一種基于fpga的氣象傳真圖數(shù)字化模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種數(shù)字化調(diào)理電路，特別涉及一種氣象傳真圖像數(shù)字化解調(diào)電路。
【背景技術(shù)】
[0002]氣象圖是一張?jiān)谔刂频牡讏D上填有各個(gè)地區(qū)在同一時(shí)刻的氣象觀測(cè)記錄、并且能夠反映一定區(qū)域內(nèi)天氣情況的圖。作為用來(lái)觀察、研究和監(jiān)視天氣系統(tǒng)發(fā)生、發(fā)展、演變及移動(dòng)等情況的重要工具，氣象臺(tái)或氣象站通常繪制地面天氣圖、高空天氣圖及各種輔助圖，用以幫助各個(gè)領(lǐng)域的正常生產(chǎn)及工作。在船舶海上航行方便，利用氣象傳真機(jī)，可接收到各種天氣圖。根據(jù)中華人民共和國(guó)港務(wù)監(jiān)督局制定的《氣象傳真天氣圖分析》，海船船員適任評(píng)估大綱的要求和船上實(shí)際工作需要。
[0003]為了保證船舶的安全航行，世界氣象組織(WMO)要求各個(gè)國(guó)家在船舶上安裝氣象傳真接收機(jī)，并且將全球服務(wù)網(wǎng)劃分成八個(gè)區(qū)域，用于相互交流并收集各種氣象資料。氣象傳真廣播臺(tái)站定頻定時(shí)的發(fā)送氣象圖表，將可靠的氣象資料發(fā)送到航行在任何海域上的船舶。船舶用氣象傳真接收設(shè)備，可以及時(shí)方便地得到內(nèi)容豐富的海洋氣象情報(bào)。而海運(yùn)部門通過對(duì)接收到的眾多種類的氣象傳真圖進(jìn)行總和，可以加大對(duì)大洋中風(fēng)暴的形成、演變及移動(dòng)路徑的分析和追蹤，從而更有力保障船舶的航行安全。
[0004]21世紀(jì)是一個(gè)知識(shí)爆炸的世紀(jì)。新產(chǎn)品、新技術(shù)層出不窮，電子技術(shù)的發(fā)展更是日新月異?？梢院敛豢鋸埖恼f(shuō)，電子技術(shù)的應(yīng)用無(wú)處不在，電子技術(shù)正在不斷地改變我們的生活，改變著我們的世界。相比于本設(shè)計(jì)，我國(guó)之前的氣象傳真機(jī)產(chǎn)品及其相關(guān)技術(shù)水平相對(duì)落后，隨著我國(guó)無(wú)線電技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的進(jìn)步，應(yīng)用FPGA技術(shù)的氣象傳真機(jī)已經(jīng)成為了一種趨勢(shì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本設(shè)計(jì)利用FPGA進(jìn)行對(duì)氣場(chǎng)傳真機(jī)數(shù)字化模塊的設(shè)計(jì)，利用FPGA編程簡(jiǎn)易，靈活性大，所以通過對(duì)FPGA的編程來(lái)靈活實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的采集和處理，提高了氣象傳真系統(tǒng)的靈活性和容錯(cuò)率，使系統(tǒng)更迅速的完成對(duì)氣象圖的接收和解調(diào)處理。
[0006]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0007]電路以FPGA為核心控制器，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換和FPGA解調(diào)后將圖像數(shù)據(jù)存入雙口RAM。具體電路包括:低通濾波電路，ADC外圍及其控制電路，F(xiàn)PGA外圍電路，前端控制電路。
[0008]本發(fā)明還包括:
[0009](I)低通濾波器的作用主要是將接收到的圖像模擬信號(hào)，經(jīng)過電容將直流信號(hào)隔離，再對(duì)信號(hào)進(jìn)行限幅，使輸入的信號(hào)的電壓值限制在規(guī)定的范圍內(nèi)。然后經(jīng)過運(yùn)放電路得到兩個(gè)相位相差180°的信號(hào)，并輸入AD模塊。
[0010](2)AD轉(zhuǎn)換電路的作用主要是將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。FPGA將控制字通過控制口寫入AD芯片中，AD芯片根據(jù)FPGA設(shè)置的工作模式，將轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)按照一定的形式傳入FPGA中。
[0011](3)FPGA首先接收上位機(jī)發(fā)送的指令，編寫控制字控制前端電路采集相應(yīng)的信號(hào)。然后通過SPI將控制字寫入AD，控制的AD工作模式，使其進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，通過I/O模擬地址線數(shù)據(jù)線，接收AD芯片轉(zhuǎn)換的圖像信號(hào)。之后將AD轉(zhuǎn)換后的圖像信號(hào)進(jìn)行FIR濾波和差分檢波解調(diào)，最后將解調(diào)后的圖像彳目號(hào)傳入雙口 RAM,等待上位機(jī)從雙口 RAM提取圖像。
[0012](4)前端控制電路負(fù)責(zé)控制射頻前端電路信號(hào)的接收，首先通過頻段選擇，確定頻段，再通過DDS頻率控制字的發(fā)送，控制AD9852，輸出相應(yīng)的第一本振頻率。前端電路根據(jù)頻段的選擇，和頻段內(nèi)第一本振頻率的大小，使天線選擇相應(yīng)頻率的信號(hào)進(jìn)行接收。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
[0014](I)利用FPGA進(jìn)行對(duì)氣場(chǎng)傳真機(jī)數(shù)字化模塊的設(shè)計(jì)，利用FPGA編程簡(jiǎn)易，靈活性大，所以通過對(duì)FPGA的編程來(lái)靈活實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的采集和處理。
[0015](2)提高氣象傳真系統(tǒng)的靈活性和容錯(cuò)率，使系統(tǒng)更迅速的完成對(duì)氣象圖的接收和解調(diào)處理。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為氣象傳真機(jī)原理框圖；
[0017]圖2為本發(fā)明的原理框圖；
[0018]圖3為本發(fā)明的電源電路。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述:
[0020]結(jié)合圖1，圖1是氣象傳真機(jī)原理框圖。氣象傳真通信，通常由三部分組成，即發(fā)送端、通信通道和接收端。其工作是接收端通過通信通道，接收發(fā)送端發(fā)送的信號(hào)，并最終將其不失真地顯示。
[0021]其具體的工作過程如下:
[0022]首先，在氣象傳真通信的發(fā)送端，將氣象傳真圖進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，調(diào)頻，載波等一系列的步驟將圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換為高頻載波傳真信號(hào)，由發(fā)送端將信號(hào)發(fā)送出去
[0023]最后是接收端的工作。一般來(lái)說(shuō)，接收端由前端控制裝置和傳真接收裝置兩部分組成。其中前端控制裝置由帶通濾波器、高放、混頻、中放和拍頻混頻檢波電路組成。通過天線，接收到氣象傳真高頻載波信號(hào)，再利用混頻將載波中包含的氣象傳真調(diào)頻信號(hào)提取出來(lái)，即頻移鍵控解調(diào)信號(hào)。而傳真接收裝置含有解調(diào)電路、控制電路、傳真圖像接收和記錄裝置。傳真接收裝置的作用是解調(diào)FSK氣象傳真調(diào)頻信號(hào)，得到代表著像素點(diǎn)的直流脈沖電信號(hào)，即圖像信號(hào)。最終通過與上位機(jī)的通信，還原為氣象傳真圖像。本論文設(shè)計(jì)的是傳真機(jī)的接收部分控制電路，即完成對(duì)FSK信號(hào)的解調(diào)、處理，儲(chǔ)存。
[0024]結(jié)合圖2，圖2為本發(fā)明的原理框圖。根據(jù)工程需要，設(shè)計(jì)氣象傳真機(jī)圖像數(shù)字化解調(diào)電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)載波為16.29KHz±400Hz，基帶為O?1.2kHz傳真圖像信號(hào)的解調(diào)。電路以FPGA為核心控制器，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換和FPGA解調(diào)后將圖像數(shù)據(jù)存入雙口 RAM。具體電路包括:低通濾波電路，ADC外圍及其控制電路，F(xiàn)PGA外圍電路，前端控制電路。
[0025]結(jié)合圖3，圖3為本發(fā)明的電源電路。電源電路用途在為包括FPGA內(nèi)核，分壓限幅電路的輸入電壓，放大電路，AD芯片供電等電路供電。電源電路分為5V電源，+12V電源，3.3V電源，1.2V電源四種電路介紹。在硬件中，五種電源電路的搭建原理為:外部供電電壓24V，經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)換芯片之后，將24V電壓轉(zhuǎn)化成FPGA內(nèi)核，分壓限幅電路的輸入電壓，放大電路，AD芯片等模塊所需的電壓。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于FPGA的氣象傳真圖數(shù)字化模塊，其組成包括:低通濾波電路，ADC外圍及其控制電路，F(xiàn)PGA外圍電路，前端控制電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FPGA的氣象傳真圖數(shù)字化模塊，其特征是:圖像模擬信號(hào)經(jīng)過電容將直流信號(hào)隔離，再對(duì)信號(hào)進(jìn)行限幅，使輸入的信號(hào)的電壓值限制在規(guī)定的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于FPGA的氣象傳真圖數(shù)字化模塊，其特征是:FPGA將控制字通過控制口寫入AD芯片中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于FPGA的氣象傳真圖數(shù)字化模塊，其特征是:FPGA首先接收上位機(jī)發(fā)送的指令，編寫控制字控制前端電路采集相應(yīng)的信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于FPGA的氣象傳真圖數(shù)字化模塊，其特征是:前端電路根據(jù)頻段的選擇，和頻段內(nèi)第一本振頻率的大小，使天線選擇相應(yīng)頻率的信號(hào)進(jìn)行接收。
【專利摘要】本發(fā)明涉及的是一種數(shù)字化調(diào)理電路，特別涉及一種氣象傳真圖像數(shù)字化解調(diào)電路。本發(fā)明利用FPGA進(jìn)行對(duì)氣場(chǎng)傳真機(jī)數(shù)字化模塊的設(shè)計(jì)，利用FPGA編程簡(jiǎn)易，靈活性大，所以通過對(duì)FPGA的編程來(lái)靈活實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的采集和處理，提高了氣象傳真系統(tǒng)的靈活性和容錯(cuò)率，使系統(tǒng)更迅速的完成對(duì)氣象圖的接收和解調(diào)處理。
【IPC分類】H04N1-32
【公開號(hào)】CN104660857
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310594622
【發(fā)明人】孫艷波, 白露
【申請(qǐng)人】哈爾濱功成科技創(chuàng)業(yè)投資有限公司
【公開日】2015年5月27日
【申請(qǐng)日】2013年11月22日