CN109639304B - 一种渔业电台四通道信号接收机及接收方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种渔业电台四通道信号接收机，FM接收电路分别与4个DSC通道通信，将传输信号送入ASK/FSK解调IC，通过信号能量判断当前通道是否为传输通道，并将结果发给DSP，DSP控制PLL选择对应的本振，使FM接收电路与下一通道通信，进行信号接收。本发明还公开一种信号接收方法，步骤是：步骤1，改变本振频率，实现不同接收通道的切换；步骤2，当切换到某个具体通道时，对ASK/MSK解调电路提交的信号按照8400sps的速率进行采样；步骤3，对所采样的信号进行高通滤波，然后计算信号均方值，如果大于门限值，则转步骤1；如果低于门限值，则驻留该通道，持续时间大于2个DSC消息时间。此种技术方案采用数字域信号分析，能够有效避免模拟域RF信号的干扰，实现成本低。

Description

一种渔业电台四通道信号接收机及接收方法

技术领域

本发明属于信号传输处理技术领域，特别涉及一种用于渔业电台四DSC通道信号传输的接收处理方法。

背景技术

在传统的渔业电台系统中，共设置了4个DSC通道，即1个ASK通道(工作于CH221，波特率为300bps)和3个MSK通道(分别工作于CH231、CH236和CH238，波特率为1200bps)。

在发送端，DSC发送方根据协议规定，动态地选择一个DSC通道发送DSC消息，而在接收端，接收机在某一时刻只能在某一个确定的通道上接收，为了确保能接收所有通道的DSC消息，在接收方必须对所有通道进行扫描，通道扫描策略在很大程度上决定了接收DSC消息的概率。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种渔业电台四通道信号接收机及接收方法，其采用数字域信号分析，能够有效避免模拟域RF信号的干扰，实现成本低。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种渔业电台四通道信号接收机，包括DSP、ASK/FSK解调IC、FM接收电路和PLL，其中，FM接收电路的输入端分别与4个DSC通道通信，用于分别将4个通道的传输信号送入ASK/FSK解调IC，由ASK/FSK解调IC通过信号能量来判断当前通道是否为传输通道，并将结果发给DSP，DSP控制PLL选择对应的本振，使FM接收电路与下一通道通信，进行信号接收。

一种渔业电台四通道信号接收方法，包括如下步骤：

步骤1，改变本振频率，实现不同接收通道的切换；

步骤2，当切换到某个具体通道时，通过通用IO对由ASK解调电路或由MSK解调电路所提交的信号按照8400sps的速率进行采样；

步骤3，对所采样的信号进行高通滤波，然后计算滤波后的信号均方值，如果均方值大于门限值，则转步骤1，执行通道切换；如果均方值低于门限值，则驻留该通道，持续时间大于2个DSC消息时间，确保在此期间接收到一个完整的DSC消息。

上述步骤2中，采用降速采样方式或按照1:4降速抽取的方式进行采样。

上述步骤3中，对于MSK信号，高通滤波器截止频率为1200Hz；对于ASK信号，高通滤波器截止频率为300Hz。

上述步骤3中，采用FIR形式或IIR形式进行高通滤波。

上述步骤3中，信号均方值计算公式如下：

其中，E表示每个样本值的信号均方值，N表示样本个数，x表示0、1二进制序列经过高通滤波后得到的样本值。

上述样本个数N的取值范围为84<N<840。

上述样本个数N的取值为210或420，分别对应于25ms和50ms的采样时间。

采用上述方案后，与传统的基于RF(射频)通道RSSI(接收信号强度指示)的通道扫描检测方法相比，这种基于数字域信号分析方法更加有效，能够有效避免模拟域RF信号的干扰，即当某个通道存在较强干扰时，RSSI会比较大，但实际不存在有效DSC信令的发送。在基于模拟域RSSI信号检测的机制中，会出现由于存在干扰信号，而导致长期驻守在该被干扰的DSC通道上，进而导致对其它DSC通道所发送的DSC信令的接收，造成DSC漏检现象，无法保证DSC接收，尤其是近年来，随着无线通道干扰的逐步劣化，这种现象正在日益加剧。

另一方面，基于RSSI的载波侦听方法需要更多的硬件资源配合，或需要增加一个ADC或需要增加一个GPIO(通用IO口)以及辅助的硬件判决电路，会增加硬件的设计难度和成本，同时也增加软件的开发难度。而本发明优点在于：

(1)简化电路，无需增加额外的硬件资源(如ADC等)；

(2)判断简单迅捷可靠，只需要100毫秒采样时间(对应于MSK，对应于ASK由于其速率较低，需要400毫秒)就可实现正确判决，这有利于实现快速扫描，避免接收遗漏的现象；

(3)抗干扰能力强，在信号存在较强干扰的情况下，仍可实现准确判决；

(4)由于扫描速度快，可实现在一个DSC收发期间，实现多次4个DSC通道的扫描，进一步降低了漏检概率，确保在低信噪比情况下，仍可接收。

附图说明

图1是本发明接收机的整体框图；

图2是在数字域载波侦听处理流程图；

图3是本发明接收方法中信道切换的流程图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。

ASK通道波特率为300bps，每个DSC消息的持续时间约为1000ms(最大)，而MSK通道波特率为1200bps，每个DSC消息持续时间约为614ms(最大)。为了让接收方有充分的时间接收DSC消息，渔业电台DSC协议规定，对于高等级的DSC消息，需要充分发送10次，中等级的DSC消息，要发送6次，而对于低等级的消息，只需要发送3次即可。

根据渔业电台DSC发送的特点，结合数字渔业电台的整体结构，本发明提供一种渔业电台四通道信号接收机，如图1所示，所述接收机包括DSP、ASK/FSK解调IC、FM接收电路和PLL，其中，FM接收电路的输入端分别与4个DSC通道通信，用于分别将4个通道的传输信号送入ASK/FSK解调IC，由ASK/FSK解调IC通过信号能量来判断当前通道是否为传输通道，并将结果发给DSP，DSP控制PLL选择对应的LO(本振)，使FM接收电路与下一通道通信，进行信号接收。

具体工作时，DSP通过控制PLL来选择对应的LO(本振)，从而实现对DSC接收通道的选择，即从CH221、CH231、CH236、CH238选择一个作为当前接收通道，同时根据通道所传输的信号特征，或ASK或MSK，选择恰当的解调芯片输出信号，例如当前工作通道为CH221时，选择对ASK解调芯片的输出按照8.4kHz的固定速率进行采样，而对于其它三个通道，选择对MSK解调芯片的输出按照8.4kHz的固定速率进行采样。

理论分析和实际测试都表明，当某个通道上有预期的DSC信号出现时，ASK解调芯片或MSK解调芯片，会按照速率输出等价格的或0或1的信号，信号能量主要集中在150Hz(ASK)或600Hz(MSK)以下，而当没有预期信号时，信号能量比较分散，有比较多的高频分量，利用这一信号特征，我们可以快速地判定当前通道是否存在有效的DSC信令在发送，如果当前通道不存在有效的DSC信令发送，继续在此通道上守候是没有意义的，应当快速切换到下个通道，然后再次进行信号能量分析，判定是否存在DSC信令发送，这样就可以快速地对所有4个DSC通道进行扫描。

本发明提供一种渔业电台四通道信号接收方法，包括如下步骤：

步骤1，向频率合成器或锁相环控制芯片中写入恰当的控制字，改变本振频率，从而实现接收通道的切换，对应于通道CH221(ASK)、CH231(MSK)、CH236(MSK)和CH238(MSK)，需要写入不同的控制字，通过本振频率的切换，实现不同接收通道的切换；

步骤2，当切换到某个具体通道时，通过GPIO(通用IO)对由ASK解调电路或由MSK解调电路所提交的信号按照8400sps的速率进行采样；

步骤3，对所采样的信号进行高通滤波，然后计算滤波后的信号均方值(对应于该信号平均能量，即所谓的带外信号能量)，如果均方值大于门限值，说明当前信号为噪声信号，需要切换到下一个通道，跳转到步骤1，执行通道切换；如果均方值低于门限值，则认为当前通道存在预期的DCS信号，驻留该通道，持续时间应大于2个DSC消息时间，确保在此期间可接收到一个完整的DSC消息；

其中，对于MSK信号，高通滤波器截止频率为1200Hz；对于ASK信号，高通滤波器截止频率为300Hz。

根据上述思路，在数字域进行载波侦听的流程如图2所示，为了消除渔业电台DSC消息在ASK和MSK两种不同调制方式下基带速率的差异(300bps@ASK/1200bps@MSK)，可以采用两种方式，即降速采样方式和按照1:4降速抽取的方式，前者是通过直接将采样速率由8.4kHz降速到2.1kHz，后一种方式在保持8.4kHz采样速率不变的前提下，对所采样的数据按照逢4取1的方式进行抽取。通过上述两种方式都可以保证无论是在300bps的ASK调制模式下，还是1200bps的MSK调制模式下，每个符号都统一采样7次，这样就可以把后期的处理流程统一起来。

HPF(高通滤波器)既可以采用FIR(有限冲击响应滤波器)形式，也可以采用IIR(无限响应冲击滤波器)形式，二者在这个场景下是完全等价的。

能量计算公式如下：

其中，E表示每个样本值的平均能量，N表示样本个数，x表示0、1二进制序列经过HPF滤波后得到的样本值。

为了提高能量计算的准确度，同时能够满足系统实时性的需要，样本个数既不能太大，(太大会造成切换延时增加)，也不能太小(太小会影响能量评估的准确度，造成误判)，根据实际需要，我们建议N取值范围为：

84<N<840

一般取210或420，分别对应于25ms和50ms的采样时间。

在图3中，Delay_1为10ms级的，具体取决于PLL的锁定时间，对于一般PLL，Delay_1取值可为50m；Delay_2为秒级的，一般为1～2秒，对于ASK通道而言，由于其波特率较低，需要等待较长的时间，其对应的Delay_2应大于2s，一般取2s即可，而对于MSK通道而言，其速率较高，一个DSC消息所持续的时间较短，其所对应的Delay_2应大于1.2秒，一般取2s即可。

对于鉴频后的ASK信号或MSK信号进行解调，得到一个连续二进制信号流，对二进制信号流通过GPIO按照7倍速率超采样(即对于1200bps的MSK信号按照8400sps速率进行采样，对于300bps的ASK信号按照2100sps)，由此得到8400bps的二进制流，对此二进制流进行高通滤波，如果带外能量(对于1200bps的MSK信号，能量应集中在600Hz以下，对于300bps的ASK信号，能量应集中在150Hz以下)大于某个门限值，则可认为当前通道不存在预期的数字信号流，反之，则可认为当前通道存在与预期信号相吻合的数字信号流，即当当前通道有DSC消息发送，可以驻留接收。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (4)

1.一种渔业电台四通道信号接收机接收方法，所述信号接收机 包括DSP、ASK/FSK解调IC、FM接收电路和PLL，其中，FM接收电路的输入端分别与4个DSC通道通信，用于分别将4个通道的传输信号送入ASK/FSK解调IC，由ASK/FSK解调IC通过信号能量来判断当前通道是否为传输通道，并将结果发给DSP，DSP控制PLL选择对应的本振，使FM接收电路与下一通道通信，进行信号接收；

其特征在于包括如下步骤：

步骤1，改变本振频率，实现不同接收通道的切换；

步骤2，当切换到某个具体通道时，通过通用IO对由ASK解调电路或由MSK解调电路所提交的信号按照8400sps的速率进行采样；

步骤3，对所采样的信号进行高通滤波，然后计算滤波后的信号均方值，如果均方值大于门限值，则转步骤1，执行通道切换；如果均方值低于门限值，则驻留该通道，持续时间大于2个DSC消息时间，确保在此期间接收到一个完整的DSC消息；

所述步骤2中，采用降速采样方式或按照1:4降速抽取的方式进行采样；

所述步骤3中，对于MSK信号，高通滤波器截止频率为1200Hz；对于ASK信号，高通滤波器截止频率为300Hz，采用FIR形式或IIR形式进行高通滤波。

2.如权利要求1所述的一种渔业电台四通道信号接收机 接收方法，其特征在于：所述步骤3中，信号均方值计算公式如下：

其中，E表示每个样本值的信号均方值，N表示样本个数，x表示0、1二进制序列经过高通滤波后得到的样本值。

3.如权利要求2所述的一种渔业电台四通道信号接收机 接收方法，其特征在于：所述样本个数N的取值范围为84<N<840。

4.如权利要求3所述的一种渔业电台四通道信号接收机 接收方法，其特征在于：所述样本个数N的取值为210或420，分别对应于25ms和50ms的采样时间。

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