四通道NAVTEX接收机的设计与实现

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NAVTEX系统通过无线电广播的窄带直接印字方式向周围海域播发海上航行安全信息,是海上安全航行的重要保障。随着软件无线电技术的日趋成熟,采用软件解调算法的接收机机型在机体体积和升级维护等方面均占据着巨大优势,特别是在FPGA技术的飞速发展过程中,复杂可编程逻辑器件设计平台为软件无线电的实现提供了硬件条件。目前世界范围内通用的NAVTEX系统工作频率一共有四个,然而现有的绝大多数机型均以双通道的硬件结构实现双频点信息接收,在接收其他频率信息时需手动切换,这就有可能导致信息接收遗漏的问题,为船舰的安全航行造成隐患。本文通过分析目前国内外NAVTEX接收机技术的发展现状,讨论了系统原理与技术指标,对比了解调算法的优劣,并在上述基础上提出了一种基于软件解调的四通道NAVTEX接收机方案,通过FPGA硬件设计平台实现了对四种通用工作频率的同时接收。接收机的硬件结构主要由前端模拟接收模块、A/D转换模块以及信号处理模块构成。其中前端模拟接收部分主要完成了对天线接收信号的低噪声放大、选频、滤波和可变增益放大等工作。A/D转换电路主要完成对放大后的信号进行采样量化,将模拟问题转化为数字问题,为下一步的软件解调做准备。信号处理模块主要由FPGA和MCU构成,FPGA完成对数字中频信号的选频滤波、数字正交下变频、多倍速率抽取、解调解码等工作,并通过SPI通信接口将结果发送给MCU,最终经网口上传至远端显示。本次设计采用软件无线电技术,以数字下变频理论为依据在MATLAB软件中进行了相关算法验证,并在此基础上通过硬件描述语言在FPGA中设计实现了数字选频网络、数字下变频、多速率抽取滤波、解调解码等功能,最后通过网络通信将报文上传,实现报文的远端显示。本文在完成硬件电路设计的基础上,实现了相应的软件解调算法,并通过仿真与实验相结合的方法验证了软件解调的功能实现,最终通过系统联调验证了本文所设计的接收机的整体性能。
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