CN116094637B - 一种中波调幅广播的应急广播指令信号识别方法及其系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种中波调幅广播的应急广播指令信号识别方法及其系统，包括：获取中波发射信号，并将中波发射信号转化为数字PCM数据；对所述数字PCM数据取绝对值后，判断所述数字PCM数据是否存在连续16次峰值间隔都为第一预设数量采样点的数据区间；若存在所述数据区间，则继续判断所述数据区间中的最后一个峰值与所述数据区间外的下一个峰值之间的间隔是否存在第二预设数量采样点；若存在所述第二预设数量采样点，则判定所述数据区间为应急广播指令信号的前导频信号，输出应急广播指令信号识别结果。本发明解决了传统的应急广播指令信号识别方法存在的无法准确识别前导频信号起始位置、算力负荷大的问题。

Description

一种中波调幅广播的应急广播指令信号识别方法及其系统
技术领域
本发明涉及应急广播技术领域，具体涉及一种中波调幅广播的应急广播指令信号识别方法及其系统。
背景技术
调幅广播是采用调幅方式进行的无线电广播。调幅是使载波的频率保持不变，其振幅按所传送信号的变化而变化的调制方式，用于长波、中波和短波广播。其优点是在较大范围内传递稳定，不会因多径反射而使信号失真；占用频带较窄(仅10千赫左右)，在中波、短波等频段内能容纳较多的广播电台；接收机较简单，使用广泛。
而中波调幅应急广播的控制指令采用MSK调制方式，信号由前导频、MSK调制信号、和1/5幅度的后导频构成。前导频信号频率fc=2kHz，时长为8个完整的正弦波周期，MSK 调制信号中心频率为fc，频偏为±1kHz，符号“0”映射为下偏频f1=1kHz，符号“1”映射为上偏频f2=3kHz，码率为4kbps。后导频信号频率fc=2kHz，幅度为前导频幅度的1/5，时长为8个完整的正弦波周期。在终端，我们需要利用前导频信号来识别这段信号属于中波调幅应急广播指令信号，所以前导频信号的同步至关重要。
传统的正弦波同步技术一般采用快速傅里叶变换（FFT）算法，通过快速傅里叶变换（FFT）对量化的采样数据进行计算，在频域分析是否含有对应的频率分量来确认是否存在2kHz正弦波。而采用快速傅里叶变换（FFT）算法方式虽然能够识别2kHz正弦波，但是很难识别正弦波的持续时间以及准确的起始位置。同时，快速傅里叶变换（FFT）算法计算量大，对芯片的性能要求较高，会增加额外的成本。
综上所述，传统的应急广播指令信号识别方法存在无法准确识别前导频信号起始位置、算力负荷大的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种中波调幅广播的应急广播指令信号识别方法及其系统，通过改进数据处理方法及前导频判定方法，解决了传统的应急广播指令信号识别方法存在的无法准确识别前导频信号起始位置、算力负荷大的问题。
为解决以上问题，本发明的技术方案为采用一种中波调幅广播的应急广播指令信号识别方法，包括：获取中波发射信号，并将中波发射信号转化为数字PCM数据；对所述数字PCM数据取绝对值后，判断所述数字PCM数据是否存在连续16次峰值间隔都为第一预设数量采样点的数据区间；若存在所述数据区间，则继续判断所述数据区间中的最后一个峰值与所述数据区间外的下一个峰值之间的间隔是否存在第二预设数量采样点；若存在所述第二预设数量采样点，则判定所述数据区间为应急广播指令信号的前导频信号，输出应急广播指令信号识别结果。
可选地，所述应急广播指令信号识别方法还包括：对所述数字PCM数据取绝对值后，遍历全部的峰值，剔除小于预设的阈值的所述峰值。
可选地，将中波发射信号转化为数字PCM数据，包括：将中波发射信号解调为模拟音频信号；基于模数转换模块将所述模拟音频信号转换为数字PCM数据。
可选地，配置第一预设数量的方法包括： 获取数字PCM数据的采样频率；获取前导频信号频率；基于数字PCM数据的采样频率和所述前导频信号频率生成所述第一预设数量。
可选地，配置第二预设数量的方法，包括：获取数字PCM数据的采样频率；获取前导频信号频率和MSK信号频率；基于数字PCM数据的采样频率、MSK信号频率和所述前导频信号频率生成所述第二预设数量。
可选地，所述应急广播指令信号识别方法还包括：在对所述数字PCM数据取绝对值前，基于低通滤波器对所述数字PCM数据进行数字滤波。
相应地，本发明提供，一种中波调幅广播的应急广播指令信号识别系统，包括：信号预处理单元，用于获取中波发射信号，并将中波发射信号转化为数字PCM数据；数据处理单元，用于对所述数字PCM数据取绝对值后，判断所述数字PCM数据是否存在连续16次峰值间隔都为第一预设数量采样点的数据区间；若存在所述数据区间，则继续判断所述数据区间中的最后一个峰值与所述数据区间外的下一个峰值之间的间隔是否存在第二预设数量采样点；若存在所述第二预设数量采样点，则判定所述数据区间为应急广播指令信号的前导频信号，输出应急广播指令信号识别结果。
可选地，所述信号预处理单元包括依次级联的中波解调芯片和模式转换模块，其中，所述中波解调芯片将中波发射信号解调为模拟音频信号，模数转换模块将所述模拟音频信号转换为数字PCM数据。
可选地，所述数据处理单元通过获取数字PCM数据的采样频率、MSK信号频率和所述前导频信号频率生成第一预设数量和第二预设数量。
本发明的首要改进之处为提供的中波调幅广播的应急广播指令信号识别方法，利用应急广播指令信号的编码方式及数据格式的特殊性，通过对数字PCM数据取绝对值后，针对于上述的特殊性设置对应的判定条件，从而准确识别出前导频信号的8个正弦波时长以及起始位置，进而正确分离出MSK调制信号用于后续的解调和FEC译码处理，解决了传统的应急广播指令信号识别方法存在的无法准确识别前导频信号起始位置、算力负荷大的问题。
附图说明
图1是本发明的中波调幅广播的应急广播指令信号识别方法的简化流程图；
图2是本发明的中波调幅广播的应急广播指令信号识别系统的简化单元连接图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，一种中波调幅广播的应急广播指令信号识别方法，包括：
S1：获取中波发射信号，并将中波发射信号转化为数字PCM数据。
进一步的，将中波发射信号转化为数字PCM数据，包括：将中波发射信号解调为模拟音频信号；基于模数转换模块将所述模拟音频信号转换为数字PCM数据。
S2：对所述数字PCM数据取绝对值后，判断所述数字PCM数据是否存在连续16次峰值间隔都为第一预设数量采样点的数据区间。
本发明利用中波调幅广播应急广播控制指令的前导频信号频率fc=2kHz，时长为8个完整的正弦波周期的特点，结合数字PCM数据的采样频率，通过判断采样点的数量表征是否为前导频信号。
进一步的，配置第一预设数量的方法包括： 获取数字PCM数据的采样频率；获取前导频信号频率；基于数字PCM数据的采样频率和所述前导频信号频率生成所述第一预设数量。例如：在数字PCM数据的采样频率为48kHz、前导频信号频率为2kHz时，一个完整正弦波周期的采样点数为24，则正常的前导频信号的峰值之间应当存在12个采样点，即，第一预设数量配置为12。
更进一步的，为提升识别准确率，降低噪声及环境因素的影响，所述应急广播指令信号识别方法还包括：在对所述数字PCM数据取绝对值前，基于低通滤波器对所述数字PCM数据进行数字滤波。其中，低通滤波器可以是FIR低通滤波器。
更进一步的，为进一步提升识别准确率，降低噪声及环境因素的影响，所述应急广播指令信号识别方法还包括：对所述数字PCM数据取绝对值后，遍历全部的峰值，剔除小于预设的阈值的所述峰值。
S3：若存在所述数据区间，则继续判断所述数据区间中的最后一个峰值与所述数据区间外的下一个峰值之间的间隔是否存在第二预设数量采样点。
进一步的，由于前导频信号结束后紧接着MSK信号，MSK信号依次由帧头、LDPC编码后数据、帧尾数据组成，本发明利用MSK信号的组成特点（帧头数据是定值，第一个符号为“0”，映射为1／4周期的１kHz正弦波），将配置第二预设数量的方法设置为：获取数字PCM数据的采样频率；获取前导频信号频率和MSK信号频率；基于数字PCM数据的采样频率、MSK信号频率和所述前导频信号频率生成所述第二预设数量。例如：在数字PCM数据的采样频率为48kHz、前导频信号频率为2kHz、MSK信号的帧头数据的频率为１kHz时，前导频信号频率的完整正弦波周期的采样点数为24，MSK信号的帧头数据频率的完整正弦波周期的采样点数为48，则正常的前导频信号的最后一个峰值与MSK信号的第一个峰值之间应当存在18个采样点，即，第二预设数量配置为18。
更进一步的，考虑到中波信号在空中传播会受到各种障碍物干扰，产生反射，或者其它噪声叠加干扰，接收的前导频信号可能并不是标准正弦波，会产生畸变，并且收发时钟可能存在微小的频率偏差。因此，本发明所述的第一预设数量和第二预设数量可以配置为阈值区间，例如：在数字PCM数据的采样频率为48kHz、前导频信号频率为2kHz时，一个完整正弦波周期的采样点数为24，则正常的前导频信号的峰值之间应当存在12个采样点时，第一预设数量被配置为阈值区间12±2；在数字PCM数据的采样频率为48kHz、前导频信号频率为2kHz、MSK信号的帧头数据的频率为１kHz时，前导频信号频率的完整正弦波周期的采样点数为24，MSK信号的帧头数据频率的完整正弦波周期的采样点数为48，则正常的前导频信号的最后一个峰值与MSK信号的第一个峰值之间应当存在18个采样点时，第二预设数量被配置为阈值区间18±2。
S4：若存在所述第二预设数量采样点，则判定所述数据区间为应急广播指令信号的前导频信号，输出应急广播指令信号识别结果，进而正确分离出MSK调制信号用于后续的解调和FEC译码处理。
本发明利用应急广播指令信号的编码方式及数据格式的特殊性，通过对数字PCM数据取绝对值后，针对于上述的特殊性设置对应的判定条件，从而准确识别出前导频信号的8个正弦波时长以及起始位置，进而正确分离出MSK调制信号用于后续的解调和FEC译码处理，本发明能够准确定位到前导频信号的起始位置和持续时间，从而可以准确提取到MSK信号用于后续模块处理，解决了传统的应急广播指令信号识别方法存在的无法准确识别前导频信号起始位置、算力负荷大的问题。
相应的，如图2所示，本发明提供，一种中波调幅广播的应急广播指令信号识别系统，包括：信号预处理单元，用于获取中波发射信号，并将中波发射信号转化为数字PCM数据；数据处理单元，用于对所述数字PCM数据取绝对值后，判断所述数字PCM数据是否存在连续16次峰值间隔都为第一预设数量采样点的数据区间；若存在所述数据区间，则继续判断所述数据区间中的最后一个峰值与所述数据区间外的下一个峰值之间的间隔是否存在第二预设数量采样点；若存在所述第二预设数量采样点，则判定所述数据区间为应急广播指令信号的前导频信号，输出应急广播指令信号识别结果。
进一步的，所述信号预处理单元包括依次级联的中波解调芯片和模式转换模块，其中，所述中波解调芯片将中波发射信号解调为模拟音频信号，模数转换模块将所述模拟音频信号转换为数字PCM数据。
进一步的，所述数据处理单元通过获取数字PCM数据的采样频率、MSK信号频率和所述前导频信号频率生成第一预设数量和第二预设数量。其中，所述数据处理单元可以由FPGA构成。
以上对本发明实施例所提供的中波调幅广播的应急广播指令信号识别方法及其系统。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器（RAM）、内存、只读存储器（ROM）、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

Claims (6)

1.一种中波调幅广播的应急广播指令信号识别方法，其特征在于，包括：
获取中波发射信号，并将中波发射信号转化为数字PCM数据；
对所述数字PCM数据取绝对值后，判断所述数字PCM数据是否存在连续16次峰值间隔都为第一预设数量采样点的数据区间，其中，配置第一预设数量的方法包括：获取数字PCM数据的采样频率；获取前导频信号频率；基于数字PCM数据的采样频率和所述前导频信号频率生成所述第一预设数量，具体的，使用数字PCM数据的采样频率除以前导频信号频率得到前导频信号一个完整正弦波周期的采样点数，前导频信号一个完整正弦波周期的采样点数除以2得到的数据就是第一预设数量；
若存在所述数据区间，则继续判断所述数据区间中的最后一个峰值与所述数据区间外的下一个峰值之间的间隔是否存在第二预设数量采样点，其中，配置第二预设数量的方法，包括：获取前导频信号频率和MSK信号频率；基于数字PCM数据的采样频率、MSK信号频率和所述前导频信号频率生成所述第二预设数量，具体的，使用数字PCM数据的采样频率除以MSK信号频率得到MSK信号一个完整正弦波周期的采样点数，前导频信号一个完整正弦波周期的采样点数与MSK信号一个完整正弦波周期的采样点数相加之和除以4得到的数据是第二预设数量；
若存在所述第二预设数量采样点，则判定所述数据区间为应急广播指令信号的前导频信号，输出应急广播指令信号识别结果。
2.根据权利要求1所述的应急广播指令信号识别方法，其特征在于，所述应急广播指令信号识别方法还包括：
对所述数字PCM数据取绝对值后，遍历全部的峰值，剔除小于预设的阈值的所述峰值。
3.根据权利要求1所述的应急广播指令信号识别方法，其特征在于，将中波发射信号转化为数字PCM数据，包括：
将中波发射信号解调为模拟音频信号；
基于模数转换模块将所述模拟音频信号转换为数字PCM数据。
4.根据权利要求1所述的应急广播指令信号识别方法，其特征在于，所述应急广播指令信号识别方法还包括：
在对所述数字PCM数据取绝对值前，基于低通滤波器对所述数字PCM数据进行数字滤波。
5.一种中波调幅广播的应急广播指令信号识别系统，其特征在于，包括：
信号预处理单元，用于获取中波发射信号，并将中波发射信号转化为数字PCM数据；
数据处理单元，用于对所述数字PCM数据取绝对值后，判断所述数字PCM数据是否存在连续16次峰值间隔都为第一预设数量采样点的数据区间，其中，配置第一预设数量的方法包括：获取数字PCM数据的采样频率；获取前导频信号频率；基于数字PCM数据的采样频率和所述前导频信号频率生成所述第一预设数量，具体的，使用数字PCM数据的采样频率除以前导频信号频率得到前导频信号一个完整正弦波周期的采样点数，前导频信号一个完整正弦波周期的采样点数除以2得到的数据就是第一预设数量；若存在所述数据区间，则继续判断所述数据区间中的最后一个峰值与所述数据区间外的下一个峰值之间的间隔是否存在第二预设数量采样点，其中，配置第二预设数量的方法，包括：获取前导频信号频率和MSK信号频率；基于数字PCM数据的采样频率、MSK信号频率和所述前导频信号频率生成所述第二预设数量，具体的，使用数字PCM数据的采样频率除以MSK信号频率得到MSK信号一个完整正弦波周期的采样点数，前导频信号一个完整正弦波周期的采样点数与MSK信号一个完整正弦波周期的采样点数相加之和除以4得到的数据是第二预设数量；若存在所述第二预设数量采样点，则判定所述数据区间为应急广播指令信号的前导频信号，输出应急广播指令信号识别结果。
6.根据权利要求5所述的应急广播指令信号识别系统，其特征在于，所述信号预处理单元包括依次级联的中波解调芯片和模式转换模块，其中，
所述中波解调芯片将中波发射信号解调为模拟音频信号，模数转换模块将所述模拟音频信号转换为数字PCM数据。
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