愛華網(wǎng)???? 船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)(AIS)是由國(guó)際海事組織(IMO)、國(guó)際助航設(shè)備和航標(biāo)協(xié)會(huì)(IALA)以及國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU-R)共同提出的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是一種新型的助航系統(tǒng)及設(shè)備。AIS在甚高頻(VHF)頻段上收發(fā)信息，用VHF CH87B(161.975MHz)、CH88B(162.025MHz)兩個(gè)國(guó)際專用頻道自動(dòng)發(fā)射和接收通信協(xié)議規(guī)定的GMSK信號(hào)，AIS同時(shí)在這兩個(gè)頻率上接收信息。 AIS接收機(jī)在接收頻道上將接收信號(hào)下變頻到中頻，然后通過AD進(jìn)行采樣，采樣信號(hào)進(jìn)行后端處理之前，需對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行濾波，以濾除信號(hào)噪聲。AIS接收機(jī)可采用專用集成芯片(如CMX910和CMX589)在零中頻實(shí)現(xiàn)，其缺點(diǎn)在于不利于功能擴(kuò)展和改進(jìn)。隨著FPGA功能的增強(qiáng)、容量的增大和價(jià)格的降低，可用單個(gè)FPGA實(shí)現(xiàn)整個(gè)AIS收發(fā)信機(jī)。 本文首先介紹AIS中頻數(shù)字接收機(jī)的結(jié)構(gòu)，然后對(duì)基于FPGA分布式算法的AIS接收濾波器實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述，并進(jìn)行仿真驗(yàn)證。 1 AIS中頻數(shù)字接收機(jī)結(jié)構(gòu) AIS中頻數(shù)字接收機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，AIS射頻前端將接收信號(hào)下變頻為中頻GMSK信號(hào)，通過AD采樣后，進(jìn)入FPGA進(jìn)行后端物理層上的處理，包括差分解調(diào)、低通濾波、位同步與采樣判決，最后通過NRZI解碼還原為二進(jìn)制發(fā)送數(shù)據(jù)幀。 圖1 AIS中頻數(shù)字接收機(jī)結(jié)構(gòu) AIS輸出的中頻信號(hào)帶寬為1MHz左右，經(jīng)AD采樣后在FPGA內(nèi)部進(jìn)行數(shù)字化濾波處理，以濾除信號(hào)帶外噪聲。因此，接收濾波器帶寬設(shè)計(jì)為1MHz，采用FIR結(jié)構(gòu)。 3 FIR濾波器的FPGA實(shí)現(xiàn) 按照傳統(tǒng)的線性FIR濾波器的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，本設(shè)計(jì)中的FIR低通濾波器的實(shí)現(xiàn)如圖2(a)所示。本設(shè)計(jì)對(duì)該結(jié)構(gòu)采用分布式算法，并對(duì)該算法進(jìn)行改進(jìn)，得到基于查找表的并行FIR濾波器實(shí)現(xiàn)方法，如圖2(b)所示。圖2(b)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)與圖2(a)結(jié)構(gòu)相同的FIR濾波器功能，由于采用并行結(jié)構(gòu)，其運(yùn)算速度更快，適合在FPGA實(shí)現(xiàn)。圖中，查找表LUT的尺寸和數(shù)據(jù)位寬由輸入數(shù)據(jù)和濾波器系數(shù)決定。本設(shè)計(jì)中，采用8位AD進(jìn)行采樣，輸入數(shù)據(jù)為8位有符號(hào)數(shù)。 圖2(a) 傳統(tǒng)線性FIR濾波器實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)(n=32) 圖2(b) 并行FIR濾波器實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu) 圖2(b)中的FIR濾波器按其功能結(jié)構(gòu)可劃分為多個(gè)功能模塊實(shí)現(xiàn)。包括并行時(shí)延模塊、加法器組、抽頭系數(shù)模塊和移位相加模塊等。 基于matlab設(shè)計(jì)的濾波系數(shù)，在Xilinx的集成開發(fā)環(huán)境ISE下利用Verilog語言分模塊實(shí)現(xiàn)圖2(b)所示的分布式并行FIR濾波器。用Modelsim進(jìn)行功能驗(yàn)證。仿真的輸入激勵(lì)信號(hào)是matlab算法驗(yàn)證時(shí)生成的經(jīng)過量化的0.5MHZ和2MHZ正弦波相疊加的信號(hào)，輸入5個(gè)周期的該信號(hào)進(jìn)行仿真，濾波結(jié)果如下圖所示： 圖3 FIR濾波器的仿真結(jié)果 為了直觀表示，用模擬波形來顯示濾波后恢復(fù)的信號(hào)。由圖可見，恢復(fù)出的信號(hào)為完整的正弦波，說明設(shè)計(jì)正確實(shí)現(xiàn)了功能。 結(jié) 語 接收濾波是AIS接收機(jī)的重要組成部分，本文結(jié)合基于FPGA的AIS數(shù)字接收機(jī)，基于分布式算法，借助matlab、ISE、modelsim等設(shè)計(jì)仿真工具對(duì)AIS中頻濾波算法進(jìn)行了設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。利用該方法設(shè)計(jì)的FIR濾波器，很好的利用了FPGA器件結(jié)構(gòu)的靈活性，可移植性好，在設(shè)計(jì)不同參數(shù)的濾波器時(shí)，只需改變查找表的內(nèi)容，即可設(shè)計(jì)出新的濾波器，并且將分布式算法和FPGA結(jié)合可以提高濾波運(yùn)算速度，是一種可靠的設(shè)計(jì)方法。 參考文獻(xiàn)
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