CN109981133B

CN109981133B - 一种无人船用无线宽带电台

Info

Publication number: CN109981133B
Application number: CN201910234780.9A
Authority: CN
Inventors: 杨咏林; 邵宇平; 桂小宇; 熊斌; 叶艳军
Original assignee: Beijing Sifang Automation Co Ltd; Sifang Intelligence Wuhan Control Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Sifang Automation Co Ltd; Sifang Intelligence Wuhan Control Technology Co ltd
Priority date: 2019-03-26
Filing date: 2019-03-26
Publication date: 2020-09-11
Anticipated expiration: 2039-03-26
Also published as: CN109981133A

Abstract

本发明公开了一种无人船用无线宽带电台，其包括电源模块、数据处理模块、中央处理模块、基带处理模块、射频处理模块和天线模块等，其射频处理模块和基带处理模块均包括接收端和发射端，实现了全双工设计；而且，射频信号发射处理单元和射频信号接收处理单元均设置有带通滤波器，其只允许确定频率范围内的信号通过，有效抑制了外接信号的干扰，增加了所述无线宽带电台的抗干扰能力；另外，中央处理模块包括FPGA芯片，其采用嵌入式设计，集成先进的网络协议和Mesh无中心路由技术协议，从而使得所述无线宽带电台支持自组网多种拓扑结构，实现了将多个无人船的图像和数据能够实时传输至陆地指挥端，便于操作人员及时掌握实时情况。

Description

一种无人船用无线宽带电台

技术领域

本发明涉及无人船通信技术领域，尤其涉及一种无人船用无线宽带电台。

背景技术

近年来，随着国家对海洋资源采集和勘测的大力投入，大量船舶和水上采集设备相继投入使用，而无人船已经被广泛用于海床测绘、海上救援、海上巡逻等技术领域，已成为发展较快的行业之一。

目前，现有的无人船的通信方式主要采用窄带数传电台，4G/LTE流量卡或者WIFI作为数传手段，传输距离和数据种类非常有限，但是，现有的无人船的通信方式存在以下缺陷：

(1)现有的无人船用数传电台多为单工数传电台，实时性较差；

(2)通道单一，不能实现图像、语音以及数据的双向综合传输，传输数据种类单一；

(3)射频处理单元部分过于简单，抗干扰能力差；

(4)不具备自组网功能，网络结构单一；

(5)现有的无人机用数传电台采用单天线对点传输，传输距离一般为5-10公里，控制距离近；

(6)传输宽度低，不能满足无人船对多种类型数据实时传输的需求。

因此，亟需提供一种能够实现远距离、多通道以及多业务系统数据传输的无人船用数传电台。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明所解决的技术问题是提供一种在复杂环境中具有较高准确率的电力设备铭牌识别方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案内容具体如下：

一种无人船用无线宽带电台，包括电源模块、数据处理模块、中央处理模块、基带处理模块、射频处理模块和天线模块，并且所述中央处理模块、所述基带处理模块、所述射频处理模块以及所述天线模块依次连接，其中：

所述电源模块用于向所述无线宽带电台供电；

所述数据处理模块包括用于连接所述电源模块的电源接口、用于连接串口系统的串口接口、用于连接视频采集设备的视频接口、用于连接语音对讲系统的音频接口以及用于连接以太网的网络接口；

所述数据处理模块包括用于对通过所述视频接口和所述音频接口输入的信息进行处理的视音频处理模块、用于对通过所述串口接口输入的信息进行处理的串口处理模块以及用于对通过所述网络接口输入的信息进行处理的以太网处理模块；

所述中央处理模块包括FPGA芯片，所述视音频处理模块、所述串口处理模块、所述以太网处理模块以及所述基带处理模块均连接所述FPGA芯片；

所述天线模块包括用于发射射频信号的第一天线以及用于接收射频信号的第二天线；

所述射频处理模块包括射频信号发射处理单元和射频信号接收处理单元，所述射频信号发射处理单元对所述基带处理模块处理后的基带信号进行D/A转换、上变频、滤波、放大、滤波处理并送入所述第一天线的端口；所述射频信号接收处理单元用于对接收到所述第二天线端口的信号进行滤波、下变频和A/D转换处理并送入所述基带处理模块。

进一步地，所述射频信号发射处理单元包括与所述基带处理模块相连接的D/A转换器、上变频、第一滤波器、放大器以及与所述第一天线相连接的第二滤波器，所述射频信号接收处理单元包括与所述基带处理模块相连接的A/D转换器、下变频以及与所述第一天线相连接的第三滤波器，并且所述第一滤波器、所述第二滤波器以及第三滤波器均为带通滤波器。

进一步地，所述D/A转换器与所述第一滤波器之间设置有电子衰减芯片。

进一步地，所述电源模块包括去藕电路。

进一步地，所述视频接口设置有高清接口芯片，所述高清接口芯片用于对HDMI接收器传输的视频信号进行处理。

优选地，所述基带处理模块包括射频芯片，并且所述射频芯片包括与所述射频信号发射处理单元相连接的发射单元、以及与所述射频信号接收单元相连接的接收单元；所述发射单元包括依次连接的信号编码单元、第一串并转换单元、COFDM调制单元以及第一并串转换单元；所述接收单元包括依次连接的信号解码单元、第二并串转换单元、COFDM解调单元以及第二串并转换单元。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明公开的无人船用无线宽带电台的中央处理模块包括FPGA芯片，其采用嵌入式设计，集成先进的网络协议和Mesh无中心路由技术协议，从而使得所述无线宽带电台支持自组网多种拓扑结构，实现了将多个无人船的图像和数据能够实时传输至陆地指挥端，便于操作人员及时掌握实时情况。

2、本发明公开的无人船用无线宽带电台的天线模块包括第一天线和第二天线，由于射频发射天线和射频接收天线分开设计，其隔离度高，大大降低了射频发射对射频接收的影响，明显提高了所述第二天线接收射频信号的灵敏度。

3、本发明公开的无人船用无线宽带电台的射频处理模块和基带处理模块均包括接收端和发射端，实现了全双工设计。

4、本发明公开的无人船用无线宽带电台的射频信号发射处理单元和射频信号接收处理单元均设置有带通滤波器，其只允许确定频率范围内的信号通过，有效抑制了外接信号的干扰，增加了所述无线宽带电台的抗干扰能力。而且，带通滤波器的体积小、插损低、易于更换、带外抑制大于50dB，并在二次谐波上做了特殊抑制，有效的降低了杂散信号的发射。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为本发明所述的无人船用无线宽带电台的结构示意图；

图2为Mesh自组网的结构示意图；

图3为基带处理模块、射频处理模块以及天线模块的结构示意图；

其中，图1-图3中的附图标记为：

1、电源模块；2、数据处理模块；3、中央处理模块；4、基带处理模块；5、射频处理模块；6、天线模块；7、视音频处理模块；8、串口处理模块；9、以太网处理模块；10、FPGA芯片；11、第一天线；12、第二天线；13、射频信号发射处理单元；14、射频信号接收处理单元；15、D/A转换器；16、上变频；17、第一滤波器；18、放大器；19、第二滤波器；20、A/D转换器；21、下变频；22、第三滤波器；23、电子衰减芯片；24、发射单元；25、接收单元；26、信号编码单元；27、第一串并转换单元；28、第一并串转换单元；29、COFDM调制单元；30、第二并串转换单元；31、COFDM解调单元；32、第二串并转换单元；33、信号解码单元。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下：

如图1所示的是本发明公开的无人船用无线宽带电台，其包括电源模块1、数据处理模块2、中央处理模块3、基带处理模块4、射频处理模块5和天线模块6，并且所述中央处理模块3、所述基带处理模块4、所述射频处理模块5以及所述天线模块6依次连接。

所述电源模块1用于向所述无线宽带电台供电。

所述数据处理模块2包括用于连接所述电源模块1的电源接口、用于连接串口系统的串口接口、用于连接视频采集设备的视频接口、用于连接语音对讲系统的音频接口以及用于连接以太网的网络接口。

一方面，所述无线宽带电台通过所述串口接口、所述视频接口、所述音频接口以及所述网络接口不仅能够使得陆地指挥端实现对无人船运行信息、网络数据等的实时采集，而且还可以实现对无人船的远程控制与监测等；另一方面，通过所述网络接口可以快速实现无人船与陆地指挥端之间的无缝连接，相对于传统的微波通信方式而言，增加了无人船的机动性和灵活性。

另外，所述视频接口包括用于连接高清视频设备的HDMI接口以及用于连接模拟视频(RGB\CVBS\RGB)设备的BNC接口。

需要说明的是，所述BNC接口输入模拟视频时采用多格式视频解码器，内置4个10bit、采样频率140MHz，包含12个模拟输入，可同时支持RGB、YPbPr、CVBS以及S-video输入，并包含两个处理器：(1)标清处理器(SDP)可对PAL、NTSC、SECAM信号进行解码；(2)分量处理器(CP)可处理YPbPr和RGB信号；而且，内置的色空间转换模块实现YPbPr与RGB的相互转换，同时3路视频信号均以16bit YCbCr(4∶2∶2)方式送往FPGA，进行视频选择。

所述数据处理模块2包括用于对通过所述视频接口和所述音频接口输入的信息进行处理的视音频处理模块7、用于对通过所述串口接口输入的信息进行处理的串口处理模块8以及用于对通过所述网络接口输入的信息进行处理的以太网处理模块9。

在本发明中，所述视音频处理模块7包括视频编码芯片，所述视频编码芯片包含1个MPEG-2解码引擎和1个H.264的编解码引擎，并且视音频接口及码流接口均为双向。

具体工作时，所述视频编码芯片完成一路视频和一路音频信号的编码、PSI信息插入、系统复用功能，且输出传输流TS、码流时钟由FPGA芯片10通过锁相环提供，码率为1.5～20Mbit/s，TS流在FPGA内进行时序处理。

另外，与所述串口接口相连接的串口系统是基于FPGA芯片10的IP核实现的，其由波特率时钟发生器、接收器和发送器组成。

所述中央处理模块3包括FPGA芯片10，所述视音频处理模块7、所述串口处理模块8、所述以太网处理模块9以及所述基带处理模块4均连接所述FPGA芯片10。由于所述FPGA芯片10采用嵌入式设计，其集成先进的网络协议和Mesh无中心路由技术协议，从而使得所述无线宽带电台能够支持自组网多种拓扑结构，进而实现Mesh自组网。

具体在本发明中，所述FPGA芯片10通过程序对寄存器的参数进行配置，进而实现所述基带处理模块4参数的配置，并且所述无线宽带电台内部之间是通过SPI接口连接的；而且，Mesh无中心路由技术协议是基于IEEE802.16Mesh的网络MAC层协议，其可建立Mesh自组网，而Mesh自组网采用自发现、自组织、自愈合技术，具备自动发现和动态路由连接功能，网络中的路由协议根据“最小跳数”进行路由选择，支持星型结构、网络状结构等多种网络结构，其结构示意图如图2所示。

如图3所示，所述天线模块6包括用于发射射频信号的第一天线11以及用于接收射频信号的第二天线12，由于所述无线宽带电台的射频发射天线和射频接收天线分开设计，其隔离度高，大大降低了射频发射对射频接收的影响，明显提高了所述第二天线接收射频信号的灵敏度。

如图3所示，所述射频处理模块5包括射频信号发射处理单元13和射频信号接收处理单元14，所述射频信号发射处理单元13对所述基带处理模块4处理后的基带信号进行D/A转换、上变频、滤波、放大、滤波处理并送入所述第一天线11的端口；所述射频信号接收处理单元14用于对接收到所述第二天线12端口的信号进行滤波、下变频和A/D转换处理并送入所述基带处理模块4。

所述射频信号发射处理单元13包括与所述基带处理模块4相连接的D/A转换器15、上变频16、第一滤波器17、放大器18以及与所述第一天线11相连接的第二滤波器19，所述射频信号接收处理单元14包括与所述基带处理模块4相连接的A/D转换器20、下变频21以及与所述第二天线12相连接的第三滤波器22，并且所述第一滤波器17、所述第二滤波器19以及第三滤波器均22为带通滤波器。由于所述射频信号发射处理单元13和所述射频信号接收处理单元14均设置有带通滤波器，其只允许确定频率范围内的信号通过，有效抑制了外接信号的干扰，增加了所述无线宽带电台的抗干扰能力；而且，带通滤波器的体积小、插损低、易于更换、带外抑制大于50dB，并在二次谐波上做了特殊抑制，有效的降低了杂散信号的发射。

所述D/A转换器15与所述第一滤波器17之间设置有电子衰减芯片23，从而通过所述电子衰减芯片23可以对所述无线宽带电台发射射频信号的发射功率进行调节。

所述电源模块1包括去藕电路，从而可以消除电源噪声对RF芯片和中央处理模块的影响。

所述视频接口设置有高清接口芯片，所述高清接口芯片用于对HDMI接收器传输的视频信号进行处理，具体地，所述高清接口芯片为H.264高清编码芯片，其分辨率达1080P，视频传输时使用压缩技术，可以明显减小带宽占用。

所述基带处理模块4包括射频芯片，并且所述射频芯片包括与所述射频信号发射处理单元相连接13的发射单元24、以及与所述射频信号接收处理单元14相连接的接收单元25；所述发射单元24包括依次连接的信号编码单元26、第一串并转换单元27、COFDM调制单元29以及第一并串转换单元28；所述接收单元25包括依次连接的信号解码单元33、第二并串转换单元30、COFDM解调单元31以及第二串并转换单元32，具体连接时：所述信号编码单元26的输入端连接所述数据处理模块2的第二输出端，所述第一并串转换单元28的输出端连接所述D/A转换器15的输入端；所述信号解码单元33的输出端连接所述数据处理模块2的第二输入端，所述第二串并转换单元32的输入端连接所述A/D转换器20的输出端。

需要说明的是，所述发射单元24的COFDM调制单元29的调制参数包括调制方式QAM\QPSK、内纠错码(FEC)、保护间隔以及信道宽度等。而且，所述射频芯片为AD9364芯片，并且通过所述FPGA芯片10配置所述AD9364芯片的参数，具体使用时，通过改变所述COFDM调制单元29的调制参数即可实现不同速率的调制，具体为：

速率	调制方式	内错纠码	保护间隔	信道宽度
					1-2M	QPSK	1/2	1/32	2MHz
4-6M	QPSK	1/2	1/32	2MHz
					8-10M	QPSK	7/8	1/32	2MHz
30M	64QAM	7/8	1/32	2MHz

如图3所示，由于所述发射单元24包括第一串并转换单元27，其可以将经过COFDM调制单元29编码的信号通过过多个子载波传输，使COFDM调制单元29对脉冲噪声和信道快衰落的抵抗力更强，所述发射单元24的作用原理如图3所示。同时，如图3所示，所述接收单元25包括第二串并转换单元32，从而通过子载波的联合编码，达到子信道间的频率分集的作用，也增强了对脉冲噪声和信道快衰落的抵抗力。

为了提高无线信道对数据无线传输的安全性，无线信道融入AES128位加密钥匙技术，使用多种加密方式，保证了数据无线传输的安全性。而且，无线信道编码采用TDD时分技术，将信道资源在时间上通过时隙，频率上通过大量子载波来灵活分配给多个用户，实现了多用户的接入。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims

1.一种无人船用无线宽带电台，其特征在于：包括电源模块、数据处理模块、中央处理模块、基带处理模块、射频处理模块和天线模块，并且所述中央处理模块、所述基带处理模块、所述射频处理模块以及所述天线模块依次连接，其中：

所述电源模块用于向所述无线宽带电台供电；

所述射频处理模块包括射频信号发射处理单元和射频信号接收处理单元，所述射频信号发射处理单元对所述基带处理模块处理后的基带信号进行D/A转换、上变频、第一滤波、放大、第二滤波处理并送入所述第一天线的端口；所述射频信号接收处理单元用于对接收到所述第二天线端口的信号进行滤波、下变频和A/D转换处理并送入所述基带处理模块；所述射频信号发射处理单元包括与所述基带处理模块相连接的D/A转换器、上变频、第一滤波器、放大器以及与所述第一天线相连接的第二滤波器，所述射频信号接收处理单元包括与所述基带处理模块相连接的A/D转换器、下变频以及与所述第二天线相连接的第三滤波器，并且所述第一滤波器、所述第二滤波器以及第三滤波器均为带通滤波器；

所述基带处理模块包括射频芯片，并且所述射频芯片包括与所述射频信号发射处理单元相连接的发射单元、以及与所述射频信号接收处理单元相连接的接收单元；所述发射单元包括依次连接的信号编码单元、第一串并转换单元、COFDM调制单元以及第一并串转换单元；所述接收单元包括依次连接的信号解码单元、第二并串转换单元、COFDM解调单元以及第二串并转换单元；

所述D/A转换器与所述第二滤波器之间设置有电子衰减芯片。

2.如权利要求1所述的无线宽带电台，其特征在于：所述电源模块包括去藕电路。

3.如权利要求1所述的无线宽带电台，其特征在于：所述视频接口设置有高清接口芯片，所述高清接口芯片用于对HDMI接收器传输的视频信号进行处理。