混有白噪聲的SOS信號實時處理系統設計

西華師范大學電子信息工程學院 楊 湲 肖順文 易 歡 李怡琳

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混有白噪聲的SOS信號實時處理系統設計

西華師范大學電子信息工程學院 楊 湲 肖順文 易 歡 李怡琳

【摘要】因為混有白噪聲的SOS信號不容易被檢測到，所以很難實現緊急救援，因此本設計的目的是對混有白噪聲的SOS信號進行處理。首先檢測混合信號中是否含有SOS信號，其次將混合信號進行調制，再次對調制信號進行濾波處理，然后對濾波信號進行同步操作，最后將同步信號解調出來。從電路的仿真看出，本設計能快速地、較高精度地將混有白噪聲的SOS信號識別出來，達到了設計的目的。

【關鍵詞】SOS信號；白噪聲；檢測；快速地

1　前言

由于在一些偏僻，或者人群較少的地方，當人遇到危險，或者處于危險地境地，人們便會發出求救信號，但是SOS信號在傳輸過程中易受到周圍環境的影響，那么夾雜著噪聲的SOS信號便很難檢測到，于是很難實現緊急救援。因此對混有噪聲的SOS信號的檢測具有重大的意義。本設計的預期目的是能較高精度，較快的將SOS信號從噪聲中識別出來，并解調出SOS信號，體現本設計的通用性，實時性，及時性等優點。

2　設計原理

本設計的SOS信號是由三長三短三長的數字信號模擬，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］，檢測模塊采用文本設計，低通濾波器采用quartus與matlab相結合的方法實現，即將matlab生成的濾波系數導入到QUARTUS 的FIR IP CORE里面［2，3］，調制解調采用文獻［4］的設計，數字鎖相環采用文獻［5］的設計。設計中將白噪聲和SOS信號通過或門進行混合，輸出混合信號，檢測模塊判斷輸入的信號是否是含有白噪聲的SOS信號，若不是則舍棄，輸出0；若是，則調用調制模塊進行FSK調制，然后將調制信號通過低通濾波器，濾除一部分噪聲和高頻成分，然后再將濾波輸出信號輸入到鎖相環，實現位同步，最后將同步信號輸出到解調模塊，輸出解調信號［6］。

3　電路整體結構

本設計的電路整體結構如圖1所示，clk為時鐘信號，load為加載信號，clk輸入到SOS信號產生模塊，輸出SOS信號，clk，load輸入到白噪聲產生模塊，輸出白噪聲信號，將SOS信號與白噪聲信號相疊加，輸出混合信號，檢測模塊對混合信號進行判斷識別，若為混有白噪聲的基帶信號，則輸入到調制模塊，調制模塊對混合信號進行FSK調制，然后輸出調制信號，濾波模塊的功能是將調制信號中混有的一部分噪聲和高頻信號濾除，然后輸出濾波信號，濾波信號經鎖相環輸出同步信號，最后將同步信號輸出到解調模塊，輸出解調信號。

圖1　整體電路結構

4　仿真模塊及硬件電路

4.1各功能仿真模塊

4.1.1SOS信號產生模塊設計

SOS信號產生模塊如圖2所示，clk為輸入的100MHz的時鐘信號，q4為輸出的SOS信號。

圖2　SOS信號產生模塊

圖3 噪聲模塊

4.1.2噪聲模塊設計

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，q為輸出的噪聲信號。

4.1.3檢測模塊設計

檢測模塊如圖4所示，fin為輸入的混合信號，outt為輸出的檢測信號。

圖4　檢測模塊

4.1.4濾波器模塊設計

濾波器模塊如圖5所示，本設計的濾波器是截止頻率為26MHz 的21階的低通濾波器，調用quartus內部的IP CORE ，通過matlab的fdatool便可生成21階的濾波參數。然后將濾波參數進行量化，量化后的濾波系數為：-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導入到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的仿真時序確定。在時序仿真時，reset_n設置為“1”，ast_sink_data［15..0］設置為“0”，ast_sink_valid設置為“1”，ast_source_ready設置為“1”，ast_sink_error［1..0］設置為“0”，out為輸出的濾波信號［2，3］。

圖5　濾波器模塊

圖6　鎖相環模塊

4.1.5鎖相環模塊設計

鎖相環模塊如圖6所示，fin為輸入信號，clkout為輸出的同步信號。鎖相環的功能是實現位同步，降低解調時的誤碼率。

圖7　整體電路結構

圖8　仿真結果

4.2硬件電路

整體電路如圖7所示，jietiao為輸出的解調信號。

5　仿真結果

仿真結果如圖8所示，從仿真圖看出，本設計能夠快速的將SOS信號從噪聲中分辨出來，并通過濾波、同步能較高精度地將SOS信號解調出來。

6　結論

本設計是對混有噪聲的SOS信號進行檢測，從仿真結果看出，系統能夠快速的將SOS信號識別出來，并且識別精度較高，使得系統具有及時性，精確性，穩定性。此系統又可用于任何可能發生危險時發出SOS信號的環境，使得系統又具有通用性，實時性。

參考文獻

［1］段吉海，黃智偉.數字通信系統建模與設計［M］.北京：電子工業出版社，2004.

［2］阿依夏木·力提甫，趙惠昌，王丹琦.一種基于MATLAB及FPGA 的FIR低通濾波器的設計與實現［J］.電子設計工程，2011，19（14）：130-134.

［3］馮毅思.基于FPGA和MATLAB的FIR濾波器的研究與設計［D］.長春：長春工業大學，2011.

［4］楊湲，肖順文，鄒貴祥，易歡，李怡琳.基于FPGA的FSK調制解調系統設計［J］.數字技術與應用，2014.

［5］楊湲，肖順文，鄒文輝，易歡，李怡琳.基于FPGA的快速數字鎖相環實現［J］.樂山師院學報，2016.

［6］楊小牛，樓才義，徐建良，軟件無線電技術與應用［M］.北京：北京理工大學出版社，2010.

作者簡介：

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

通訊作者：

肖順文（1970—），男，四川金堂人，西華師范大學電子信息工程學院教授，主要從事軟件無線電、EDA、SOPC等應用技術方面的研究工作。

基金項目：四川省教育廳科研基金重點項目（15ZA0145）。