混有白噪聲的SOS信號(hào)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

西華師范大學(xué)電子信息工程學(xué)院 楊 湲 肖順文 易 歡 李怡琳

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混有白噪聲的SOS信號(hào)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

西華師范大學(xué)電子信息工程學(xué)院 楊 湲 肖順文 易 歡 李怡琳

【摘要】因?yàn)榛煊邪自肼暤腟OS信號(hào)不容易被檢測(cè)到，所以很難實(shí)現(xiàn)緊急救援，因此本設(shè)計(jì)的目的是對(duì)混有白噪聲的SOS信號(hào)進(jìn)行處理。首先檢測(cè)混合信號(hào)中是否含有SOS信號(hào)，其次將混合信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，再次對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行濾波處理，然后對(duì)濾波信號(hào)進(jìn)行同步操作，最后將同步信號(hào)解調(diào)出來(lái)。從電路的仿真看出，本設(shè)計(jì)能快速地、較高精度地將混有白噪聲的SOS信號(hào)識(shí)別出來(lái)，達(dá)到了設(shè)計(jì)的目的。

【關(guān)鍵詞】SOS信號(hào)；白噪聲；檢測(cè)；快速地

1　前言

由于在一些偏僻，或者人群較少的地方，當(dāng)人遇到危險(xiǎn)，或者處于危險(xiǎn)地境地，人們便會(huì)發(fā)出求救信號(hào)，但是SOS信號(hào)在傳輸過(guò)程中易受到周?chē)h(huán)境的影響，那么夾雜著噪聲的SOS信號(hào)便很難檢測(cè)到，于是很難實(shí)現(xiàn)緊急救援。因此對(duì)混有噪聲的SOS信號(hào)的檢測(cè)具有重大的意義。本設(shè)計(jì)的預(yù)期目的是能較高精度，較快的將SOS信號(hào)從噪聲中識(shí)別出來(lái)，并解調(diào)出SOS信號(hào)，體現(xiàn)本設(shè)計(jì)的通用性，實(shí)時(shí)性，及時(shí)性等優(yōu)點(diǎn)。

2　設(shè)計(jì)原理

本設(shè)計(jì)的SOS信號(hào)是由三長(zhǎng)三短三長(zhǎng)的數(shù)字信號(hào)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(cè)模塊采用文本設(shè)計(jì)，低通濾波器采用quartus與matlab相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)，即將matlab生成的濾波系數(shù)導(dǎo)入到QUARTUS 的FIR IP CORE里面［2，3］，調(diào)制解調(diào)采用文獻(xiàn)［4］的設(shè)計(jì)，數(shù)字鎖相環(huán)采用文獻(xiàn)［5］的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中將白噪聲和SOS信號(hào)通過(guò)或門(mén)進(jìn)行混合，輸出混合信號(hào)，檢測(cè)模塊判斷輸入的信號(hào)是否是含有白噪聲的SOS信號(hào)，若不是則舍棄，輸出0；若是，則調(diào)用調(diào)制模塊進(jìn)行FSK調(diào)制，然后將調(diào)制信號(hào)通過(guò)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(hào)輸入到鎖相環(huán)，實(shí)現(xiàn)位同步，最后將同步信號(hào)輸出到解調(diào)模塊，輸出解調(diào)信號(hào)［6］。

3　電路整體結(jié)構(gòu)

本設(shè)計(jì)的電路整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，clk為時(shí)鐘信號(hào)，load為加載信號(hào)，clk輸入到SOS信號(hào)產(chǎn)生模塊，輸出SOS信號(hào)，clk，load輸入到白噪聲產(chǎn)生模塊，輸出白噪聲信號(hào)，將SOS信號(hào)與白噪聲信號(hào)相疊加，輸出混合信號(hào)，檢測(cè)模塊對(duì)混合信號(hào)進(jìn)行判斷識(shí)別，若為混有白噪聲的基帶信號(hào)，則輸入到調(diào)制模塊，調(diào)制模塊對(duì)混合信號(hào)進(jìn)行FSK調(diào)制，然后輸出調(diào)制信號(hào)，濾波模塊的功能是將調(diào)制信號(hào)中混有的一部分噪聲和高頻信號(hào)濾除，然后輸出濾波信號(hào)，濾波信號(hào)經(jīng)鎖相環(huán)輸出同步信號(hào)，最后將同步信號(hào)輸出到解調(diào)模塊，輸出解調(diào)信號(hào)。

圖1　整體電路結(jié)構(gòu)

4　仿真模塊及硬件電路

4.1各功能仿真模塊

4.1.1SOS信號(hào)產(chǎn)生模塊設(shè)計(jì)

SOS信號(hào)產(chǎn)生模塊如圖2所示，clk為輸入的100MHz的時(shí)鐘信號(hào)，q4為輸出的SOS信號(hào)。

圖2　SOS信號(hào)產(chǎn)生模塊

圖3 噪聲模塊

4.1.2噪聲模塊設(shè)計(jì)

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(hào)，q為輸出的噪聲信號(hào)。

4.1.3檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)

檢測(cè)模塊如圖4所示，fin為輸入的混合信號(hào)，outt為輸出的檢測(cè)信號(hào)。

圖4　檢測(cè)模塊

4.1.4濾波器模塊設(shè)計(jì)

濾波器模塊如圖5所示，本設(shè)計(jì)的濾波器是截止頻率為26MHz 的21階的低通濾波器，調(diào)用quartus內(nèi)部的IP CORE ，通過(guò)matlab的fdatool便可生成21階的濾波參數(shù)。然后將濾波參數(shù)進(jìn)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(dǎo)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(shí)序確定。在時(shí)序仿真時(shí)，reset_n設(shè)置為“1”，ast_sink_data［15..0］設(shè)置為“0”，ast_sink_valid設(shè)置為“1”，ast_source_ready設(shè)置為“1”，ast_sink_error［1..0］設(shè)置為“0”，out為輸出的濾波信號(hào)［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(shè)計(jì)

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

圖7　整體電路結(jié)構(gòu)

圖8　仿真結(jié)果

4.2硬件電路

整體電路如圖7所示，jietiao為輸出的解調(diào)信號(hào)。

5　仿真結(jié)果

仿真結(jié)果如圖8所示，從仿真圖看出，本設(shè)計(jì)能夠快速的將SOS信號(hào)從噪聲中分辨出來(lái)，并通過(guò)濾波、同步能較高精度地將SOS信號(hào)解調(diào)出來(lái)。

6　結(jié)論

本設(shè)計(jì)是對(duì)混有噪聲的SOS信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，從仿真結(jié)果看出，系統(tǒng)能夠快速的將SOS信號(hào)識(shí)別出來(lái)，并且識(shí)別精度較高，使得系統(tǒng)具有及時(shí)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(xiǎn)時(shí)發(fā)出SOS信號(hào)的環(huán)境，使得系統(tǒng)又具有通用性，實(shí)時(shí)性。

參考文獻(xiàn)

［1］段吉海，黃智偉.數(shù)字通信系統(tǒng)建模與設(shè)計(jì)［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(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.電子設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)［D］.長(zhǎng)春：長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)，2011.

［4］楊湲，肖順文，鄒貴祥，易歡，李怡琳.基于FPGA的FSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.數(shù)字技術(shù)與應(yīng)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(shí)現(xiàn)［J］.樂(lè)山師院學(xué)報(bào)，2016.

［6］楊小牛，樓才義，徐建良，軟件無(wú)線電技術(shù)與應(yīng)用［M］.北京：北京理工大學(xué)出版社，2010.

作者簡(jiǎn)介：

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

基金項(xiàng)目：四川省教育廳科研基金重點(diǎn)項(xiàng)目（15ZA0145）。