专利名称：基于dstft的navtex解调器及解调方法
技术领域：
本发明涉及航海无线电通信和软件无线电领域，尤其涉及一种基于DSTFT (离散短时傅里叶变换)的NAVTEX (奈伏泰斯)解调器。
背景技术：
NAVTEX系统是指通过窄带直接印字电报(NBDP)方式来广播和自动接收为船舶播发的航行警告、气象警告、气象预报和紧急信息(统称海上安全信息)的系统。它是全球海上遇险与安全系统中的重要组成部分，也是国际海事组织(IMO)A. 419 (XI)决议案规定的全世界航行警告业务(WffNWS)的一个组成部分。根据国际海事组织关于NAVTEX区域的划分，我国已先后在三亚、广州、福州、上海、大连、天津、湛江等地建立了 7个NAVTEX业务海岸电台，链状覆盖了我国沿海400海里以内的海域，分别向所辖海域用518kHz频率发布英文的NAVTEX信息。我国国内NAVTEX业务采用486kHz的频率播发中文NAVTEX信息，也可以使用4209. 5kHz播放。随着数字电路的发展、软件无线电技术的成熟以及现代航运的发展，NAVTEX接收机也朝着数字化、软件化、多样化和集成化的方向发展。以往使用的NAVTEX接收机的模拟电路非常复杂，要达到所需要的精度会使接收机占用的体积过大，并且对性能的提高和新功能的增加都会带来困难。针对上述缺点，本发明提出了一种数字化、基于软件无线电技术的NAVTEX信号解调方法。基于DSTFT的NAVTEX解调器集成了 A/D采样、信号解调、信息解码、通道选择等各种功能，是一种完整的NAVTEX信息接收方案，具有软件的易于升级、修改的特点。并且采用这样的一种NAVTEX信息解调方案，能有效的将信息接收和信息处理单元分开，这种结构大大降低后端信息处理单元的负担，可以使信息处理单元更好的执行其他控制功能，有利于其进行其他功能的扩展。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术的不足，提供了一种基于DSTFT的NAVTEX解调器及解调方法。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的一种基于DSTFT的NAVTEX解调器， 它主要由A/D采样模块、信号解调模块和信息解码模块等依次串联组成。一种应用上述基于DSTFT的NAVTEX解调器的解调方法，该方法包括以下步骤
(1)A/D采样模块对信号进行双通道A/D采样，将采样数据乒乓缓存并进行通道切换；
(2)NAVTEX信号解调模块对NAVTEX信号进行解调，得到相应码元；
(3)NAVTEX信号解码模块将解调信号进行解码，得到NAVTEX信息。本发明的有益效果是
1.采用基于DSTFT的NAVTEX解调器，实现了关于NAVTEX信息接收的所有过程，结合信息处理单元可以提供完整的NAVTEX接收机方案。
2.采用基于DSTFT的NAVTEX解调器，使用软件无线电技术对NAVTEX信号进行解调，不仅可以减少模拟前端电路的复杂度，同时还具备软件可升级的特点。3.采用降频采样技术对NAVTEX信号进行A/D采样，降低了对前端A/D转换器的性能要求，很好的解决A/D转换器采样精度和速度的矛盾。4.采用基于DSTFT的解调方法对NAVTEX信号进行解调，在较低信噪比的情况下也能清晰的分辨出窄带的NAVTEX信号频谱，具有很好的解调效果。5.采用基于谱图的同步方法对NAVTEX码元进行同步，能实现码元起始点的快速捕获，并且在码元跟踪过程中也能准确地进行同步，保证码元正确偏移纠正。6.采用自动纠正方法对NAVTEX码流进行纠正，当出现码元丢位或者多位时，能自动识别并作出处理，保证信息完整。
图1为本发明解调器的模块示意图2为图1所示解调器中A/D采样模块设计流图； 图3为NAVTEX国际通道频率518kHz的2FSK信号频谱； 图4为经SkHz带通采样后NAVTEX国际通道信号频谱分布图； 图5为图2所示采样模块中乒乓缓存分配图； 图6为图1所示解调器中信号解调模块设计流7为图6所示解调模块中码元偏移示意图8为图6所示解调模块中码元左、右偏移比较图，其中，(a)为左偏移比较图；(b)为右偏移比较图9为图6所示解调模块中码元起始点捕获同步算法流图； 图10为图6所示解调模块中码元跟踪过程同步算法流图； 图11为NAVTEX信息发射格式示意图。
具体实施例方式本发明针对以往NAVTEX接收机模拟电路复杂、为达到所需要精度而导致接收机占用体积过大、对提高性能和增加新功能的困难等缺点，提出了一种数字化、基于软件无线电技术的NAVTEX信号解调方法。作为一种完整的NAVTEX信息接收方案，基于DSTFT的NAVTEX解调器具有软件的易于升级、修改的特点。并且采用这样的一种NAVTEX信息解调方案，能有效的将信息接收和信息处理单元分开，这种结构大大降低后端信息处理单元的负担，可以使信息处理单元更好的执行其他控制功能，有利于其进行其他功能的扩展。如图1所示，基于DSTFT的NAVTEX解调器集成了 A/D采样、信号解调、信息解码的功能，由A/D采样模块、信号解调模块和信息解码模块依次串联而成，下面对这些部件和功能的实施方式分别作出说明。一、A/D采样模块
A/D采样模块，如图2所示，主要完成带通采样频率控制、A/D转换数据的读取、数据存储以及通道切换等功能。
1、双通道NAVTEX信号的带通采样
NAVTEX信号频率为518kHz、486kHz以及4209. 5kHz，按照Nyquist低通采样定理，只有当采样频率大于8. 419MHz时才能实现所有信号的恢复。这样，A/D转换器必须具有非常高的转换速率。而根据NAVTEX国际测试标准在输入信号强度为-107 dbm时，接收信息误码率小于4%。这对A/D转换器的采样分辨率提出了比较高的要求。综合上面的分析，A/D转换器在保证比较高的转换速率的同时还必须保证相当高的转换精度，这对A/D转换器的性能提出了相当高的要求。鉴于A/D采样精度和速度的限制，可以采用带通欠采样的方法，将 NAVTEX信号的频谱搬移至比较低的频率，用宽带的A/D转换器，在保证一定精度的情况下实现NAVTEX信号的低速采样。带通采样定理对于带通信号的抽样频率并不需要达到信号最高频率的两倍， 设带通信号χ( )的最高频率为
权利要求
1.一种基于DSTFT的NAVTEX解调器，其特征在于，它主要由A/D采样模块、信号解调模块和信息解码模块等依次串联组成。
2.一种应用权利要求1所述基于DSTFT的NAVTEX解调器的解调方法，其特征在于，该方法包括以下步骤(1)A/D采样模块对信号进行双通道A/D采样，将采样数据乒乓缓存并进行通道切换；(2)NAVTEX信号解调模块对NAVTEX信号进行解调，得到相应码元；(3)NAVTEX信号解码模块将解调信号进行解码，得到NAVTEX信息。
3.根据权利要求2所述的解调方法，其特征在于，所述步骤(1)具体包括以下子步骤(1)双通道A/D采样=NAVTEX信号带通采样采用带通欠采样的方法，将NAVTEX信号的频谱搬移至2kHz 士 85Hz，用宽带的A/D转换器进行NAVTEX信号的低速采样，将采样数据输出到存储区进行下一步的乒乓缓存；(2)乒乓缓存A/D采样模块中采样值的存储采用乒乓操作，每个通道的数据分配两个缓冲区，两个通道共四个缓冲区；存储模块分配四个相等容量大小的缓冲区，即通道0缓冲区1、通道1缓冲区1、通道0缓冲区2和通道1缓冲区2 ；通道0与通道1轮流进行8kHz 的采样，先进行通道0采样数据读取，后进行通道1采样数据读取，因此当通道0缓冲区1 或者通道1缓冲区1存储满之后进行缓冲区的切换，每次当缓冲区存满之后，开始进行信号解调运算；(3)通道切换当通道486kHz/4209.5kHz进行解调运算时，采用模拟开关进行通道切换；根据权利要求2所述的解调方法，其特征在于，所述步骤(2)具体为进行信号解调运算开始后，先进行通道0的解调，同步运算开始，通过码元起始点捕获同步算法的分析， 进行相应的码元偏移，完成码元起始点的捕获，实现码元的同步，从而进入信息正文码元的接收阶段，通过DSTFT解调算法运算实现相应通道的解调，在接收码元的过程中，通过码元跟踪过程同步算法的分析，对失步的码元进行重新同步，当解调运算结束后，同步运算也结束，并进行码元的判别与输出控制，至此，单次的通道0解调运算结束，判定是否完成通道0 的解调，如检测到结束信号，则进入通道1的解调，否则继续进行通道0的解调运算；通道1 的解调运算与通道0的解调方法一致。
4.根据权利要求2所述的解调方法，其特征在于，所述步骤(3)具体为解调运算结束后，NAVTEX信息解码模块首先进行开始定相信号的检测，当检测到开始定向信号时，系统进入接收正文信息状态；信息正文的开始以ZCZC作为起始信息标记，当接收到ZCZC后， 接着检测是否接收到正文结束信息标记NNNN ；如果接收到，则本条信息结束；否则，继续接收正文信息；在接收信息的过程中，通过码元自动纠正方法，对码元丢位的情况进行处理， 采用错误计数器对码元错误个数进行统计；如果按照字符解码表解码过程中连续出现三个“*”，则判定当前码流已经出现了丢位的情况，进行丢位补偿；否则，只将当前码流作为错误比特处理；正文信息接收结束后，先进行4B3Y码的译码，然后对该7单元的4B3Y码进行英文或者符号的解码，根据码流特征进行字符解码，对于英文NAVTEX信息，至此，实现英文NAVTEX信息的解码；对于中文NAVTEX信息，首先也需要按照英文NAVTEX信息解码规则进行解码，得到相应的英文字母，然后在此基础上进行第二次译码，中文NAVTEX信息报文头部采用与国际NAVTEX信息一致的方式，从技术编码B1B2B3B4结束以后进入汉字译码；NAVTEX中文信息采用三个英文字母代表一个GB2312-1980规定的中文编码，而 GB2312-1980中一个中文采用区码加位码的表示方法，其中区码和位码取值在1_94之间， 通过建立英文字母与区、位码间的转换规则，进行中文信息的二次译码，实现中文NAVTEX 信息的解码，输出相应的信息。
全文摘要
本发明公开了一种基于DSTFT的NAVTEX解调器及解调方法，包括NAVTEX信号A/D采样模块、NAVTEX信号解调模块和NAVTEX信息解码模块。其中，NAVTEX信号A/D采样模块对NAVTEX信号进行双通道A/D采样和乒乓存储；NAVTEX信号解调模块对NAVTEX信号进行数字解调，得到相应码元；NAVTEX信息解码模块分别对中英文的NAVTEX信息进行解码，对码元进行丢位补偿，得到NAVTEX信息。本发明能解决以往NAVTEX模拟解调存在的电路复杂、升级较困难的问题，借用软件无线电技术能实现NAVTEX信号的数字解调，适用于采用软件无线电方法设计的NAVTEX接收机中。
文档编号H04B1/16GK102510292SQ201110300669
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月9日 优先权日2011年10月9日
发明者张正宇, 杨基鸿, 林利君, 金文光 申请人:宁波驰洋电子科技有限公司, 浙江大学