漢字NAVTEX接收機是一個調(diào)諧在490/518kHz的能夠自動接收并打印漢字P英文兩種形式的航行警告、氣象信息和緊急信息的裝置。它是海上人命安全公約規(guī)定的船舶必須裝備的一種無線電設(shè)備。當(dāng)前的NAVTEX系統(tǒng)接收功能主要是由模擬器件組成的硬件電路來完成，而且接收機受體積所限，濾波器很少，其抗干擾分辨性能相當(dāng)有限，對工作頻帶內(nèi)的窄帶干擾無能為力，模擬電路異常的復(fù)雜，難以實現(xiàn)提高設(shè)備的性能和增強設(shè)備的功能。在這里提出基于DSP的新型NAVTEX接收機的設(shè)計。采用DSP技術(shù)和軟件無線電技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)字濾波解調(diào)與自檢等功能，方便地提高了設(shè)備的性能和增強了設(shè)備的功能，并詳細進行了算法研究和DSP實現(xiàn)及實驗結(jié)果。

　　NAVTEX接收機的工作原理與信號特點

　　信號特點

　　NAVTEX系統(tǒng)通信線路所使用的頻段有中波(518kHz和490kHz)或中短波(4209.5kHz)。它先是進行2FSK把數(shù)據(jù)信號變成音頻信號，其中心頻率為117kHz，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)為高電平時，2FSK信號的頻率為1.615kHz，反之，2FSK信號的頻率為1.785kHz。然后用這個音頻信號去調(diào)制490kHz(或者其他頻率)的射頻，通過無線信道傳輸?shù)浇邮斩恕Ｐ畔⒃趥鬏斶^程中，一方面受到信道衰落的影響，另一方面受到噪聲的干擾。通信性能的優(yōu)劣很大程度上取決于接收機的性能，而信道特性不理想及信道中噪聲的存在很大程度上直接作用于接收端。

　　接收機工作原理

　　漢字NAVTEX接收機包括接收天線、射頻接收單元、信息處理單元、打印單元、顯示單元、電源這幾部分，它的原理框圖如圖1所示。

　　信號經(jīng)天線接收以后送到射頻接收單元，在射頻接收單元完成信號的解調(diào)。解調(diào)后的數(shù)字信號送入信息處理單元。在信息處理單元里完成糾錯編碼、譯碼等功能。然后由打印單元打印出來。操作過程的響應(yīng)由顯示單元來實現(xiàn)。

　　新型NAVTEX系統(tǒng)接收機的設(shè)計

　　本設(shè)計主要改進了接收機的射頻接收單元，使其數(shù)字化，使電路簡單，能夠方便的提高設(shè)備性能和完善設(shè)備的功能。當(dāng)前使用的NAVTEX接收機的模擬電路異常復(fù)雜，要達到需要的精度使接收機占用的體積過大，并且對性能的提高和增加新的功能難以實現(xiàn)。本設(shè)計使NAVTEX接收機小型化、模塊化、數(shù)字化和軟件化。

　　硬件設(shè)計:

　　當(dāng)傳輸漢字的NAVTEX信息的時候一般在490kHz或4209.5kHz的頻率上傳輸，而英文的NAVTEX信息載頻為518kHz。對于490kHz和518kHz的信號可以直接接收經(jīng)APD轉(zhuǎn)換送入DSP進行處理，對于4209.5kHz頻率的中短波要先下變頻至490kHz，然后做同樣處理即可。

　　硬件設(shè)計主要包括模擬前端的設(shè)計、APD轉(zhuǎn)換、DSP處理單元、控制單元和信息處理單元，主要框圖如圖2所示。

　　模擬前端和信息處理單元的設(shè)計和當(dāng)前的NAVTEX接收機一樣，在這里也不多述。

　　DSP處理單元是新型NAVTEX接收機設(shè)計的關(guān)鍵，它接收控制單元的控制命令，然后進行匹配濾波、放大、信道濾波、信道均衡、定時提取、解調(diào)。還要產(chǎn)生自檢信號完成自檢功能。信道噪聲是影響接收機誤碼率的一個重要因素，對數(shù)字信號在接收端進行匹配濾波可以使得信噪比達到最佳。定時提取與載波回復(fù)是接收機中最為關(guān)鍵的部分，它主要完成最佳抽樣點的捕獲，收發(fā)碼元頻差的跟蹤、獲取頻波頻率和調(diào)整載波相差。在這里可采用數(shù)字鎖相環(huán)來實現(xiàn)。由于信道的非線性畸變和線性畸變，在接收機中需要加入均衡器來實現(xiàn)對失真信道的補償。在DSP處理單元產(chǎn)生2FSK的自檢信號，用來完成自檢功能，檢驗接收機的接收信道工作是否正常。當(dāng)前的自檢電路主要是由74HC4060及外圍電路組成，在這里直接在DSP中產(chǎn)生自檢信號然后有控制單元決定是否送回輸入端進行自檢，完成了自檢功能。輸入的信號解調(diào)以后輸出到信息處理單元，結(jié)束信號接收過程。

　　算法實現(xiàn)

　　在本設(shè)計中自檢信號的產(chǎn)生可以在中斷中完成，濾波、解調(diào)在主程序中完成。主程序的流程圖如圖3所示。

　　為了完成信號的接收，需要對信號進行濾波、解調(diào)、放大和自檢時輸入信號的產(chǎn)生等多項功能。由于它受DSP運算速度的限制，它必須有DSP能夠?qū)崟r運行的計算有效的算法。

　　自檢時輸入信號的產(chǎn)生

　　自檢時輸入信號為2FSK信號即移頻鍵控，它的基本原理是:當(dāng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為0時發(fā)送信號cosω1t，當(dāng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為1時發(fā)送信號cosω2t。所以產(chǎn)生自檢信號的關(guān)鍵是產(chǎn)生正弦P余弦波形。在這里利用數(shù)字振蕩器，用迭代方法產(chǎn)生正弦信號。原理比較簡單在這里就不詳述。

　　信號的解調(diào)

　　NAVTEX系統(tǒng)采用的是2FSK調(diào)制，F(xiàn)SK解調(diào)有相干解調(diào)和非相干解調(diào)，由于相干解調(diào)要求設(shè)置與發(fā)送設(shè)備中的高頻載波同頻同相的本地參考載波，使設(shè)備復(fù)雜，因此在這里采用了一種新的非相干解調(diào)算法:正交自延時FSK解調(diào)算法。

　　該算法的原理圖如圖4所示。

　　NAVEX系統(tǒng)的2FSK信號表達式為:

　　S(t)=cos[(ωc±δw)•t+φ](1)
　　S(t)與其自延信號S(t-τ)的乘積為:
　　cos[2•(ωc±δw)]•t-(ωc±δw)•τ+2•φ]+cos[(ωc±δw)•τ](2)
　　令τ滿足ωc•τ=π/2，則(2)式經(jīng)低通濾波以后為:±sin(δw*τ)
　　這樣就可以根據(jù)濾波結(jié)果的符號判斷發(fā)送信號的值:負號表示發(fā)送信號為0，正好表示發(fā)送信號為1。

　　由于τ是小數(shù)倍延時，所以還要通過一個單零點的FIR濾波器來實現(xiàn)。濾波器的差分方程為:y(n)=X(n)+βX(n-1)，β可以計算出來。

　　該信號的波特率為100Hz，采樣率為3400Hz，則在每一個波特率周期內(nèi)的采樣點數(shù)為34。

　　設(shè)S，DT1是連續(xù)存儲器位置變量，且令:
　　DT1=cos[(ωc±δw)•(n-1)T+φ]
　　DT=cos[(ωc±δw)•(n-α)T+φ]0<α<1
　　則有:DT=S+βDT1
　　2FSK解調(diào)算法的流程如圖5所示。

　　LPFOUT低通濾波輸出;

　　PJMX包絡(luò)檢波器的判決門限;

　　SADAT當(dāng)前波特率周期內(nèi)采樣點的數(shù)據(jù)估計;

　　SADCT當(dāng)前波特率周期內(nèi)采樣點的計數(shù);

　　BFDAT前一個波特率周期的數(shù)據(jù)估計;

　　STWDDSP送入MCU的狀態(tài)字;

　　DCT設(shè)定的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變發(fā)生的條件;

　　CNTR根據(jù)它的值判斷是不是對BFDAT取反。

　　結(jié)論

　　本設(shè)計誤碼率10-3以下，滿足NAVTEX系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)的要求。在此設(shè)計的基礎(chǔ)上還可增加多模無線電導(dǎo)航功能，使其同我國現(xiàn)有的Loran-C導(dǎo)航系統(tǒng)、北斗導(dǎo)航系統(tǒng)構(gòu)成全方位的無線導(dǎo)航系統(tǒng)。同時還可以利用軟件化體系結(jié)構(gòu)使其智能化的處理安全信息、導(dǎo)航信息，有了更大的靈活度。