一種用于AIS體制調制解調系統技術方案

本發明專利技術公開了一種用于AIS體制的調制解調系統，它包括FPGA調制解調器，DAC模塊、ADC模塊、ARM協議棧處理器和GPS模塊，所述的FPGA調制解調器通過SPI接口與ARM協議棧處理器連接，且所述的FPGA調制解調器通過PPS接口分別與GPS模塊、外設GNSS接收機連接，所述的GPS模塊外接天線，且所述的GPS模塊通過RS232接口與ARM協議棧處理器連接，所述的ARM協議棧處理器利用通用接口與外部設備連接。本發明專利技術將AIS體制信號調制器和AIS體制信號解調器集成在FPGA系統中，利用軟件無線電實現了AIS體制信號的調制和解調，顯著提高了AIS系統的頻率利用率和通信質量。

【技術實現步驟摘要】
一種用于AIS體制調制解調系統
本專利技術涉及船舶自動識別系統領域，具體是一種用于AIS體制的調制解調系統。
技術介紹
在20世紀初，船舶通信主要依靠雷達掃描技術來進行船只定位和航向確認，但是雷達掃描存在以下缺點：（1）采集船位和航向數據時間延遲大、雷達信號易受遮擋物影響，信號容易失真；（2）采集信號數據種類少，不能滿足船舶之間日益豐富的信息交流需求；（3）雷達信號的發射和接收容易受到周圍船舶的干擾。隨著海上運輸行業不斷發展，為了避免在船舶與船舶之間、船舶與岸基之間發生碰撞事故，出現了船舶自動識別系統（AutomaticIdentificationSystem）。AIS系統能夠識別船只和協助追蹤目標，可以在電子海圖上可視化顯示船舶的航向、航線等信息，提高了航行的安全性、海上通信數據的交換能力和航行效率，顯著降低了人工交流成本。公開號為CN202617107U的中國專利公開了一種AIS船用避碰的儀器，所述儀器包括低通濾波模組、收發開關、射頻低噪放模組、頻帶濾波器、變頻模組、第一中放模組、窄帶濾波器、第二中放模組、變頻解調模組、數據解調模組、CPU與輸出接口，低通濾波模組、收發開關、射頻低噪放模組、頻帶濾波器、變頻模組、第一中放模組、窄帶濾波器、第二中放模組、變頻解調模組、數據解調模組、CPU與輸出接口依次電連接。本專利技術具有可以拓寬接收本振頻率、接收范圍增大、實現指令跳頻模式的優點。該專利并未公開其所述的變頻解調模組、數據解調模組，且其所述在AIS系統中實現指令跳頻模式與本專利技術解決提高頻率利用率和通信質量的屬于不同的問題。公開號為CN102305936A的中國專利公開了一種AIS船舶自主定位導航系統，該系統包括高精度時間同步的AIS岸基參考站系統、船舶AIS導航終端設備和多個高精度同步原子鐘,所述AIS岸基參考站系統包括多個AIS岸基參考站，并自組織共享和獨占一個高精度同步原子時鐘，通過共享和獨占AIS無線信道發送導航電文和測量載波；船舶AIS導航終端設備包括無線接收模塊、信號測量處理模塊和主控模塊，無線接收模塊負責接收各種導航電文和測量載波信號，并由信號測量處理模塊進行載波測量、電文提取和定位解算，并將定位結果提交主控模塊，由主控模塊進行輸出應用。利用該專利技術，船舶可直接利用AIS設備進行定位，滿足IMO提出的空基和陸基雙備份定位系統需求。該專利技術并未公開其所述的AIS系統中的信號調制技術。公開號為CN102034367B的中國專利公開了一種船舶識別、定位系統及其識別定位方法，船舶識別、定位系統包括多個AIS接收機，AIS接收機接收船舶發出的AIS信號，還包括AIS信息匯總服務器，多個AIS接收機分別通過互聯網與AIS信息匯總服務器進行通訊，所述的AIS信息匯總服務器接收AIS接收機傳輸的信號，并將信號處理后存入數據庫。該方法采用互聯網實現通訊，且采用二級匯總。采用上述結構和方法，本專利技術具有以下優點：1、以互聯網代替以往的GPS系統實現通訊，大大降低了成本；2、可應對全流域大量AIS消息的處理，以及歷史數據的采樣追蹤；3、采用二級匯總技術，對大量AIS數據進行分析、壓縮，提高對AIS信息的處理能力。該專利與本專利技術處于相同的領域，但是與本專利技術所述的用于AIS體制的調制解調系統采用的技術方案不同。隨著對AIS系統在VHF頻段通信需求的增加，AIS系統的可使用頻段內已經非常擁擠，在許多繁忙港口已經達到了對頻段50%以上的占用率，國際航標組織（IALA）提出當AIS數據鏈路負載超過50%時，將會導致信息阻塞等問題的發生，嚴重影響航行安全。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術的不足，提供一種用于AIS體制的調制解調系統，以至少達到提高頻譜利用率、改善通信質量、增強船舶AIS系統通信能力的效果。本專利技術的目的是通過以下技術方案來實現的：一種用于AIS體制的調制解調系統，它包括FPGA調制解調器，DAC模塊、ADC模塊、ARM協議棧處理器和GPS模塊，所述的FPGA調制解調器通過SPI接口與ARM協議棧處理器連接，且所述的FPGA調制解調器通過PPS接口分別與GPS模塊、外設GNSS接收機連接，所述的GPS模塊外接天線，且所述的GPS模塊通過RS232接口與ARM協議棧處理器連接，所述的ARM協議棧處理器利用通用接口與外部設備連接；所述的FPGA調制解調器包括AIS調制器和AIS解調器；所述AIS調制器的數字輸出端與所述DAC模塊的數字輸入端連接，所述DAC模塊實現直接數字RF的合成，輸出調制后的模擬信號，所述ADC模塊的模擬輸出端與AIS解調器的數字輸入端連接。所述的AIS調制器包括基帶幀組幀模塊、物理幀組幀模塊、NRZI編碼器、第一乘法器、高斯濾波器、積分器、第二乘法器、DUC模塊和振蕩器；基帶幀組幀模塊對基帶信號數據進行分組打包后在信道傳輸，通過所述物理幀組幀模塊進行檢錯、糾錯后的基帶信號數據進入NRZI編碼器，NRZI編碼器將基帶信號轉換為NRZI碼，NRZI碼進入第一乘法器，第一乘法器將NRZI碼與累加信號相乘以后生成NRZI脈沖序列，NRZI脈沖序列進入所述高斯濾波器，高斯濾波器將載有基帶信號的NRZI脈沖序列處理為高斯脈沖序列以后傳輸到所述積分器進行累加，得到積分相位信號q(t)后輸出到第二乘法器，在第二乘法器進行載波信號相位調節，得到基帶相位信號SI(t)和SQ(t)，SI(t)和SQ(t)信號進入DUC模塊，DUC模塊與振蕩器的頻率震蕩信號fc輸出端連接，DUC模塊利用頻率震蕩信號fc調節SI(t)和SQ(t)信號后生成AIS體制調制信號輸出。所述的AIS解調器，它包括數字下變頻DDC、數字鑒頻器、低通濾波器、FFT模塊、載波頻偏校正模塊、定時重采樣模塊、第一匹配濾波器、第二匹配濾波器、維特比算法解碼器、NRZI編碼器和基帶幀成幀模塊；數字下變頻DDC接收調制信號r(t)后傳輸到數字鑒頻器進行解調，解調后的信號通過FFT模塊提取頻域特征，并且進行載波頻偏校正和定時重采樣后的數據分為兩路分別傳輸到第一匹配濾波器和第二匹配濾波器，通過第一匹配濾波器和第二匹配濾波器處理后的信號數據傳輸到維特比算法解碼器進行解碼，解碼以后的數據傳輸到NRZI編碼器，NRZI編碼器將NRZI轉換為二進制數據輸出到基帶幀成幀模塊，基帶幀成幀模塊輸出解調信號。所述的ADC模塊為單片雙通道、并行數據接口器件。所述的通用接口包括GPIO接口、RS232接口。本專利技術的有益效果是：本專利技術所述的AIS調制器采用多個乘法器進行信號數據的合路處理，提高了通信質量；利用高斯濾波器進行平滑濾波，提高了頻譜利用率；通過調節高斯濾波器的參數可以控制數據傳輸碼間干擾，壓縮調制信號頻譜，在解調時利用前后碼元的相關性可以準確地進行解調判決；本專利技術所述AIS解調器基于數字下變頻DDC進行數字鑒頻器的直接控制，采用低通濾波器進行濾波，由FFT模塊進行快速傅里葉變換提取頻域特征并在頻域特征提取過程中進行載波頻移校正和定時重采樣，提高了對接收信號數據處理效率；本專利技術采用兩路匹配濾波器進行匹配濾波，提高了信噪比，利用維特比算法解碼器進行信號碼元最短間距序列地選擇，提高了數據解調效率和頻譜利用率，提高了通信質量；本專利技術將AIS體制信號調制器和AIS體制信號解調本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于AIS體制的調制解調系統，其特征在于：它包括FPGA調制解調器，DAC模塊、ADC模塊、ARM協議棧處理器和GPS模塊，所述的FPGA調制解調器通過SPI接口與ARM協議棧處理器連接，且所述的FPGA調制解調器通過PPS接口分別與GPS模塊、外設GNSS接收機連接，所述的GPS模塊外接天線，且所述的GPS模塊通過RS232接口與ARM協議棧處理器連接，所述的ARM協議棧處理器利用通用接口與外部設備連接；所述的FPGA調制解調器包括AIS調制器和AIS解調器，所述AIS調制器的數字輸出端與所述DAC模塊的數字輸入端連接，所述DAC模塊實現直接數字RF的合成，輸出調制后的模擬信號，所述ADC模塊的數字輸出端與AIS解調器的數字輸入端連接。

【技術特征摘要】
1.一種用于AIS體制的調制解調系統，其特征在于：它包括FPGA調制解調器，DAC模塊、ADC模塊、ARM協議棧處理器和GPS模塊，所述的FPGA調制解調器通過SPI接口與ARM協議棧處理器連接，且所述的FPGA調制解調器通過PPS接口分別與GPS模塊、外設GNSS接收機連接，所述的GPS模塊外接天線，且所述的GPS模塊通過RS232接口與ARM協議棧處理器連接，所述的ARM協議棧處理器利用通用接口與外部設備連接；所述的FPGA調制解調器包括AIS調制器和AIS解調器，所述AIS調制器的數字輸出端與所述DAC模塊的數字輸入端連接，所述DAC模塊實現直接數字RF的合成，輸出調制后的模擬信號，所述ADC模塊的數字輸出端與AIS解調器的數字輸入端連接。2.根據權利要求1所述的一種用于AIS體制的調制解調系統，其特征在于：所述的AIS調制器包括基帶幀組幀模塊、物理幀組幀模塊、NRZI編碼器、第一乘法器、高斯濾波器、積分器、第二乘法器、DUC模塊和振蕩器；基帶幀組幀模塊對基帶信號數據進行分組打包后在信道傳輸，通過所述物理幀組幀模塊進行檢錯、糾錯后的基帶信號數據進入NRZI編碼器，NRZI編碼器將基帶信號轉換為NRZI碼，NRZI碼進入第一乘法器，第一乘法器將NRZI碼與累加信號相乘以后生成NRZI脈沖序列，NRZI脈沖序列進入所述高斯濾波器，高斯濾波器將載有基帶信號的NRZI脈沖序列處理為高斯脈沖序列以后傳輸到...

【專利技術屬性】
技術研發人員：彭京平，喻袁洲，王林，李毅，富招弟，
申請(專利權)人：成都國蓉科技有限公司，
類型：發明
國別省市：四川,51