CN102420609A - 新型irig-b交流码智能解码方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及新型IRIG-B交流码智能解码方法，首先对系统输入的频率为1KHz的IRIG-B交流模拟信号进行模拟低通滤波，滤除IRIG-B交流模拟信号在传输过程中耦合的环境噪声；通过隔离采样电路，将IRIG-B交流模拟信号转换为数字信号；IRIG-B交流数字信号在FPGA内部进行了高阶数字滤波，进一步有效滤除环境噪声和采样噪声，接着IRIG-B交流数字信号在智能解码模块依次进行码型解调、相位补偿、时间译码和误码修正，实现了对IRIG-BAC码的高可靠、高精度、智能解码，且具有误码自修正能力，可广泛适用于遥测遥控系统的地面设备及机载设备上，为地面和机上遥测遥控系统提供抗噪能力强、高精度的时统。

Description

新型IRIG-B交流码智能解码方法
技术领域
本发明涉及新型IRIG-B(AC)码智能解码方法，属于遥测技术领域。
背景技术
IRIG-B码是国内遥测领域统一使用的时间串行码，被广泛应用于试演场区的测量、控制、通信、计算和气象等设备中，用来为系统提供统一的时间基准。IRIG-B的AC码常用于远距离传输，虽然IRIG标准中要求模拟信号输出幅度达10Vp-p，但经过长距离的信道传输后，信号幅度已经被大幅削弱，且可能会引入了较大的环境噪声，甚至可能发生信号畸变，产生误码。
传统的IRIG-B(AC)码解调解码设备，自适应能力比较差，锁定性能差，对信号幅度和信噪比要求较高，难以提供高可靠和高精度的基准时间信息。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供新型IRIG-B交流码智能解码方法，该解码方法抗噪声能力强、解码精度高、可靠性好，对不同幅值和调制比均具有很强的通用性和适用性。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
新型IRIG-B交流码智能解码方法，包括如下步骤：
(1)对系统输入的频率为1KHz的IRIG-B交流模拟信号进行模拟低通滤波，滤除IRIG-B交流模拟信号在传输过程中耦合的环境噪声；
(2)对模拟低通滤波后的IRIG-B交流模拟信号进行AD采样，将模拟信号转换为数字信号，其中AD采样的频率为1MHz；
(3)对AD采样后的IRIG-B数字信号进行数字滤波，进一步滤除步骤(1)中的环境噪声和步骤(2)中的采样噪声；
(4)对数字滤波后的IRIG-B数字信号依次进行码型解调、相位补偿、时间译码和误码修正，所述经步骤(3)数字滤波后的IRIG-B数字信号为频率1KHz的周期信号，
其中码型解调的方法为：对数字滤波后的IRIG-B交流数字信号，即AC码，取n个连续周期内的最大值
Figure BSA00000617224400021
算术平均得到平均最大值
Figure BSA00000617224400022
将每个周期内的最大值
Figure BSA00000617224400023
与进行比较，若
Figure BSA00000617224400025
则输出的DC码在所述周期为1，若
Figure BSA00000617224400026
则输出的DC码在所述周期为0，其中n≥32，且i∈n；
相位补偿的方法为：将码型解调得到的DC码进行相位调整，消除码型解调过程中引起的码型滞后，使DC码与AC码的相位一致；
时间译码的方法为：将相位补偿后的DC码转换为时间信息，同时提取DC码中每秒起始的相位信息形成PPS秒脉冲，并输出；
误码修正的方法为：检查DC码转换得到的时间信息是否为连续信息，若时间信息不连续，则对时间信息进行修正，得到连续的时间信息，并输出。
在上述新型IRIG-B交流码智能解码方法中，步骤(1)中采用模拟滤波器进行模拟低通滤波，所述模拟低通滤波器的类型为二阶阻容结构低通滤波器，模拟滤波的截止频率设置在15KHz。
在上述新型IRIG-B交流码智能解码方法中，步骤(2)中AD采样的分辨率为12bit。
在上述新型IRIG-B交流码智能解码方法中，步骤(3)中采用数字滤波器进行滤波，所述数字滤波器的类型为128阶切比雪夫窗口滤波器，滤波器的通带在10KHz，阻带在20KHz。
本发明与现有技术相比的优点如下：
(1)本发明智能解码方法较传统的解调解码技术方法相比，具有很强的抗噪声能力：经过模拟低通滤波、AD采样和高阶数字滤波技术，环境噪声被大幅滤除，已经能够保证不会对后面的精确数字解调和时间解码产生任何影响。因此，本技术方法具有很强的抗噪声能力；
(2)本发明智能解码方法对数字滤波后的IRIG-B数字信号依次进行码型解调、相位补偿、时间译码和误码修正，具有精确时间解码的能力，技术方案中综合使用了码型解调模块、误码修正模块、时间译码模块和自动相位补偿模块，有效保证了数字解调解码的精度和误码修正能力；
(3)本发明智能解码方法在码型解调过程中通过将IRIG-B数字信号每个周期内的最大值
Figure BSA00000617224400031
与计算得到的最大值的平均值
Figure BSA00000617224400032
进行比较，而不是与传统方法中的设定值进行比较，使得该方法具有很强的自适应解调解码能力，经测试和现场应用，本发明技术方案对于不同幅值(0.1V～10V)和调制比(2∶1-6∶1)的IRIG-B(AC)码，均可实现自动解码；
(4)本发明智能解码方法中AD采样频率为1MHz，即每个采样点时间间隔为1us，在码型解调时，由IRIG-B(AC)码转成IRIG-B(DC)码后，每个码型周期里的误差最大为2us，大大提高了时间精度；此外在时间解码中还采用了相位补偿技术，大大提高了智能解码输出的PPS秒脉冲和时间码的相位精度。
(5)本发明智能解码方法能够有效处理各种宽幅值范围和宽调制比范围的IRIG-B(AC)模拟输入，即使在经过信道传输后，信号的信噪比变差，依然能够实现锁定，且解调解码效果很好，可靠性和精度很高，自适应能力很强。
(6)本发明智能解码方法是一种新型的抗噪声能力强、解码精度高、可靠性好，对不同幅值和调制比具有很强的通用性和适用性的解码方法，可为地面或机载上的遥测遥控系统提供高可靠性、高精度的时间基准，具有很强的通用性和适用性，适用范围广。
附图说明
图1为本发明智能解码方法的原理框图；
图2为本发明智能解码方法中智能解码模块结构示意图；
图3为本发明智能解码方法中码型解调示意图；
图4为本发明智能解码方法中相位补偿示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
如图1所示为本发明智能解码方法的原理框图，由图可知本发明智能解码方法通过如下几个模块实现：
模拟低通滤波器、隔离AD采样电路、高阶数字滤波器和智能解码模块，其中智能解码模块由码型解调模块、相位补偿模块、时间译码模块和误码修正模块组成，最终输出精确的PPS秒脉冲和时间信息，如图2所示为本发明智能解码方法中智能解码模块结构示意图。
如图1所示，系统输入的IRIG-B交流模拟信号频率为1KHz，首先通过模拟低通滤波器，滤除IRIG-B交流模拟信号在传输过程中耦合的环境噪声。模拟低通滤波器采用简单的二阶阻容结构低通滤波器，模拟滤波器的截止频率(-3dB)设置为15KHz。
在图1中，由隔离AD采样电路对模拟滤波后的IRIG-B交流模拟信号进行采样，将IRIG-B交流模拟信号转换为IRIG-B交流数字信号，以便于智能解码模块做进一步的处理。具体实施实例中，AD采样频率为1MHz，AD采样分辨率为12bit。
在图1中，高阶数字滤波器对IRIG-B交流数字信号进行了数字滤波，进一步滤除环境噪声和采样噪声。具体实施实例中，数字滤波器的类型为128阶切比雪夫窗口滤波器，滤波器的通带(90％)设置在10KHz，阻带(10％)设置在20KHz。
如图1所示，智能解码模块对数字滤波后的IRIG-B交流数字信号进行智能的时间解码，并最终输出具有精确相位的PPS秒脉冲和很高精度的时间信息。
如图2所示为本发明智能解码方法中智能解码模块结构示意图，由图可知智能解码模块由码型解调模块、相位补偿模块、时间译码模块和误码修正模块组成，依次对IRIG-B交流数字信号进行码型解调、相位补偿、时间译码和误码修正，最终得到精确的PPS秒脉冲和时间信息。其中码型解调模块将IRIG-B交流数字信号转换为IRIG-B直流脉冲信号，相位补偿模块将IRIG-B直流脉冲信号进行相位补偿，是IRIG-B直流脉冲信号与IRIG-B交流数字信号的相位一致，从而使时间译码模块能够得到正确相位的PPS秒脉冲信号和正确的时间信息。
下面举例说明码型解调的具体方法，如图3所示为本发明智能解码方法中码型解调示意图，码型解调的具体方法为：对数字滤波后的IRIG-B交流数字信号，即IRIG-B(AC)码，取64个连续周期内的最大值
Figure BSA00000617224400051
算术平均得到平均最大值
Figure BSA00000617224400052
将每个周期内的最大值
Figure BSA00000617224400053
分别与进行比较，若
Figure BSA00000617224400055
则输出的DC码在所述周期为1，若
Figure BSA00000617224400056
则输出的DC码在所述周期为0。为方便描述，在示意图3中只画出了4个周期，例中n取64进行计算。
如图4所示为本发明智能解码方法中相位补偿示意图，相位补偿模块将码型解调得到的IRIG-B(DC)码进行相位调整，消除如图3过程中所引起的相位延迟，使IRIG-B(DC)码与IRIG-B(AC)码的相位一致。
如图2所示，时间译码模块将经过如图3和图4过程后IRIG-B(DC)码进行译码，将相位补偿后的DC码转换为时间信息，同时提取DC码中每秒起始的相位信息形成PPS秒脉冲，得到正确相位的PPS秒脉冲和时间信息，再由误码修正模块检测时间信息的连续性，如果时间信息不连续，说明IRIG-B(AC)码在传输过程中产生了较严重的误码，误码修正模块会进行自动修正，使时间信息连续。
本发明IRIG-B交流模拟信号依次通过模拟低通滤波器、隔离AD采样电路、高阶数字滤波器和智能解码模块，最终输出的高精度PPS秒脉冲和时间信息。
实际的测试和现场应用表明，本发明方法具有很强解调解码自适应能力，对于不同幅值(0.1V～10V)和不同调制比(2∶1-6∶1)的IRIG-B(AC)码，均可实现自动解码，且可靠性好，抗噪声能力强，时间解码精度高，适用范围广。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (4)

1.新型IRIG-B交流码智能解码方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)对系统输入的频率为1KHz的IRIG-B交流模拟信号进行模拟低通滤波，滤除IRIG-B交流模拟信号在传输过程中耦合的环境噪声；
(2)对模拟低通滤波后的IRIG-B交流模拟信号进行AD采样，将模拟信号转换为数字信号，其中AD采样的频率为1MHz；
(3)对AD采样后的IRIG-B数字信号进行数字滤波，进一步滤除步骤(1)中的环境噪声和步骤(2)中的采样噪声；
(4)对数字滤波后的IRIG-B数字信号依次进行码型解调、相位补偿、时间译码和误码修正，所述经步骤(3)数字滤波后的IRIG-B数字信号为频率1KHz的周期信号，
其中码型解调的方法为：对数字滤波后的IRIG-B交流数字信号，即AC码，取n个连续周期内的最大值算术平均得到平均最大值
Figure FSA00000617224300012
将每个周期内的最大值
Figure FSA00000617224300013
与
Figure FSA00000617224300014
进行比较，若
Figure FSA00000617224300015
则输出的DC码在所述周期为1，若则输出的DC码在所述周期为0，其中n≥32，且i∈n；
相位补偿的方法为：将码型解调得到的DC码进行相位调整，消除码型解调过程中引起的码型滞后，使DC码与AC码的相位一致；
时间译码的方法为：将相位补偿后的DC码转换为时间信息，同时提取DC码中每秒起始的相位信息形成PPS秒脉冲，并输出；
误码修正的方法为：检查DC码转换得到的时间信息是否为连续信息，若时间信息不连续，则对时间信息进行修正，得到连续的时间信息，并输出。
2.根据权利要求1所述的新型IRIG-B交流码智能解码方法，其特征在于：所述步骤(1)中采用模拟滤波器进行模拟低通滤波，所述模拟低通滤波器的类型为二阶阻容结构低通滤波器，模拟滤波的截止频率设置在15KHz。
3.根据权利要求1所述的新型IRIG-B交流码智能解码方法，其特征在于：所述步骤(2)中AD采样的分辨率为12bit。
4.根据权利要求1所述的新型IRIG-B交流码智能解码方法，其特征在于：所述步骤(3)中采用数字滤波器进行滤波，所述数字滤波器的类型为128阶切比雪夫窗口滤波器，滤波器的通带在10KHz，阻带在20KHz。
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