CN102662160A - 一种ais基带信号通讯设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种AIS基带信号通讯设备，它包括：控制器和发射器；其特征在于：所述控制器包括：用于将报文转换成二进制数据的处理模块、用于储存二进制数据及其相应AIS基带信号波形的储存模块、根据处理模块转换成的二进制数据在储存模块中提取相应AIS基带信号波形并生成AIS基带信号的生成模块；生成模块生成的AIS基带信号通过发射器发出。本发明的优点在于：利用经过GMSK调制后基带信号波形的特点，控制器根据二进制数据在储存模块中提取相应AIS基带信号波形即可生成AIS基带信号，不需进行复杂的浮点运算，因此不需要DSP等处理器，从而大大降低了设备功耗，有效延长了设备使用时间。

Description

一种AIS基带信号通讯设备

技术领域

本发明涉及通讯设备，特别是AIS基带信号通讯设备。

背景技术

船舶自动识别系统（automatic identification system，AIS）是一种船舶导航设备，通过使用AIS通讯能减少船舶间的碰撞，能增强ARPA雷达、船舶交通管理系统、船舶报告的功能，能在电子海图上显示所有船舶的航向、航线、航名等信息，很大程度上提高了海事通信的能力以及为海事系统提供了一种船舶间、船岸间进行语音和文本通信的方法。AIS信息是基于VHF（very high frequency，甚高频）进行传输的，其固定频率为161.975MHz和162.025MHz。常规的AIS通讯设备由人机界面模块、通信协议处理模块、基带信号处理模块、射频模块及标准通信接口模块等组成。

当前AIS的应用呈现了较大程度的扩展，出现了一些对AIS进行适当精简的设备，比如基于AIS的搜救设备AIS-SART与AIS渔网跟踪器，此类设备仅需具备发送功能，无需接收，以降低设备成本，降低设备功耗，延长使用时间。

由于没有了接收功能，如图1所示，上述精简的AIS设备无需低噪音放大器和基带接收功能，只需包括用于将报文转换成二进制数据的控制器、用于将二进制数据生成为AIS基带信号的数字信号处理器、AIS基带信号收发器。然而目前此类精简的AIS设备的成本并没有因为功能精简而成本大量降低，AIS基带信号生成依然需要专用芯片来完成是原因。

如图2所示，AIS基带信号的数字信号处理器（AIS基带信号处理模块）包括高级数据链路控制（high-level data link control，HDLC）打解包、非归零反相编码（No Return Zero-Inverse，NRZI）编解码和高斯滤波最小频移键控（Gaussian filtered minimum shift keying，GMSK）的调制解调。

在AIS基带信号的整个调制过程中，原始数据流A为二进制数据，表现为方波信号，在经过了前文所述的HDLC、NRZI后，依然方波信号B,最后在GMSK滤波器的处理下，成为最终调制到高频的基带信号C。由于将信号方波信号B转化为基带信号C的调制过程最为复杂，目前需采用DSP（digital singnal processor，数字信号处理器）进行复杂的浮点运算，导致系统复杂，功耗仍然偏高，无法有效延长AIS基带信号通讯设备的使用时间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种AIS基带信号通讯设备，它不需要AIS基带信号的数字信号处理器，因此功耗低，可有效延长设备使用时间。

本发明为解决上述提出的问题所采用解决方案为：

一种AIS基带信号通讯设备，它包括：控制器和发射器；其特征在于：所述控制器包括：

用于将报文转换成二进制数据的处理模块、

用于储存二进制数据及其相应AIS基带信号波形的储存模块、

根据处理模块转换成的二进制数据在储存模块中提取相应AIS基带信号波形并生成AIS基带信号的生成模块；

生成模块生成的AIS基带信号通过发射器发出。

上述方案中，所述储存模块储存的二进制数据有6种，它们分别为：“0”，“10”，“110”，“1110”，“11110”，“111110”；

所述AIS基带信号波形由直线波、P正弦波和Q正弦波组成；直线波的长度是以P正弦波半个周期为一段；

“0” 相应AIS基带信号波形为Q正弦波前一半或者后一半；

“10” 相应AIS基带信号波形为P正弦波前一半或者后一半； 

二进制数据前面每增加一个“1”，相应AIS基带信号波形的半个P正弦波中就增加一段直线波。 

与现有技术相比，本发明的优点在于：利用经过GMSK调制后基带信号波形的特点，控制器根据二进制数据在储存模块中提取相应AIS基带信号波形即可生成AIS基带信号，不需进行复杂的浮点运算，因此不需要DSP等处理器，从而大大降低了设备功耗，有效延长了设备使用时间。

附图说明

图1为现有AIS基带信号通讯设备的结构框图。

图2为AIS基带信号的数字信号处理器的流程图。

图3为本发明实施例的结构框图。

图4为直线波(包括2个相位)。

图5为P正弦波(包括4个相位)。

图6为Q正弦波(包括4个相位)。

图7为Q正弦波前一半。

图8为Q正弦波后一半。

图9为某一段调制后AIS基带信号波形。

图10为几种P正弦波中还插有直线段波形。

图11为生成GMSK调制波形与二进制数据关系图。

图12为本发明实施例控制器的流程图。

具体实施方式

如图3所示的本发明AIS基带信号通讯设备实施例，它包括控制器和发射器；所述控制器具备DAC功能，主频需求仅8MHz，控制器包括：

用于将报文转换成二进制数据的处理模块、

用于储存二进制数据及其相应AIS基带信号波形的储存模块、

根据处理模块转换成的二进制数据和储存模块中的二进制数据与波形的对应关系，在储存模块中提取相应AIS基带信号波形并生成AIS基带信号的生成模块；

生成模块生成的AIS基带信号通过发射器发出。

AIS规定数据输出流中，为了防止出现连续6个“1”，规定每出现5个“1”就在其后插入一个“0”，因此这种波形只有“0”，“10”，“110”，“1110”，“11110”，“111110” 6种可能。因此，所述储存模块储存的二进制数据有6种，它们分别为：“0”，“10”，“110”，“1110”，“11110”，“111110”。

所有经过GMSK调制后的AIS基带信号波形都是由3段波形组成的，即直线波和两段周期不等的正弦波（P正弦波和Q正弦波），分别如图4、5、6所示。

直线波的长度是以P正弦波半个周期为一段；

储存模块中储存二进制数据相应AIS基带信号波形为：

“0” 相应AIS基带信号波形为Q正弦波（如图6）前一半或者后一半，如图7、8所示。

“10” 相应AIS基带信号波形为P正弦波前一半或者后一半； 

二进制数据前面每增加一个“1”，相应AIS基带信号波形的半个P正弦波中就增加一段直线波。即：

“110” 相应AIS基带信号波形的半个P正弦波中增加一段直线波；

“1110” 相应AIS基带信号波形的半个P正弦波中增加两段直线波；

“11110” 相应AIS基带信号波形的半个P正弦波中增加三段直线波；

“111110” 相应AIS基带信号波形的半个P正弦波中增加四段直线波；

如图10所示，该信号始终是由两个互为正负的“近似”半周期的P正弦波连接构成，在某些情况下正弦波中还插有直线段波形。

图10-a表示“10”，图10-b表示“110”，图10-c表示“1110”，图10-d表示“11110”以此类推。直线段的长度是以P正弦波半个周期为单位，每增加一段，表示的二进制前面就加一个“1”。

由于GMSK可能出现上下两种波形，因此一共有12种类似(a)、(b)、(c)、(d)的波形。

依照这个规律，图9波形代表的二进制数值应该是“0 10 10 0 0 0 0 10 10 10 10”。

假定给定一组二进制数据是“010000111001010”，通过上述算法就可以快速生成GMSK调制波形。如图11所示。

本发明实施例能够较好地应用于AIS基带信号的调制，相比现有技术，它具有运算简单、快速高效的优点。以下介绍本发明实施例应用该算法实现调制的方法和流程。

GMSK调制后的波形函数,即每一时刻t对应的电压值s(t)都能通过计算得到。我们知道,信号波是由有限个点组成的。这样，图4、5、6三段波形就可以用有限个点来表示（比如200个）。将这些点的坐标值通过数组的形式储存在储存模块（flash闪存）中，根据GMSK调制的规律，将二进制数据与相应的波形进行对应，控制器（单片机）再从flash数组提取相应的值，最后经过数模转换，生成AIS基带信号。单片机还可以根据需要调整输出信号电压值的大Q。程序设计的流程图如图12所示。

给出可实际应用的BT值为0.5的基带及波形数据表，如表1和表2所示。DAC的转换范围为0到4095，对应电压为0到3.3V。

表1  P正弦波1/2周期数据表（共100个点）。

表2  Q正弦波1/2周期数据表（共200个点）。

Claims (2)

1.一种AIS基带信号通讯设备，它包括：控制器和发射器；其特征在于：所述控制器包括：

用于将报文转换成二进制数据的处理模块、

用于储存二进制数据及其相应AIS基带信号波形的储存模块、

根据处理模块转换成的二进制数据在储存模块中提取相应AIS基带信号波形并生成AIS基带信号的生成模块；

生成模块生成的AIS基带信号通过发射器发出。

2.如权利要求1所述的AIS基带信号通讯设备，其特征在于：所述储存模块储存的二进制数据有6种，它们分别为：“0”，“10”，“110”，“1110”，“11110”，“111110”；

所述AIS基带信号波形由直线波、P正弦波和Q正弦波组成；直线波的长度是以P正弦波半个周期为一段；

“0” 相应AIS基带信号波形为Q正弦波前一半或者后一半；

“10” 相应AIS基带信号波形为P正弦波前一半或者后一半； 

二进制数据前面每增加一个“1”，相应AIS基带信号波形的半个P正弦波中就增加一段直线波。

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