CN112803963B - 一种具备通信功能的无方向信标设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具备通信功能的无方向信标设备；本发明包括主机、控制器、功率放大器、谐波滤波器、主控模块、基带调制模块、射频开关、接收模块、语音模块以及显控板；所述功率放大器与所述控制器中的所述接收模块、所述主控模块、所述语音模块以及所述显控板之间相互连接；所述基带调制模块与所述主控模块连接，所述基带调制模块与所述功率放大器连接，所述射频开关与所述接收模块连接，所述谐波滤波器与控制器中的射频开关连接；本发明使无方向信标设备具备了双向通信的功能，即只需要一套设备就能进行归航引导和通信，提高资源利用率和整体效费；且本发明利用无方向信标的地波频段进行通讯，能够减少通信盲区。

Description

一种具备通信功能的无方向信标设备

技术领域

本发明涉及电子通信工程技术领域，特别涉及一种具备通信功能的无方向信标设备。

背景技术

现代海上石油平台搭载直升机，为保障中近距离平台直升机的引导，配置了无方向性信标引导设备(NDB：Non-Directional Beacon)，配合机载无线电罗盘工作，组成导航系统。

现有的海上石油平台无方向性信标设备由天线、天调、主机和遥控器等组成，天线和天调配合使用，用于电磁信号的辐射。由于所处的无线电工作频段，天线及天调尺寸要求较大，天线高度一般超过10米。

现有的无方向性信标设备仅有归航引导功能，无法提供通信功能。为了增加提供石油平台间的超视距通信手段，需要增加一套收发信设备，包括收发信机、天线、天调。由于石油平台位置有限，天线尺寸较大、设备安装位置受限，采用增加设备的方法则资源利用率、整体效费比较低。

此外，用于海上石油平台通信的手段有短波通信、超短波通信、微波通信及卫星通信等，其工作频率高于无方向性信标机工作的无线电频段。除了卫星通信，其他的通信手段在约50km至200km处可能存在个通信盲区。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种具备通信功能的无方向信标设备，提高资源利用率和整体效费并减少通信盲区。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

包括主机、控制器、功率放大器、谐波滤波器、主控模块、基带调制模块、射频开关、接收模块、语音模块以及显控板；

所述控制器、所述功率放大器以及所述谐波滤波器位于所述主机内部；

所述主控模块、所述基带调制模块、所述射频开关、所述接收模块、所述语音模块以及所述显控板位于所述控制器内部；

所述功率放大器与所述控制器中的所述接收模块、所述主控模块、所述语音模块以及所述显控板之间相互连接；

所述基带调制模块与所述主控模块连接，所述基带调制模块与所述功率放大器连接，所述射频开关与所述接收模块连接，所述谐波滤波器与控制器中的射频开关连接。

本发明的有益效果在于：本发明相对于现有技术，增设了基带调制模块、射频开关和接收模块，使无方向信标设备能够接收信号，并进行数字信号的处理，使无方向信标设备具备了双向通信的功能，即只需要一套设备就能进行归航引导和通信，提高资源利用率和整体效费；且本发明利用无方向信标的地波频段进行通讯，相较于卫星通讯外的其他通讯手段，在更加稳定的同时能够减少通信盲区。

附图说明

图1为本发明实施例的一种具备通信功能的无方向信标设备的整体连接结构图；

图2为本发明实施例的一种具备通信功能的无方向信标设备的接收模块的连接结构图；

图3为本发明实施例的一种具备通信功能的无方向信标设备的基带调制模块的连接结构图；

图4为本发明实施例的一种具备通信功能的无方向信标设备的语音模块的连接结构图；

图5为本发明实施例的一种具备通信功能的无方向信标设备的主控模块的连接结构图；

图6为本发明实施例的一种具备通信功能的无方向信标设备的谐波滤波器的连接结构图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

请参照图1至图6，一种具备通信功能的无方向信标设备，包括主机、控制器、功率放大器、谐波滤波器、主控模块、基带调制模块、射频开关、接收模块、语音模块以及显控板；

所述控制器、所述功率放大器以及所述谐波滤波器位于所述主机内部；

所述主控模块、所述基带调制模块、所述射频开关、所述接收模块、所述语音模块以及所述显控板位于所述控制器内部；

所述功率放大器与所述控制器中的所述接收模块、所述主控模块、所述语音模块以及所述显控板之间相互连接；

所述基带调制模块与所述主控模块连接，所述基带调制模块与所述功率放大器连接，所述射频开关与所述接收模块连接，所述谐波滤波器与控制器中的射频开关连接。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：本发明相对于现有技术，增设了基带调制模块、射频开关和接收模块，使无方向信标设备能够接收信号，并进行数字信号的处理，使无方向信标设备具备了双向通信的功能，即只需要一套设备就能进行归航引导和通信，提高资源利用率和整体效费；且本发明利用无方向信标的地波频段进行通讯，相较于卫星通讯外的其他通讯手段，在更加稳定的同时能够减少通信盲区。

进一步地，还包括天调、天线以及归航遥控器；

所述天调与所述天线连接，所述天调与所述主机中的谐波滤波器连接；

所述归航遥控器和所述天调与所述功率放大器、所述接收模块、所述主控模块、所述语音模块以及所述显控板之间相互连接。

由上述描述可知，本发明还包括天调、天线以及归航遥控器，航遥控器和天调与功率放大器、接收模块、主控模块、语音模块以及显控板之间相互连接，使接收到的数据能够进行互通和处理。

进一步地，所述接收模块包括接收前端和解调模块；

所述接收前端与所述解调模块连接，所述接收前端与射频开关连接，所述接收前端与所述功率放大器、所述主控模块、所述语音模块以及所述显控板之间相互连接；

所述解调模块与所述主控模块和语音模块连接。

由上述描述可知，接收模块包括接收前端和解调模块，有接收模块将数据发送给解调模块进行解调，而后由解调模块将数据发送给相关模块。

进一步地，所述基带调制模块包括音频ADC电路、FPGA、DSP、DUC、中波DAC电路、CPLD以及232接口电路；

所述FPGA与所述音频ADC电路、所述DSP、所述CPLD、所述DUC以及所述中波DAC电路连接，所述DSP与所述CPLD连接，所述CPLD与所述232接口电路连接，所述中波DAC电路与所述功率放大器连接，所述232接口电路与所述主控模块连接。

由上述描述可知，基带调制模块包括音频ADC电路、FPGA、DSP、DUC、中波DAC电路、CPLD以及232接口电路，音频ADC电路用于模拟调制的模拟音频信号采样，DSP用于对数据进行滤波去直流，FPGA用于对信号进行卷积编码、交织、扩频和调制的处理，DUC用于信号的上变频，DAC用于信号发送，232接口电路用于实现电平转换。

进一步地，所述接收前端包括强信号保护电路、可控衰减器、带通滤波器、低噪放大器、第一混频器、晶体滤波器、AGC、第二混频器、450K窄带滤波器、二级放大器、第一本机振荡器以及第二本机振荡器；

所述可控衰减器、所述带通滤波器、所述低噪放大器、所述第一混频器、所述晶体滤波器、所述AGC、所述第二混频器、所述450K窄带滤波器以及所述二级放大器依次连接，所述第一本机振荡器与所述第一混频器连接，所述第二本机振荡器与所述第二混频器连接；

所述可控衰减器和所述信号保护电路与所述射频开关连接，所述二级放大器与所述解调模块连接。

由上述描述可知，接收前端包括强信号保护电路、可控衰减器、带通滤波器、低噪放大器、第一混频器、晶体滤波器、AGC、第二混频器、450K窄带滤波器、二级放大器、第一本机振荡器以及第二本机振荡器，实现对信号的接收和进一步处理。

进一步地，所述解调模块包括ADC电路、FPGA、DSP、DDC、模拟DAC电路、CPLD以及232接口电路；

所述FPGA与所述ADC电路、所述DSP、所述CPLD、所述DDC以及所述模拟DAC电路连接，所述DSP与所述CPLD连接，所述CPLD与所述232接口电路连接，所述模拟DAC电路与所述语音模块连接，所述232接口电路与所述主控模块连接，所述ADC电路与所述接收模块连接。

由上述描述可知，解调模块包括ADC电路、FPGA、DSP、DDC、模拟DAC电路、CPLD以及232接口电路，ADC电路用于对接收前端的信号采样，FPGA用于对信号进行卷积编码、交织、扩频和调制的处理，DSP用于对解调的音频信号进行抽取、滤波和AGC处理以及对MSK信号的滤波和解调处理，DDC用于对信号进行下变频处理，模拟DAC电路用于将信号转化为模拟音频信号，CPLD用于将译码数据发送至异步串口。

进一步地，所述语音模块包括声码器、语音模拟处理电路和stm32处理器；

所述语音模拟处理电路与所述接收模块连接，所述stm32处理器与所述功率放大器、所述接收模块、所述主控模块以及所述显控板之间相互连接。

由上述描述可知，语音模块包括声码器、语音模拟处理电路和stm32处理器，由语音模拟处理电路和stm32处理器于其他模块连接，进行信号的接收。

进一步地，所述主控模块包括stm32处理器以及控制检测子模块；

所述stm32处理器与所述功率放大器、所述接收模块、所述语音模块以及所述显控板之间相互连接。

由上述描述可知，主控模块包括stm32处理器以及控制检测子模块，通过stm32处理器与其他模块进行连接。

进一步地，所述谐波滤波器包括滤波器和真空继电器，所述滤波器与真空继电器连接，所述真空继电器与射频开关连接。

由上述描述可知，谐波滤波器包括滤波器和真空继电器作为本发明的一种具体实施例。

进一步地，还包括键盘、喇叭和音量旋钮，所述键盘与所述主控模块连接，所述喇叭以及所述音量旋钮与所述语音模块连接；

所述主机还包括电源，所述电源与所述控制器以及所述功率放大器连接。

由上述描述可知，本发明还包括，用于设备的日常使用，主机还包括电源，为各模块进行供电。

请参照图1至图6，本发明的实施例一为：

如图1所示，一种具备通信功能的无方向信标设备，包括主机、控制器、功率放大器、谐波滤波器、主控模块、基带调制模块、射频开关、接收模块、语音模块、显控板、键盘、喇叭、电源、音量旋钮、天调、天线以及归航遥控器；

电源、控制器、功率放大器以及谐波滤波器位于主机内部；

主控模块、基带调制模块、射频开关、接收模块、语音模块以及显控板位于控制器内部；

归航遥控器、功率放大器与控制器中的接收模块、主控模块、语音模块以及显控板之间相互连接；

所述基带调制模块与所述主控模块连接，所述基带调制模块与所述功率放大器连接，所述射频开关与所述接收模块连接，所述谐波滤波器与控制器中的射频开关连接，天调与所述天线连接，天调与所述主机中的谐波滤波器连接。

其中，如图2所示，接收模块包括接收前端和解调模块；

接收前端强信号保护电路、可控衰减器、带通滤波器、低噪放大器、第一混频器、晶体滤波器、AGC、第二混频器、450K窄带滤波器、二级放大器、第一本机振荡器以及第二本机振荡器；

可控衰减器、带通滤波器、低噪放大器、第一混频器、晶体滤波器、AGC、第二混频器、450K窄带滤波器以及二级放大器依次连接，第一本机振荡器与第一混频器连接，第二本机振荡器与第二混频器连接；

所述可控衰减器和所述信号保护电路与所述射频开关连接，所述二级放大器与所述解调模块连接；

解调模块包括ADC电路、FPGA、DSP、DDC、模拟DAC电路、CPLD以及232接口电路；

FPGA与ADC电路、DSP、CPLD、DDC以及模拟DAC电路连接，DSP与CPLD连接，CPLD与232接口电路连接，模拟DAC电路与语音模块连接，232接口电路与主控模块连接，ADC电路与接收模块连接。

本实施例中，接收前端采用超外差式接收电路，通过两次混频实现选频放大。接收的无线电信号经过电调滤波选频、放大后和本振信号进行混频输出10.7MHz中频信号，通过晶体滤波器和中放电路实现选频和高增益放大，后经过混频滤波将10.7MHz信号下变频到450kHz，输出到解调模块，最后由解调模块解调出音频信号或数据。

本实施例中，解调模块进行模拟调制信号的解调时，前端信号经ADC以16.384MHz采样率采样后送入FPGA，FPGA把采样信号送至DDC进行下变频处理，下变频后的信号再回到FPGA进行USB、LSB、AM任意一种样式的信号解调，然后DSP对解调的音频信号进行抽取、滤波、AGC处理，最后送到音频DAC转换为模拟音频信号输出。

解调模块进行MSK信号解调时，前端信号经ADC以16.384MHz采样率采样后送入FPGA，FPGA把采样信号送至DDC进行下变频处理，下变频后的信号再回到FPGA进行USB解调得到音频段正交两路MSK信号，DSP对正交MSK信号进行滤波和MSK解调处理，然后经CPLD送到FPGA进行解扩、解交织、维特比译码，最后译码数据再经CPLD发送到异步串口。

如图3所示，基带调制模块包括音频ADC电路、FPGA、DSP、DUC、中波DAC电路、CPLD以及232接口电路；

FPGA与音频ADC电路、DSP、CPLD、DUC以及中波DAC电路连接，DSP与CPLD连接，CPLD与232接口电路连接，中波DAC电路与功率放大器连接，232接口电路与主控模块连接。

本实施例中，基带调制模块进行模拟调制时，模拟音频信号经音频ADC以32kHz采样率采样后送入DSP，DSP对接收数据进行滤波去直流、AGC处理、3倍内插后再以96kHz的采样率送至FPGA进行USB、LSB、AM任意一种样式的信号调制处理，调制后的信号送至DUC进行数字上变频到载波频率，最后FPGA把上变频后的信号插值、滤波处理后以98.304MHz的采样率送至DAC发射出去。

基带调制模块进行MSK数字调制时，CPLD把串口接收的调制数据送至FPGA进行卷积编码、交织、扩频处理，FPGA再把处理后的编码数据经CPLD送至DSP进行MSK调制，然后加上前导序列和帧头以48kHz的采样率再送至FPGA进行USB调制，调制后的信号送至DUC进行数字上变频到载波频率，最后FPGA把上变频后的信号插值、滤波处理后以98.304MHz的采样率送至DAC发射出去。

单载波输出时，FPGA通过CW调制产生10kHz单频率信号，然后把该信号送至DUC进行数字上变频到载波频率，最后再把上变频后的信号插值、滤波处理后以98.304MHz的采样率送至DAC发射出去。

如图4所示，语音模块包括声码器、语音模拟处理电路和stm32处理器；

语音模拟处理电路与接收模块连接，stm32处理器与功率放大器、接收模块、主控模块以及显控板之间相互连接。

如图5所示，主控模块包括stm32处理器以及控制检测子模块；

stm32处理器与功率放大器、接收模块、语音模块以及显控板之间相互连接。

如图6所示，谐波滤波器包括滤波器和真空继电器，滤波器与真空继电器连接，真空继电器与射频开关连接。

本实施例中，本发明具备两种工作模式：归航模式和通信模式。其中归航模式优先，即当有归航模式请求时，不管设备是否工作于通信模式都要转入归航模式工作，已处于归航模式则不响应，当进行中的语音或数据通信转入归航模式工作，此次通信行为不再继续。

以下是对本发明实施例中出现的英文的说明：

AGC(Automatic Gain Control)自动增益控制器；ADC(Analog-to-DigitalConverter)模拟/数字转换；FPGA(Field Programmable Gate Array)现场可编程逻辑门阵列；DSP(Digital Signal Process)数字信号处理器；DDC(Digital Down Converter)数字下变频器；DUC(Digital Up Converter)数字上变频器；DAC(Digital-to-AnalogConverter)数字/模拟转换器；CPLD(Complex Programming Logic Device)复杂可编程逻辑器件；MSK(Minimum Shift Keying)最小频移键控；CW(Continous Wave)连续波；USB(Upper Side Band)上边带；LSB(Lower Side Band)下边带；AM(Amplitude Modulation)普通调幅。

综上所述，本发明提供的一种具备通信功能的无方向信标设备，相对于现有技术，增设了基带调制模块、射频开关和接收模块，使无方向信标设备能够接收信号，并进行数字信号的处理，使无方向信标设备具备了双向通信的功能，即只需要一套设备就能进行归航引导和通信，提高资源利用率和整体效费；且本发明利用无方向信标的地波频段进行通讯，相较于卫星通讯外的其他通讯手段，在更加稳定的同时能够减少通信盲区。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种具备通信功能的无方向信标设备，其特征在于，包括主机、控制器、功率放大器、谐波滤波器、主控模块、基带调制模块、射频开关、接收模块、语音模块、显控板、天调、天线以及归航遥控器，所述接收模块包括接收前端和解调模块；

所述控制器、所述功率放大器以及所述谐波滤波器位于所述主机内部；

所述主控模块、所述基带调制模块、所述射频开关、所述接收模块、所述语音模块以及所述显控板位于所述控制器内部；

所述功率放大器与所述控制器中的所述接收模块、所述主控模块、所述语音模块以及所述显控板之间相互连接；

所述基带调制模块与所述主控模块连接，所述基带调制模块与所述功率放大器连接，所述射频开关与所述接收模块连接，所述谐波滤波器与控制器中的射频开关连接；

所述天调与所述天线连接，所述天调与所述主机中的谐波滤波器连接；

所述归航遥控器和所述天调与所述功率放大器、所述接收模块、所述主控模块、所述语音模块以及所述显控板之间相互连接；

所述接收前端与所述解调模块连接，所述接收前端与射频开关连接，所述接收前端与所述功率放大器、所述主控模块、所述语音模块以及所述显控板之间相互连接；

所述解调模块与所述主控模块和语音模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种具备通信功能的无方向信标设备，其特征在于，所述基带调制模块包括音频模拟/数字转换(ADC)电路、现场可编程逻辑门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、数字上变频器(DUC)、中波数字/模拟转换器(DAC)电路、复杂可编程逻辑器件(CPLD)以及232接口电路；

所述现场可编程逻辑门阵列(FPGA)与所述音频模拟/数字转换(ADC)电路、所述数字信号处理器(DSP)、所述复杂可编程逻辑器件(CPLD)、所述数字上变频器(DUC)以及所述中波数字/模拟转换器(DAC)电路连接，所述数字信号处理器(DSP)与所述复杂可编程逻辑器件(CPLD)连接，所述复杂可编程逻辑器件(CPLD)与所述232接口电路连接，所述中波数字/模拟转换器(DAC)电路与所述功率放大器连接，所述232接口电路与所述主控模块连接。

3.根据权利要求1所述的一种具备通信功能的无方向信标设备，其特征在于，所述接收前端包括强信号保护电路、可控衰减器、带通滤波器、低噪放大器、第一混频器、晶体滤波器、自动增益控制器(AGC)、第二混频器、450K窄带滤波器、二级放大器、第一本机振荡器以及第二本机振荡器；

所述可控衰减器、所述带通滤波器、所述低噪放大器、所述第一混频器、所述晶体滤波器、所述自动增益控制器(AGC)、所述第二混频器、所述450K窄带滤波器以及所述二级放大器依次连接，所述第一本机振荡器与所述第一混频器连接，所述第二本机振荡器与所述第二混频器连接；

所述可控衰减器和所述信号保护电路与所述射频开关连接，所述二级放大器与所述解调模块连接。

4.根据权利要求1所述的一种具备通信功能的无方向信标设备，其特征在于，所述解调模块包括模拟/数字转换(ADC)电路、现场可编程逻辑门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、数字下变频器(DDC)、模拟数字/模拟转换器(DAC)电路、复杂可编程逻辑器件(CPLD)以及232接口电路；

所述现场可编程逻辑门阵列(FPGA)与所述模拟/数字转换(ADC)电路、所述数字信号处理器(DSP)、所述复杂可编程逻辑器件(CPLD)、所述数字下变频器(DDC)以及所述模拟数字/模拟转换器(DAC)电路连接，所述数字信号处理器(DSP)与所述复杂可编程逻辑器件(CPLD)连接，所述复杂可编程逻辑器件(CPLD)与所述232接口电路连接，所述模拟数字/模拟转换器(DAC)电路与所述语音模块连接，所述232接口电路与所述主控模块连接，所述模拟/数字转换(ADC)电路与所述接收模块连接。

5.根据权利要求1所述的一种具备通信功能的无方向信标设备，其特征在于，所述语音模块包括声码器、语音模拟处理电路和stm32处理器；

所述语音模拟处理电路与所述接收模块连接，所述stm32处理器与所述功率放大器、所述接收模块、所述主控模块以及所述显控板之间相互连接。

6.根据权利要求1所述的一种具备通信功能的无方向信标设备，其特征在于，所述主控模块包括stm32处理器以及控制检测子模块；

所述stm32处理器与所述功率放大器、所述接收模块、所述语音模块以及所述显控板之间相互连接。

7.根据权利要求1所述的一种具备通信功能的无方向信标设备，其特征在于，所述谐波滤波器包括滤波器和真空继电器，所述滤波器与所述真空继电器连接，所述真空继电器与所述射频开关连接。

8.根据权利要求1所述的一种具备通信功能的无方向信标设备，其特征在于，还包括键盘、喇叭和音量旋钮，所述键盘与所述主控模块连接，所述喇叭以及所述音量旋钮与所述语音模块连接；

所述主机还包括电源，所述电源与所述控制器以及所述功率放大器连接。

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