CN114143411A - 一种基于fpga的气象传真数字接收*** - Google Patents

一种基于fpga的气象传真数字接收*** Download PDF

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CN114143411A CN202111427467.0A CN202111427467A CN114143411A CN 114143411 A CN114143411 A CN 114143411A CN 202111427467 A CN202111427467 A CN 202111427467A CN 114143411 A CN114143411 A CN 114143411A
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王倩
孔云苍
郝帅龙
刘博�
李鑫儒
朱保攀
孙红
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Abstract

本发明创造提供了一种基于FPGA的气象传真数字接收***，包括：数字下变频模块、FSK解调模块、气象传真信号识别模块、气象传真数据组帧模块和射频交互模块。所述数字下变频模块用于对采样信号进行抽取和滤波处理。所述FSK解调模块用于进行鉴相鉴频处理。所述气象传真信号识别模块用于根据信号的格式进行信号识别。所述气象传真数据组帧模块用于对完成识别后的解调信号进行组帧处理，并将信号发送至上位机内部。所述射频交互模块用于与上位机进行射频交互，并传递射频控制命令和进行射频状态反馈。本发明创造所述的一种基于FPGA的气象传真数字接收***，能克服模拟解调的非线性，精度低，抗干扰能力差等缺点，提高气象传真信息的处理便利性。

Description

一种基于FPGA的气象传真数字接收***
技术领域
本发明创造属于通信技术领域，尤其是涉及一种基于FPGA的气象传真数字接收***。
背景技术
无线气象传真采用短波播发传真图，不仅可以提供有关地面、高空、海洋的各种气象、水文的实况分析报告，而且还能提供各种气压形势、气压要素、海面状况及其他物理量的短、中期预报图，能因此提高天气预报的时效性和服务质量。传统的气象传真机硬件电路过于复杂与庞大，数字化集成度较低，***性能不优越，在进行信号处理时，普遍存在精度低和抗干扰能力差等缺点，因此会降低传真信号的识别率，从而增加后续信号处理的难度。
发明内容
有鉴于此，本发明创造旨在提出一种基于FPGA的气象传真数字接收***，以解决上述技术问题。
为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：
一种基于FPGA的气象传真数字接收***，包括：数字下变频模块、FSK解调模块、气象传真信号识别模块、气象传真数据组帧模块和射频交互模块；所述数字下变频模块用于对采样信号进行抽取和滤波处理，生成变频信号；所述FSK解调模块用于接收变频信号，并对变频信号进行鉴相鉴频处理，生成解调信号；所述气象传真信号识别模块用于接收解调信号，并根据信号的格式进行信号识别；所述气象传真数据组帧模块用于对完成识别后的解调信号进行组帧处理，并将信号发送至上位机内部；所述射频交互模块用于与上位机进行射频交互，并传递射频控制命令和进行射频状态反馈。
进一步的，所述气象传真信号识别模块接收的解调信号，包括：
起始信号，所述起始信号为频率为300Hz的方波信号或频率为675Hz的方波信号；
相位信号，所述相位信号包括25ms的低电平信号和475ms的高电平信号，所述25ms的低电平信号代表气象图像的白色像素点，475ms的高电平信号代表气象图像的黑色像素点；
图像信号，所述图像信号根据气象图像进行分行，每行图像信号的起始处设有25ms的行同步信号，且所述行同步信号包括4.5ms的低电平信号和20.5ms的高电平信号；
结束信号，所述结束信号包括频率为450Hz的方波信号和高电平信号。
进一步的，所述根据信号的格式进行信号识别，包括：
检测起始信号，若有起始信号，则证明气象传真图开始传输；
在开始传输后，检测相位信号，若检测到相位信号，则通过相位信号获得气象传真图的传输速度；
检测图像信号，通过图像信号获得行同步信号，开始上传每行图像信号的数据；
检测结束信号，若有结束信号，则停止数据上传。
进一步的，所述对变频信号进行鉴相鉴频处理，生成解调信号，包括：
根据CORDIC算法对比变频信号进行数字鉴相，获取各点相位；
通过数字鉴频获得解调数据，并对解调数据进行电平判决和定时同步，生成解调信号。
进一步的，所述数字下变频模块包括：DDS、第一混频器、第一CIC抽取滤波器、第一窄带滤波器、第二混频器、第二CIC抽取滤波器和第二窄带滤波器；所述第一混频器和第二混频器分别接收采样信号；所述第一CIC抽取滤波器与第一混频器通信连接，第一窄带滤波器与第一CIC抽取滤波器通信连接；所述第二CIC抽取滤波器与第二混频器通信连接，第二窄带滤波器与第二CIC抽取滤波器通信连接；所述DDS用于通过编程频率控制字来分频***时钟，从而产生余弦波频率和正弦波频率，并将余弦波频率输入第一混频器内部，正弦波频率输入第二混频器内部。
进一步的，所述气象传真数字接收***还包括载波频偏处理器，所述载波频偏处理器用于计算起始信号在一个周期内的平均值，当所述平均值与解调信号的直流分量相同时，去除解调信号的直流分量，并将去除直流分量的解调信号发送至数字下变频模块内部，进行抽取和滤波处理。
相对于现有技术，本发明创造所述的一种基于FPGA的气象传真数字接收***具有以下优势：
本发明创造所述的一种基于FPGA的气象传真数字接收***，能够克服模拟解调的非线性，精度低，抗干扰能力差等缺点，并能消除载波频偏，减小解调误码率。此外，本气象传真数字接收***能进行多次对相处理，从而提高传真信号识别率和抗干扰能力，便于将气象传真数据存储到PC，进而为后续的图像处理和应用提供方便。
附图说明
构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。
在附图中：
图1为本发明创造实施例所述的气象传真数字接收***的流程示意图；
图2为本发明创造实施例所述的数字下变频模块的流程示意图；
图3为本发明创造实施例所述的信号格式的示意图；
图4为本发明创造实施例所述的信号识别流程示意图。
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详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
一种基于FPGA的气象传真数字接收***，如图1所示，包括：数字下变频模块、FSK解调模块、气象传真信号识别模块、气象传真数据组帧模块和射频交互模块。
所述数字下变频模块用于对采样信号针对特定频点搬移到基频，并进行抽取和滤波处理，从而使信号速率降低，带宽变小，生成变频信号。可选的，在本实施例中，数字下变频模块包括：DDS、第一混频器、第一CIC抽取滤波器、第一窄带滤波器、第二混频器、第二CIC抽取滤波器和第二窄带滤波器。
如图2所示，所述第一混频器和第二混频器分别接收采样信号；所述第一CIC抽取滤波器与第一混频器通信连接，第一窄带滤波器与第一CIC抽取滤波器通信连接。所述第二CIC抽取滤波器与第二混频器通信连接，第二窄带滤波器与第二CIC抽取滤波器通信连接。所述DDS用于通过编程频率控制字来分频***时钟，从而产生余弦波频率和正弦波频率，并将余弦波频率输入第一混频器内部，正弦波频率输入第二混频器内部。
此时，混频器能将DDS输入的频率与采样信号的频率进行混合，随后信号在CIC抽取滤波器内部依次经过积分、降采样以及与积分环节数目相同的梳状滤波器处理，进入窄带滤波器内部。通过窄带滤波器能降低信号带宽，从而输出满足使用需求的变频信号。
所述FSK解调模块用于接收变频信号，并对变频信号进行鉴相鉴频处理，生成解调信号。由于数字下变频模块通过余弦波频率和正弦波频率可得到正交的两路I、Q信号，因此对其进行数字鉴相可以计算出各点的相位。随后，经过数字鉴频得到解调数据，对解调数据进行电平判决和定时同步，可以得到FSK解调结果，即生成解调信号。
可选的，在本实施例中所述数字鉴相过程，可通过CORDIC算法实现。具体的，在利用数CORDIC算法进行字鉴相时，利用基带I、Q信号可以计算出对应的幅度和相位，设输入信号为：
Figure BDA0003377064660000061
Figure BDA0003377064660000062
s(n)＝xi(n)·cosωcn-xQ(n)·sinωcn
上式中：
Figure BDA0003377064660000063
其中xi(in)和xQ(n)分别代表基带信号的同相分量和正交分量，这两个分量共同包含了基带信号的信息。根据相位差分的方法求得瞬时频率：
Figure BDA0003377064660000064
对于CORDIC算法得到的相位值进行差分得到的频率会出现频率跳变，在一定条件充分利用相位重复的特点可以消除频率跳跃现象，得到准确的鉴频输出。
所述气象传真信号识别模块用于接收解调信号，并根据信号的格式进行信号识别。如图3所示，在本实施例中，所述气象传真信号识别模块接收的解调信号包括：起始信号、相位信号、图像信号和结束信号四种格式。
其中起始信号包括持续时间为10s，频率为300Hz的方波信号(对应合作系数为576)或频率为675Hz的方波信号(对应的合作系数为288)，共有20行。
相位信号的持续时间为60s，共120行(也有32s即64行的)。每一行相位信号发送时都是先发送25ms的低电平信号，代表图像信号的白像素点，接着是475ms的高电平信号，代表图像信号的黑像素点。
图像信号根据气象图像进行分行，由于整幅气象图像的大小(即行数)是变化的，因此图像信号最长的有20min，即2400行。每行图像信号的起始处又有25ms的行同步信号，行同步信号由4.5ms的低电平信号和20.5ms的高电平信号。
结束信号工包括两部分，分别为持续5s，频率为450Hz的方波和持续10s的高电平信号(全黑信号)。
由于气象传真信号处理中的载波频偏大多由晶振不准或多普勒偏移导致的，因此在信号处理过程中的中心载波频率是未知的。对于FSK解调过程，载波频偏会导致电平判决和定时同步结果错误，从而发生解调误判，增加解调误码率。
为解决这一问题，本***包括载波频偏处理器(图中未示出)，通过载波频偏处理器能计算起始信号在一个周期内的平均值，当所述平均值与解调信号的直流分量相同时，去除解调信号的直流分量，并将去除直流分量的解调信号发送至数字下变频模块内部，进行抽取和滤波处理，从而降低载波频偏对信号处理造成的影响。
当载波频偏消除后，本***可根据信号的格式进行信号识别。如图4所示，在本实施例中信号识别过程包括：
检测起始信号，若有起始信号，则证明气象传真图开始传输；
在开始传输后，检测相位信号，若检测到相位信号，则通过相位信号获得气象传真图的传输速度；
检测图像信号，通过图像信号获得行同步信号，开始上传每行图像信号的数据；
检测结束信号，若有结束信号，则停止数据上传。
由于相位信号持续时间较长，若第一次没有检测，则持续检测，直到检测出相位信号。此外，为避免识别流程过于冗余，相位信号最多检测5次，若第五次仍然没有检测到相位信号，则此次流程直接结束。
在完成信号识别后，所述气象传真数据组帧模块用于对完成识别后的解调信号进行组帧处理，并将完成组帧的信号发送至上位机内部。随后，上位机可通过所述射频交互模块与本***进行射频交互，从而传递射频控制命令和进行射频状态反馈，便于工作人员对本***进行调整。
下面对上述方案的效果进行说明：
本实施例提供了一种基于FPGA的气象传真数字接收***，能够克服模拟解调的非线性，精度低，抗干扰能力差等缺点，并能消除载波频偏，减小解调误码率。此外，本气象传真数字接收***能进行多次对相处理，从而提高传真信号识别率和抗干扰能力，便于将气象传真数据存储到PC，进而为后续的图像处理和应用提供方便。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (6)

1.一种基于FPGA的气象传真数字接收***，其特征在于：包括：数字下变频模块、FSK解调模块、气象传真信号识别模块、气象传真数据组帧模块和射频交互模块；所述数字下变频模块用于对采样信号进行抽取和滤波处理，生成变频信号；所述FSK解调模块用于接收变频信号，并对变频信号进行鉴相鉴频处理，生成解调信号；所述气象传真信号识别模块用于接收解调信号，并根据信号的格式进行信号识别；所述气象传真数据组帧模块用于对完成识别后的解调信号进行组帧处理，并将信号发送至上位机内部；所述射频交互模块用于与上位机进行射频交互，并传递射频控制命令和进行射频状态反馈。
2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的气象传真数字接收***，其特征在于：所述气象传真信号识别模块接收的解调信号，包括：
起始信号，所述起始信号为频率为300Hz的方波信号或频率为675Hz的方波信号；
相位信号，所述相位信号包括25ms的低电平信号和475ms的高电平信号，所述25ms的低电平信号代表气象图像的白色像素点，475ms的高电平信号代表气象图像的黑色像素点；
图像信号，所述图像信号根据气象图像进行分行，每行图像信号的起始处设有25ms的行同步信号，且所述行同步信号包括4.5ms的低电平信号和20.5ms的高电平信号；
结束信号，所述结束信号包括频率为450Hz的方波信号和高电平信号。
3.根据权利要求2所述的一种基于FPGA的气象传真数字接收***，其特征在于：所述根据信号的格式进行信号识别，包括：
检测起始信号，若有起始信号，则证明气象传真图开始传输；
在开始传输后，检测相位信号，若检测到相位信号，则通过相位信号获得气象传真图的传输速度；
检测图像信号，通过图像信号获得行同步信号，开始上传每行图像信号的数据；
检测结束信号，若有结束信号，则停止数据上传。
4.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的气象传真数字接收***，其特征在于：所述对变频信号进行鉴相鉴频处理，生成解调信号，包括：
根据CORDIC算法对比变频信号进行数字鉴相，获取各点相位；
通过数字鉴频获得解调数据，并对解调数据进行电平判决和定时同步，生成解调信号。
5.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的气象传真数字接收***，其特征在于：所述数字下变频模块包括：DDS、第一混频器、第一CIC抽取滤波器、第一窄带滤波器、第二混频器、第二CIC抽取滤波器和第二窄带滤波器；所述第一混频器和第二混频器分别接收采样信号；所述第一CIC抽取滤波器与第一混频器通信连接，第一窄带滤波器与第一CIC抽取滤波器通信连接；所述第二CIC抽取滤波器与第二混频器通信连接，第二窄带滤波器与第二CIC抽取滤波器通信连接；所述DDS用于通过编程频率控制字来分频***时钟，从而产生余弦波频率和正弦波频率，并将余弦波频率输入第一混频器内部，正弦波频率输入第二混频器内部。
6.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的气象传真数字接收***，其特征在于：所述气象传真数字接收***还包括载波频偏处理器，所述载波频偏处理器用于计算起始信号在一个周期内的平均值，当所述平均值与解调信号的直流分量相同时，去除解调信号的直流分量，并将去除直流分量的解调信号发送至数字下变频模块内部，进行抽取和滤波处理。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101261318A (zh) * 2008-04-03 2008-09-10 北京航空航天大学 高动态扩频精密测距接收机
CA2612122A1 (en) * 2007-11-23 2009-05-23 Research In Motion Limited System and method for providing a variable frame rate and adaptive frame skipping on a mobile device
CN103248593A (zh) * 2012-02-09 2013-08-14 泰凌微电子（上海）有限公司 频偏估计与消除方法及***
CN103428401A (zh) * 2013-07-24 2013-12-04 南京虹航电子科技有限公司 一种数字气象传真机

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2612122A1 (en) * 2007-11-23 2009-05-23 Research In Motion Limited System and method for providing a variable frame rate and adaptive frame skipping on a mobile device
CN101261318A (zh) * 2008-04-03 2008-09-10 北京航空航天大学 高动态扩频精密测距接收机
CN103248593A (zh) * 2012-02-09 2013-08-14 泰凌微电子（上海）有限公司 频偏估计与消除方法及***
CN103428401A (zh) * 2013-07-24 2013-12-04 南京虹航电子科技有限公司 一种数字气象传真机

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