEX信號(hào)的頻譜搬移至比較低的頻率，用寬帶的A/D轉(zhuǎn)換器，在保證一定精度的情況下實(shí)現(xiàn)NAVTEX信號(hào)的低速采樣。帶通采樣定理對(duì)于帶通信號(hào)的抽樣頻率并不需要達(dá)到信號(hào)最高頻率的兩倍， 設(shè)帶通信號(hào)χ( )的最高頻率為
權(quán)利要求
1.一種基于DSTFT的NAVTEX解調(diào)器，其特征在于，它主要由A/D采樣模塊、信號(hào)解調(diào)模塊和信息解碼模塊等依次串聯(lián)組成。
2.一種應(yīng)用權(quán)利要求1所述基于DSTFT的NAVTEX解調(diào)器的解調(diào)方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)A/D采樣模塊對(duì)信號(hào)進(jìn)行雙通道A/D采樣，將采樣數(shù)據(jù)乒乓緩存并進(jìn)行通道切換；(2)NAVTEX信號(hào)解調(diào)模塊對(duì)NAVTEX信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，得到相應(yīng)碼元；(3)NAVTEX信號(hào)解碼模塊將解調(diào)信號(hào)進(jìn)行解碼，得到NAVTEX信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的解調(diào)方法，其特征在于，所述步驟(1)具體包括以下子步驟(1)雙通道A/D采樣=NAVTEX信號(hào)帶通采樣采用帶通欠采樣的方法，將NAVTEX信號(hào)的頻譜搬移至2kHz 士 85Hz，用寬帶的A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行NAVTEX信號(hào)的低速采樣，將采樣數(shù)據(jù)輸出到存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)行下一步的乒乓緩存；(2)乒乓緩存A/D采樣模塊中采樣值的存儲(chǔ)采用乒乓操作，每個(gè)通道的數(shù)據(jù)分配兩個(gè)緩沖區(qū)，兩個(gè)通道共四個(gè)緩沖區(qū)；存儲(chǔ)模塊分配四個(gè)相等容量大小的緩沖區(qū)，即通道0緩沖區(qū)1、通道1緩沖區(qū)1、通道0緩沖區(qū)2和通道1緩沖區(qū)2 ；通道0與通道1輪流進(jìn)行8kHz 的采樣，先進(jìn)行通道0采樣數(shù)據(jù)讀取，后進(jìn)行通道1采樣數(shù)據(jù)讀取，因此當(dāng)通道0緩沖區(qū)1 或者通道1緩沖區(qū)1存儲(chǔ)滿之后進(jìn)行緩沖區(qū)的切換，每次當(dāng)緩沖區(qū)存滿之后，開(kāi)始進(jìn)行信號(hào)解調(diào)運(yùn)算；(3)通道切換當(dāng)通道486kHz/4209.5kHz進(jìn)行解調(diào)運(yùn)算時(shí)，采用模擬開(kāi)關(guān)進(jìn)行通道切換；根據(jù)權(quán)利要求2所述的解調(diào)方法，其特征在于，所述步驟(2)具體為進(jìn)行信號(hào)解調(diào)運(yùn)算開(kāi)始后，先進(jìn)行通道0的解調(diào)，同步運(yùn)算開(kāi)始，通過(guò)碼元起始點(diǎn)捕獲同步算法的分析， 進(jìn)行相應(yīng)的碼元偏移，完成碼元起始點(diǎn)的捕獲，實(shí)現(xiàn)碼元的同步，從而進(jìn)入信息正文碼元的接收階段，通過(guò)DSTFT解調(diào)算法運(yùn)算實(shí)現(xiàn)相應(yīng)通道的解調(diào)，在接收碼元的過(guò)程中，通過(guò)碼元跟蹤過(guò)程同步算法的分析，對(duì)失步的碼元進(jìn)行重新同步，當(dāng)解調(diào)運(yùn)算結(jié)束后，同步運(yùn)算也結(jié)束，并進(jìn)行碼元的判別與輸出控制，至此，單次的通道0解調(diào)運(yùn)算結(jié)束，判定是否完成通道0 的解調(diào)，如檢測(cè)到結(jié)束信號(hào)，則進(jìn)入通道1的解調(diào)，否則繼續(xù)進(jìn)行通道0的解調(diào)運(yùn)算；通道1 的解調(diào)運(yùn)算與通道0的解調(diào)方法一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的解調(diào)方法，其特征在于，所述步驟(3)具體為解調(diào)運(yùn)算結(jié)束后，NAVTEX信息解碼模塊首先進(jìn)行開(kāi)始定相信號(hào)的檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到開(kāi)始定向信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入接收正文信息狀態(tài)；信息正文的開(kāi)始以ZCZC作為起始信息標(biāo)記，當(dāng)接收到ZCZC后， 接著檢測(cè)是否接收到正文結(jié)束信息標(biāo)記NNNN ；如果接收到，則本條信息結(jié)束；否則，繼續(xù)接收正文信息；在接收信息的過(guò)程中，通過(guò)碼元自動(dòng)糾正方法，對(duì)碼元丟位的情況進(jìn)行處理， 采用錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器對(duì)碼元錯(cuò)誤個(gè)數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；如果按照字符解碼表解碼過(guò)程中連續(xù)出現(xiàn)三個(gè)“*”，則判定當(dāng)前碼流已經(jīng)出現(xiàn)了丟位的情況，進(jìn)行丟位補(bǔ)償；否則，只將當(dāng)前碼流作為錯(cuò)誤比特處理；正文信息接收結(jié)束后，先進(jìn)行4B3Y碼的譯碼，然后對(duì)該7單元的4B3Y碼進(jìn)行英文或者符號(hào)的解碼，根據(jù)碼流特征進(jìn)行字符解碼，對(duì)于英文NAVTEX信息，至此，實(shí)現(xiàn)英文NAVTEX信息的解碼；對(duì)于中文NAVTEX信息，首先也需要按照英文NAVTEX信息解碼規(guī)則進(jìn)行解碼，得到相應(yīng)的英文字母，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行第二次譯碼，中文NAVTEX信息報(bào)文頭部采用與國(guó)際NAVTEX信息一致的方式，從技術(shù)編碼B1B2B3B4結(jié)束以后進(jìn)入漢字譯碼；NAVTEX中文信息采用三個(gè)英文字母代表一個(gè)GB2312-1980規(guī)定的中文編碼，而 GB2312-1980中一個(gè)中文采用區(qū)碼加位碼的表示方法，其中區(qū)碼和位碼取值在1_94之間， 通過(guò)建立英文字母與區(qū)、位碼間的轉(zhuǎn)換規(guī)則，進(jìn)行中文信息的二次譯碼，實(shí)現(xiàn)中文NAVTEX 信息的解碼，輸出相應(yīng)的信息。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于DSTFT的NAVTEX解調(diào)器及解調(diào)方法，包括NAVTEX信號(hào)A/D采樣模塊、NAVTEX信號(hào)解調(diào)模塊和NAVTEX信息解碼模塊。其中，NAVTEX信號(hào)A/D采樣模塊對(duì)NAVTEX信號(hào)進(jìn)行雙通道A/D采樣和乒乓存儲(chǔ)；NAVTEX信號(hào)解調(diào)模塊對(duì)NAVTEX信號(hào)進(jìn)行數(shù)字解調(diào)，得到相應(yīng)碼元；NAVTEX信息解碼模塊分別對(duì)中英文的NAVTEX信息進(jìn)行解碼，對(duì)碼元進(jìn)行丟位補(bǔ)償，得到NAVTEX信息。本發(fā)明能解決以往NAVTEX模擬解調(diào)存在的電路復(fù)雜、升級(jí)較困難的問(wèn)題，借用軟件無(wú)線電技術(shù)能實(shí)現(xiàn)NAVTEX信號(hào)的數(shù)字解調(diào)，適用于采用軟件無(wú)線電方法設(shè)計(jì)的NAVTEX接收機(jī)中。
文檔編號(hào)H04B1/16GK102510292SQ201110300669
公開(kāi)日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月9日
發(fā)明者張正宇, 楊基鴻, 林利君, 金文光 申請(qǐng)人:寧波馳洋電子科技有限公司, 浙江大學(xué)