基于FPGA的气象传真图数字化系统的制作方法

本发明涉及的是一种数字化调理电路，特别涉及一种气象传真图像数字化解调电路。

背景技术：

气象图是一张在特制的底图上填有各个地区在同一时刻的气象观测记录、并且能够反映一定区域内天气情况的图。作为用来观察、研究和监视天气系统发生、发展、演变及移动等情况的重要工具，气象台或气象站通常绘制地面天气图、高空天气图及各种辅助图，用以帮助各个领域的正常生产及工作。在船舶海上航行方便，利用气象传真机,可接收到各种天气图。根据中华人民共和国港务监督局制定的《气象传真天气图分析》，海船船员适任评估大纲的要求和船上实际工作需要。

为了保证船舶的安全航行，世界气象组织(WMO)要求各个国家在船舶上安装气象传真接收机，并且将全球服务网划分成八个区域，用于相互交流并收集各种气象资料。气象传真广播台站定频定时的发送气象图表，将可靠的气象资料发送到航行在任何海域上的船舶。船舶用气象传真接收设备，可以及时方便地得到内容丰富的海洋气象情报。而海运部门通过对接收到的众多种类的气象传真图进行总和，可以加大对大洋中风暴的形成、演变及移动路径的分析和追踪，从而更有力保障船舶的航行安全。

21世纪是一个知识爆炸的世纪。新产品、新技术层出不穷，电子技术的发展更是日新月异。可以毫不夸张的说，电子技术的应用无处不在，电子技术正在不断地改变我们的生活，改变着我们的世界。相比于本设计，我国之前的气象传真机产品及其相关技术水平相对落后，随着我国无线电技术和数字信号处理技术的进步，应用FPGA技术的气象传真机已经成为了一种趋势。

技术实现要素：

本设计利用FPGA进行对气场传真机数字化模块的设计，利用FPGA编程简易，灵活性大，所以通过对FPGA的编程来灵活实现对数据的采集和处理，提高了气象传真系统的灵活性和容错率，使系统更迅速的完成对气象图的接收和解调处理。

本发明是这样实现的：

一种基于FPGA的气象传真图数字化系统，其特征在于：包括以下部分：低通滤波电路、ADC外围及其控制电路、FPGA外围电路、前端控制电路、上位机、FPGA电路；低通滤波器和ADC电路相连，AD转换电路与FPGA电路互连，FPGA电路和上位机通过双口RAM相连，前端控制电路与FPGA电路相连。

所述低通滤波器和ADC电路相连，主要是将接收到的图像模拟信号，经过电容将直流信号隔离，再对信号进行限幅，使输入的信号的电压值限制在规定的范围内；然后经过运放电路得到两个相位相差180º的信号，并输入AD模块。

所述AD转换电路与FPGA电路互连，主要是将输入的模拟信号转换成数字信号；FPGA将控制字通过控制口写入AD芯片中，AD芯片根据FPGA设置的工作模式，将转换的数据按照一定的形式传入FPGA中。

所述FPGA电路和上位机通过双口RAM相连，接收上位机发送的指令，编写控制字控制前端电路采集相应的信号；然后通过SPI将控制字写入AD，控制的AD工作模式，使其进行模数转换后，通过I/O模拟地址线数据线，接收AD芯片转换的图像信号；之后将AD转换后的图像信号进行FIR滤波和差分检波解调，最后将解调后的图像信号传入双口RAM，等待上位机从双口RAM提取图像。

所述前端控制电路与FPGA电路相连，负责控制射频前端电路信号的接收，首先通过频段选择，确定频段，再通过DDS频率控制字的发送，控制AD9852，输出相应的第一本振频率；前端电路根据频段的选择，和频段内第一本振频率的大小，使天线选择相应频率的信号进行接收。

本发明的优点：

（1）本发明利用FPGA进行对气场传真机数字化模块的设计，利用FPGA编程简易，灵活性大，所以通过对FPGA的编程来灵活实现对数据的采集和处理。

（2）本发明提高气象传真系统的灵活性和容错率，使系统更迅速的完成对气象图的接收和解调处理。

附图说明

图1为气象传真机原理框图。

图2为本发明的原理框图。

图3为本发明的电源电路。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

实施例1

结合图1，图1是气象传真机原理框图。气象传真通信，通常由三部分组成，即发送端、通信通道和接收端。其工作是接收端通过通信通道，接收发送端发送的信号，并最终将其不失真地显示。

其具体的工作过程如下：

首先，在气象传真通信的发送端，将气象传真图进行光电转换，调频，载波等一系列的步骤将图像信号转换为高频载波传真信号，由发送端将信号发送出去

最后是接收端的工作。一般来说，接收端由前端控制装置和传真接收装置两部分组成。其中前端控制装置由带通滤波器、高放、混频、中放和拍频混频检波电路组成。通过天线，接收到气象传真高频载波信号，再利用混频将载波中包含的气象传真调频信号提取出来，即频移键控解调信号。而传真接收装置含有解调电路、控制电路、传真图像接收和记录装置。传真接收装置的作用是解调FSK气象传真调频信号，得到代表着像素点的直流脉冲电信号，即图像信号。最终通过与上位机的通信，还原为气象传真图像。本论文设计的是传真机的接收部分控制电路，即完成对FSK信号的解调、处理，储存。

实施例2

结合图2，图2为本发明的原理框图。基于FPGA的气象传真数字化系统包括以下部分：低通滤波电路、ADC外围及其控制电路、FPGA外围电路、前端控制电路、上位机、FPGA电路。

低通滤波器和ADC电路相连，主要是将接收到的图像模拟信号，经过电容将直流信号隔离，再对信号进行限幅，使输入的信号的电压值限制在规定的范围内。然后经过运放电路得到两个相位相差180º的信号，并输入AD模块。

AD转换电路与FPGA电路互连，主要是将输入的模拟信号转换成数字信号。FPGA将控制字通过控制口写入AD芯片中，AD芯片根据FPGA设置的工作模式，将转换的数据按照一定的形式传入FPGA中。

FPGA电路和上位机通过双口RAM相连，接收上位机发送的指令，编写控制字控制前端电路采集相应的信号。然后通过SPI将控制字写入AD，控制的AD工作模式，使其进行模数转换后，通过I/O模拟地址线数据线，接收AD芯片转换的图像信号。之后将AD转换后的图像信号进行FIR滤波和差分检波解调，最后将解调后的图像信号传入双口RAM，等待上位机从双口RAM提取图像。

前端控制电路与FPGA电路相连，负责控制射频前端电路信号的接收，首先通过频段选择，确定频段，再通过DDS频率控制字的发送，控制AD9852，输出相应的第一本振频率。前端电路根据频段的选择，和频段内第一本振频率的大小，使天线选择相应频率的信号进行接收。

实施例3

结合图3，图3为本发明的电源电路。电源电路用途在为包括FPGA内核，分压限幅电路的输入电压，放大电路，AD芯片供电等电路供电。电源电路分为5V电源，±12V电源，3.3V电源，1.2V电源四种电路介绍。在硬件中，五种电源电路的搭建原理为：外部供电电压24V，经过电压转换芯片之后，将24V电压转化成FPGA内核，分压限幅电路的输入电压，放大电路，AD芯片等模块所需的电压。