混有白噪声的SOS信号实时处理系统设计

西华师范大学电子信息工程学院 杨 湲 肖顺文 易 欢 李怡琳



混有白噪声的SOS信号实时处理系统设计

西华师范大学电子信息工程学院 杨 湲 肖顺文 易 欢 李怡琳

【摘要】因为混有白噪声的SOS信号不容易被检测到，所以很难实现紧急救援，因此本设计的目的是对混有白噪声的SOS信号进行处理。首先检测混合信号中是否含有SOS信号，其次将混合信号进行调制，再次对调制信号进行滤波处理，然后对滤波信号进行同步操作，最后将同步信号解调出来。从电路的仿真看出，本设计能快速地、较高精度地将混有白噪声的SOS信号识别出来，达到了设计的目的。

【关键词】SOS信号；白噪声；检测；快速地

1　前言

由于在一些偏僻，或者人群较少的地方，当人遇到危险，或者处于危险地境地，人们便会发出求救信号，但是SOS信号在传输过程中易受到周围环境的影响，那么夹杂着噪声的SOS信号便很难检测到，于是很难实现紧急救援。因此对混有噪声的SOS信号的检测具有重大的意义。本设计的预期目的是能较高精度，较快的将SOS信号从噪声中识别出来，并解调出SOS信号，体现本设计的通用性，实时性，及时性等优点。

2　设计原理

本设计的SOS信号是由三长三短三长的数字信号模拟，噪声采用白噪声代替，白噪声是由频谱均匀分布的M序列模拟［1］，检测模块采用文本设计，低通滤波器采用quartus与matlab相结合的方法实现，即将matlab生成的滤波系数导入到QUARTUS 的FIR IP CORE里面［2，3］，调制解调采用文献［4］的设计，数字锁相环采用文献［5］的设计。设计中将白噪声和SOS信号通过或门进行混合，输出混合信号，检测模块判断输入的信号是否是含有白噪声的SOS信号，若不是则舍弃，输出0；若是，则调用调制模块进行FSK调制，然后将调制信号通过低通滤波器，滤除一部分噪声和高频成分，然后再将滤波输出信号输入到锁相环，实现位同步，最后将同步信号输出到解调模块，输出解调信号［6］。

3　电路整体结构

本设计的电路整体结构如图1所示，clk为时钟信号，load为加载信号，clk输入到SOS信号产生模块，输出SOS信号，clk，load输入到白噪声产生模块，输出白噪声信号，将SOS信号与白噪声信号相叠加，输出混合信号，检测模块对混合信号进行判断识别，若为混有白噪声的基带信号，则输入到调制模块，调制模块对混合信号进行FSK调制，然后输出调制信号，滤波模块的功能是将调制信号中混有的一部分噪声和高频信号滤除，然后输出滤波信号，滤波信号经锁相环输出同步信号，最后将同步信号输出到解调模块，输出解调信号。

图1　整体电路结构

4　仿真模块及硬件电路

4.1各功能仿真模块

4.1.1SOS信号产生模块设计

SOS信号产生模块如图2所示，clk为输入的100MHz的时钟信号，q4为输出的SOS信号。

图2　SOS信号产生模块

图3 噪声模块

4.1.2噪声模块设计

噪声由频谱均匀分布的M序列模拟［1］，功能模块如图3所示，load为加载信号，q为输出的噪声信号。

4.1.3检测模块设计

检测模块如图4所示，fin为输入的混合信号，outt为输出的检测信号。

图4　检测模块

4.1.4滤波器模块设计

滤波器模块如图5所示，本设计的滤波器是截止频率为26MHz 的21阶的低通滤波器，调用quartus内部的IP CORE ，通过matlab的fdatool便可生成21阶的滤波参数。然后将滤波参数进行量化，量化后的滤波系数为：-27，-18，23，60，38，-49，-128，-49，-87，126，431，655，655，431，126 ，-87，-128，-49，38，60，23，-18，-27，将量化后的滤波系数导入到fir ip core里面，便可生成21阶的低通滤波器，滤波器的有效输出位是观察matlab与quartus的仿真时序确定。在时序仿真时，reset_n设置为“1”，ast_sink_data［15..0］设置为“0”，ast_sink_valid设置为“1”，ast_source_ready设置为“1”，ast_sink_error［1..0］设置为“0”，out为输出的滤波信号［2，3］。

图5　滤波器模块

图6　锁相环模块

4.1.5锁相环模块设计

锁相环模块如图6所示，fin为输入信号，clkout为输出的同步信号。锁相环的功能是实现位同步，降低解调时的误码率。

图7　整体电路结构

图8　仿真结果

4.2硬件电路

整体电路如图7所示，jietiao为输出的解调信号。

5　仿真结果

仿真结果如图8所示，从仿真图看出，本设计能够快速的将SOS信号从噪声中分辨出来，并通过滤波、同步能较高精度地将SOS信号解调出来。

6　结论

本设计是对混有噪声的SOS信号进行检测，从仿真结果看出，系统能够快速的将SOS信号识别出来，并且识别精度较高，使得系统具有及时性，精确性，稳定性。此系统又可用于任何可能发生危险时发出SOS信号的环境，使得系统又具有通用性，实时性。

参考文献

［1］段吉海，黄智伟.数字通信系统建模与设计［M］.北京：电子工业出版社，2004.

［2］阿依夏木·力提甫，赵惠昌，王丹琦.一种基于MATLAB及FPGA 的FIR低通滤波器的设计与实现［J］.电子设计工程，2011，19（14）：130-134.

［3］冯毅思.基于FPGA和MATLAB的FIR滤波器的研究与设计［D］.长春：长春工业大学，2011.

［4］杨湲，肖顺文，邹贵祥，易欢，李怡琳.基于FPGA的FSK调制解调系统设计［J］.数字技术与应用，2014.

［5］杨湲，肖顺文，邹文辉，易欢，李怡琳.基于FPGA的快速数字锁相环实现［J］.乐山师院学报，2016.

［6］杨小牛，楼才义，徐建良，软件无线电技术与应用［M］.北京：北京理工大学出版社，2010.

作者简介：

杨湲（1991—），女，四川广安人，西华师范大学电子信息工程学院硕士究生，主要从事软件无线电、EDA、SOPC等应用技术方面的研究工作。

通讯作者：

肖顺文（1970—），男，四川金堂人，西华师范大学电子信息工程学院教授，主要从事软件无线电、EDA、SOPC等应用技术方面的研究工作。

基金项目：四川省教育厅科研基金重点项目（15ZA0145）。