CN112260700A - 基于arm处理器的海上数字中频接收设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于ARM处理器的海上数字中频接收设备，包括中频接收处理模块和信号采集模块，所述中频接收处理模块和中频接收天线相连；其中，所述中频接收处理模块对来自中频接收天线的信号进行变频后送入信号采集模块，所述信号采集模块完成模数转换后送给ARM处理器完成数据解调处理，所述ARM处理器通过内部数据总线和存储模块相连。本发明提供的基于ARM处理器的海上数字中频接收设备，不需要使用DSP处理器和FPGA处理器，大大降低设备成本，具有高灵敏度，大动态范围特性，有效减少载波间的干扰并提高频谱利用率，满足不同格式的水上安全信息、文件和电子海图的自适应接收需求。

Description

基于ARM处理器的海上数字中频接收设备
技术领域
本发明涉及一种射频接收设备，尤其涉及一种基于ARM处理器的海上数字中频接收设备。
背景技术
NAVDAT是一种新型的岸基海上数字广播系统，它采用最新数字传输技术，在500kHz上播发海上安全信息和其他服务信息。NAVDAT通过播发消息、文本、文件或图像，实现海图改正信息等航行相关安全信息的快速推送，并实现与船舶信息系统的无缝连接。NAVDAT系统通过联网播发，还可实现A2海区的覆盖。因此，NAVDAT可增强海事信息业务能力，是GMDSS现代化和e航海中的关键系统。
NAVDAT数字广播系统主要包括海上中频数字发射设备和海上中频数字接收设备，为了保证航行安全，需要及时有效地由岸上向航行的船舶提供有关海上航行的安全信息，海上安全信息包括航行警告、气象警告、气象预报和其他海上紧急信息。目前的接收设备都是采用DSP处理器和FPGA处理器，不但成本较高，而且系统组成相对比较复杂，且难于满足不同格式的水上安全信息、文件和电子海图的自适应接收需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于ARM处理器的海上数字中频接收设备，能够大大降低设备成本，具有高灵敏度，大动态范围特性，满足不同格式的水上安全信息、文件和电子海图的自适应接收。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种基于ARM处理器的海上数字中频接收设备，包括中频接收处理模块和信号采集模块，所述中频接收处理模块和中频接收天线相连；其中，所述中频接收处理模块对来自中频接收天线的信号进行变频后送入信号采集模块，所述信号采集模块完成模数转换后送给ARM处理器完成数据解调处理，所述ARM处理器通过内部数据总线和存储模块相连。
上述的基于ARM处理器的海上数字中频接收设备，其中，所述中频接收处理模块包括依次相连的前置滤波器、低噪声放大模块、第一级放大滤波电路和第二级滤波放大电路，所述第一级放大滤波电路和第二级滤波放大电路采用可变增益放大模块，并通过混频器和本地振荡器相连。
上述的基于ARM处理器的海上数字中频接收设备，其中，所述中频接收处理模块还包括定位模块，所述定位模块和GNSS天线相连提供位置信息。
上述的基于ARM处理器的海上数字中频接收设备，其中，所述信号采集模块和定位模块相连，所述定位模块为用于提供船舶位置信息的GPS模块或北斗模块，所述接收天线为鞭天线、磁棒天线或环天线。
上述的基于ARM处理器的海上数字中频接收设备，其中，所述信号采集模块采集模拟信号转化为数字信号，并且进行信号的抽取滤波后送至后面的ARM处理器模块进行解调处理，同时所述信号采集模块还进行输入信号的自动增益控制。
上述的基于ARM处理器的海上数字中频接收设备，其中，所述ARM处理器的数据解调处理过程如下：a)接收帧数据，并写入数据缓冲区；b)当数据长度满足同步头检测窗口要求时，通知解调线程检测同步头；c)解调线程检测到同步头后，等待缓冲区数据达到一帧，并开始解调数据；d)一帧数据解调成功后，通知消息管理模块缓存数据帧，每条消息由多帧数据组成，并保存至本地数据库；e)消息模块通知界面显示更新消息列表，存储并刷新界面显示。
上述的基于ARM处理器的海上数字中频接收设备，其中，所述步骤c)解调数据包括：首先，采用同步模块完成定时同步和载波同步；接着，估计信道模型参数，并根据估计值进行信道补偿实现信道均衡；其次，导频求频率和相位的偏移并分别进行相应的补偿；然后，衡量信道质量估计信噪比，并进行匹配滤波；最后，利用相干解调，计算出数字基带信号，并送人译码器得到译码输出结果。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的基于ARM处理器的海上数字中频接收设备，不需要使用DSP处理器和FPGA处理器，能够大大降低设备成本，具有高灵敏度，大动态范围特性，有效减少载波间的干扰并提高频谱利用率，满足不同格式的水上安全信息、文件和电子海图的自适应接收需求。
附图说明
图1为本发明基于ARM处理器的海上数字中频接收设备电路方框图；
图2为本发明中频接收模块电路方框图；
图3为本发明信号采集模块电路方框图；
图4为本发明信号采集模块信号处理流程图；
图5为本发明主板处理模块电路方框图；
图6为本发明ARM处理器解调时数据处理示意图；
图7为本发明ARM处理器数据解调方框图；
图8为本发明ARM处理器数据流向示意图；
图9为本发明ARM处理器数据解调流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
图1为本发明基于ARM处理器的海上数字中频接收设备电路方框图。
请参见图1，本发明提供的基于ARM处理器的海上数字中频接收设备，由天线模块，中频接收处理模块，信号采集模块，定位模块，主板处理模块和电源模块组成。所述中频接收处理模块和中频接收天线相连；其中，所述中频接收处理模块对来自中频接收天线的信号进行变频后送入信号采集模块，所述信号采集模块完成模数转换后送给ARM处理器完成数据解调处理，各模块主要功能如下：
1)天线模块：在信号覆盖范围内，天线对已调信号的接收。例如：鞭天线，磁棒天线，环天线等。
2)中频接收处理模块：对天线接收下的信号进行滤波放大，自动增益控制等，进行信号变化处理提供给信号采集模块。本发明的中频接收处理模块包括依次相连的前置滤波器、低噪声放大模块、第一级放大滤波电路和第二级滤波放大电路，所述第一级放大滤波电路和第二级滤波放大电路采用可变增益放大模块，并通过混频器和本地振荡器相连，如图2所示。所述中频接收处理模块还包括定位模块，所述定位模块和GNSS天线相连提供船舶位置信息，可以为GPS，北斗等。
3)信号采集模块：完成模拟信号的采集，进行相应的算法处理转换为数字信号，同时进行接收模块的信号自动增益控制，原理框图如图3所示。所述信号采集模块采集模拟信号转化为数字信号，并且进行信号的抽取滤波后送至后面的ARM处理器模块进行解调处理，同时所述信号采集模块还进行输入信号的自动增益控制，如图4所示。
4)主板处理模块：采用ARM处理器，并包括存储模块，外部接口单元，屏幕显示单元等。外部接口单元用于向外部提供数据接口，可以是SD卡、USB接口、RJ45网卡接口、4G/5G模块、蓝牙模块或WiFi模块等，如图5所示。
5)电源模块：用于给主板处理模块、信号采集模块、中频接收处理模块、屏幕显示等外设供电。
本发明提供的基于ARM处理器的海上数字中频接收设备，将产生数据的模块称为生产者，处理数据的模块成为消费者，如图6所示；所述ARM处理器通过内部数据总线和存储模块相连，请继续参见图7和图8，本发明ARM处理器的数据解调处理过程如下：
a)船载端主板接收帧数据，将其写入数据缓冲区；
b)当数据足够同步头检测窗口要求时，会通知解调线程检测同步头；
c)解调线程检测到同步头后，会等待缓冲区数据达到一帧，并开始解调数据；
d)一帧数据解调成功后，会通知消息管理模块缓存数据帧，通常一条消息会由多帧数据组成；当消息模块解析消息成功后，会将消息保存至本地数据库；
e)消息模块通知界面显示更新消息列表，存储并刷新界面显示。
请继续参见图9，所述步骤c)解调数据包括：
首先，采用同步模块完成定时同步和载波同步；定时同步的目的在于在接收端正确地确定OFDM符号数据部分的开始位置，载波同步让接收机的振荡频率要与发送载波同频率同相位。只有保证对信号的精确同步，才能进行信号的正确解调接收。定时同步是要准确找到一帧内各OFDM符号的准确起始位置。假设，OFDM每个符号的保护间隔长度为Tg，数据经过无线多径信道传输到达接收端的最大时延为τmax，如果符号定时起始位置在τmax内，则由于多径时延的影响，采集的数据包含了上一个符号的多径延时分量，从而造成符号间干扰；而如果符号定时起始位置在Tg之外时，采集值则会包含下一个符号的数据，同样也会引起ISI；因而准确的定时位置应该在区间范围(τmax，Tg)内，该区间内的任何一个位置都可以通过后续同步环节准确解调。
接着，估计信道模型参数，并根据估计值进行信道补偿实现信道均衡。
其次，导频求频率和相位的偏移并分别进行相应的补偿。
然后，衡量信道质量估计信噪比，并进行匹配滤波。
最后，利用相干解调，计算出数字基带信号，并送人译码器得到译码输出结果。也就是说，本发明在得到频域数据后，先求取导频位置处信道的LS估计结果，然后通过低通滤波内插得到数据部分的信道估计结果，连同利用导频估计的信噪比进行均衡，频域均衡完的信息再进行译码；从而能够完美替代DSP处理器和FPGA处理器，具有高灵敏度，大动态范围特性，并有效减少载波间的干扰并提高频谱利用率，满足不同格式的水上安全信息、文件和电子海图的自适应接收需求。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (7)

1.一种基于ARM处理器的海上数字中频接收设备，包括中频接收处理模块和信号采集模块，所述中频接收处理模块和中频接收天线相连；其特征在于，所述中频接收处理模块对来自中频接收天线的信号进行变频后送入信号采集模块，所述信号采集模块完成模数转换后送给ARM处理器完成数据解调处理，所述ARM处理器通过内部数据总线和存储模块相连。
2.如权利要求1所述的基于ARM处理器的海上数字中频接收设备，其特征在于，所述中频接收处理模块包括依次相连的前置滤波器、低噪声放大模块、第一级放大滤波电路和第二级滤波放大电路，所述第一级放大滤波电路和第二级滤波放大电路采用可变增益放大模块，并通过混频器和本地振荡器相连。
3.如权利要求2所述的基于ARM处理器的海上数字中频接收设备，其特征在于，所述中频接收处理模块还包括定位模块，所述定位模块和GNSS天线相连提供位置信息。
4.如权利要求3所述的基于ARM处理器的海上数字中频接收设备，其特征在于，所述信号采集模块和定位模块相连，所述定位模块为用于提供船舶位置信息的GPS模块或北斗模块，所述接收天线为鞭天线、磁棒天线或环天线。
5.如权利要求1所述的基于ARM处理器的海上数字中频接收设备，其特征在于，所述信号采集模块采集模拟信号转化为数字信号，并且进行信号的抽取滤波后送至后面的ARM处理器模块进行解调处理，同时所述信号采集模块还进行输入信号的自动增益控制。
6.如权利要求1所述的基于ARM处理器的海上数字中频接收设备，其特征在于，所述ARM处理器的数据解调处理过程如下：
a)接收帧数据，并写入数据缓冲区；
b)当数据长度满足同步头检测窗口要求时，通知解调线程检测同步头；
c)解调线程检测到同步头后，等待缓冲区数据达到一帧，并开始解调数据；
d)一帧数据解调成功后，通知消息管理模块缓存数据帧，每条消息由多帧数据组成，并保存至本地数据库；
e)消息模块通知界面显示更新消息列表，存储并刷新界面显示。
7.如权利要求6所述的基于ARM处理器的海上数字中频接收设备，其特征在于，所述步骤c)解调数据包括：
首先，采用同步模块完成定时同步和载波同步；
接着，估计信道模型参数，并根据估计值进行信道补偿实现信道均衡；
其次，导频求频率和相位的偏移并分别进行相应的补偿；
然后，衡量信道质量估计信噪比，并进行匹配滤波；
最后，利用相干解调，计算出数字基带信号，并送人译码器得到译码输出结果。
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