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        混有白噪聲的SOS信號實時處理系統(tǒng)設計

        2016-08-08 07:54:30西華師范大學電子信息工程學院肖順文李怡琳
        電子世界 2016年13期
        關鍵詞:檢測

        西華師范大學電子信息工程學院 楊 湲 肖順文 易 歡 李怡琳

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        混有白噪聲的SOS信號實時處理系統(tǒng)設計

        西華師范大學電子信息工程學院 楊 湲 肖順文 易 歡 李怡琳

        【摘要】因為混有白噪聲的SOS信號不容易被檢測到,所以很難實現(xiàn)緊急救援,因此本設計的目的是對混有白噪聲的SOS信號進行處理。首先檢測混合信號中是否含有SOS信號,其次將混合信號進行調制,再次對調制信號進行濾波處理,然后對濾波信號進行同步操作,最后將同步信號解調出來。從電路的仿真看出,本設計能快速地、較高精度地將混有白噪聲的SOS信號識別出來,達到了設計的目的。

        【關鍵詞】SOS信號;白噪聲;檢測;快速地

        1 前言

        由于在一些偏僻,或者人群較少的地方,當人遇到危險,或者處于危險地境地,人們便會發(fā)出求救信號,但是SOS信號在傳輸過程中易受到周圍環(huán)境的影響,那么夾雜著噪聲的SOS信號便很難檢測到,于是很難實現(xiàn)緊急救援。因此對混有噪聲的SOS信號的檢測具有重大的意義。本設計的預期目的是能較高精度,較快的將SOS信號從噪聲中識別出來,并解調出SOS信號,體現(xiàn)本設計的通用性,實時性,及時性等優(yōu)點。

        2 設計原理

        本設計的SOS信號是由三長三短三長的數(shù)字信號模擬,噪聲采用白噪聲代替,白噪聲是由頻譜均勻分布的M序列模擬[1],檢測模塊采用文本設計,低通濾波器采用quartus與matlab相結合的方法實現(xiàn),即將matlab生成的濾波系數(shù)導入到QUARTUS 的FIR IP CORE里面[2,3],調制解調采用文獻[4]的設計,數(shù)字鎖相環(huán)采用文獻[5]的設計。設計中將白噪聲和SOS信號通過或門進行混合,輸出混合信號,檢測模塊判斷輸入的信號是否是含有白噪聲的SOS信號,若不是則舍棄,輸出0;若是,則調用調制模塊進行FSK調制,然后將調制信號通過低通濾波器,濾除一部分噪聲和高頻成分,然后再將濾波輸出信號輸入到鎖相環(huán),實現(xiàn)位同步,最后將同步信號輸出到解調模塊,輸出解調信號[6]。

        3 電路整體結構

        本設計的電路整體結構如圖1所示,clk為時鐘信號,load為加載信號,clk輸入到SOS信號產生模塊,輸出SOS信號,clk,load輸入到白噪聲產生模塊,輸出白噪聲信號,將SOS信號與白噪聲信號相疊加,輸出混合信號,檢測模塊對混合信號進行判斷識別,若為混有白噪聲的基帶信號,則輸入到調制模塊,調制模塊對混合信號進行FSK調制,然后輸出調制信號,濾波模塊的功能是將調制信號中混有的一部分噪聲和高頻信號濾除,然后輸出濾波信號,濾波信號經鎖相環(huán)輸出同步信號,最后將同步信號輸出到解調模塊,輸出解調信號。

        圖1 整體電路結構

        4 仿真模塊及硬件電路

        4.1各功能仿真模塊

        4.1.1SOS信號產生模塊設計

        SOS信號產生模塊如圖2所示,clk為輸入的100MHz的時鐘信號,q4為輸出的SOS信號。

        圖2 SOS信號產生模塊

        圖3 噪聲模塊

        4.1.2噪聲模塊設計

        噪聲由頻譜均勻分布的M序列模擬[1],功能模塊如圖3所示,load為加載信號,q為輸出的噪聲信號。

        4.1.3檢測模塊設計

        檢測模塊如圖4所示,fin為輸入的混合信號,outt為輸出的檢測信號。

        圖4 檢測模塊

        4.1.4濾波器模塊設計

        濾波器模塊如圖5所示,本設計的濾波器是截止頻率為26MHz 的21階的低通濾波器,調用quartus內部的IP CORE ,通過matlab的fdatool便可生成21階的濾波參數(shù)。然后將濾波參數(shù)進行量化,量化后的濾波系數(shù)為:-27,-18,23,60,38,-49,-128,-49,-87,126,431,655,655,431,126 ,-87,-128,-49,38,60,23,-18,-27,將量化后的濾波系數(shù)導入到fir ip core里面,便可生成21階的低通濾波器,濾波器的有效輸出位是觀察matlab與quartus的仿真時序確定。在時序仿真時,reset_n設置為“1”,ast_sink_data[15..0]設置為“0”,ast_sink_valid設置為“1”,ast_source_ready設置為“1”,ast_sink_error[1..0]設置為“0”,out為輸出的濾波信號[2,3]。

        圖5 濾波器模塊

        圖6 鎖相環(huán)模塊

        4.1.5鎖相環(huán)模塊設計

        鎖相環(huán)模塊如圖6所示,fin為輸入信號,clkout為輸出的同步信號。鎖相環(huán)的功能是實現(xiàn)位同步,降低解調時的誤碼率。

        圖7 整體電路結構

        圖8 仿真結果

        4.2硬件電路

        整體電路如圖7所示,jietiao為輸出的解調信號。

        5 仿真結果

        仿真結果如圖8所示,從仿真圖看出,本設計能夠快速的將SOS信號從噪聲中分辨出來,并通過濾波、同步能較高精度地將SOS信號解調出來。

        6 結論

        本設計是對混有噪聲的SOS信號進行檢測,從仿真結果看出,系統(tǒng)能夠快速的將SOS信號識別出來,并且識別精度較高,使得系統(tǒng)具有及時性,精確性,穩(wěn)定性。此系統(tǒng)又可用于任何可能發(fā)生危險時發(fā)出SOS信號的環(huán)境,使得系統(tǒng)又具有通用性,實時性。

        參考文獻

        [1]段吉海,黃智偉.數(shù)字通信系統(tǒng)建模與設計[M].北京:電子工業(yè)出版社,2004.

        [2]阿依夏木·力提甫,趙惠昌,王丹琦.一種基于MATLAB及FPGA 的FIR低通濾波器的設計與實現(xiàn)[J].電子設計工程,2011,19(14):130-134.

        [3]馮毅思.基于FPGA和MATLAB的FIR濾波器的研究與設計[D].長春:長春工業(yè)大學,2011.

        [4]楊湲,肖順文,鄒貴祥,易歡,李怡琳.基于FPGA的FSK調制解調系統(tǒng)設計[J].數(shù)字技術與應用,2014.

        [5]楊湲,肖順文,鄒文輝,易歡,李怡琳.基于FPGA的快速數(shù)字鎖相環(huán)實現(xiàn)[J].樂山師院學報,2016.

        [6]楊小牛,樓才義,徐建良,軟件無線電技術與應用[M].北京:北京理工大學出版社,2010.

        作者簡介:

        楊湲(1991—),女,四川廣安人,西華師范大學電子信息工程學院碩士究生,主要從事軟件無線電、EDA、SOPC等應用技術方面的研究工作。

        通訊作者:

        肖順文(1970—),男,四川金堂人,西華師范大學電子信息工程學院教授,主要從事軟件無線電、EDA、SOPC等應用技術方面的研究工作。

        基金項目:四川省教育廳科研基金重點項目(15ZA0145)。

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