基于LabVIEW的IRIG-B碼實時采集與解析方法

張敬禮，劉興華，侯 朋，代雪峰

(大連測控技術研究所，遼寧 大連 116013)

基于LabVIEW的IRIG-B碼實時采集與解析方法

張敬禮，劉興華，侯 朋，代雪峰

(大連測控技術研究所，遼寧 大連 116013)

授時設備是現代艦船噪聲綜合測試系統的重要組成部分。本文提出一種LabVIEW平臺下的授時設備IRIG-B碼采集解析方法。首先利用授時設備產生的秒脈沖作為觸發信號控制采集設備采集IRIG-B碼，然后對IRIGB碼進行門限判別預處理，再與位置識別標志比對提取信號端點，最后將IRIG-B碼與移位寄存器進行移位比對，識別碼字以及解析時間信息。試驗結果表明，該方法能夠有效解決IRIG-B碼實時采集解析問題，具有定時精度高、軟件開銷小、抗電磁干擾能力強等優點，可應用于授時設備的開發設計、工作狀態監測、信號質量評估等。

授時設備；IRIG-B碼；LabVIEW；解碼

0 引 言

隨著水聲傳感器技術和網絡通信技術的飛速發展，艦船綜合噪聲測試系統數字化、網絡化的時代已經到來。這一方面為各控制系統和信息采集系統之間的數據交換、同步分析提供了更好的平臺；另一方面對各種實時數據和歷史數據時間標簽的準確獲取提出了更嚴格的要求。

使用GPS等授時設備作為系統統一時間服務的方法已成為當前艦船噪聲測試的標準做法[1]。授時設備以衛星授時為基礎，首先從衛星上獲取標準的時間信息，然后將這些信息經過處理再通過各種接口傳輸給測試系統中需要時間信息的設備（采集設備、同步發射設備）。由授時設備輸出的秒脈沖信號和IRIG-B碼是艦船噪聲測試中同步采集、導航測距等系統正常運行工作的關鍵。

當前的IRIG-B解碼器設計大多采用FPGA等芯片設計制作硬件解碼電路的方法[2 – 6]，但使用FPGA設計的解碼器存在設計制作成本高、配置靈活性低等缺點。隨著現代虛擬儀器技術的快速發展，采用Lab-VIEW開發設計模塊化通用儀器系統逐漸成為趨勢[7]。虛擬儀器利用計算機固有的豐富的軟、硬件資源，可以大大突破傳統儀器設備在數據分析、處理、表達、傳遞和存儲的限制。使用LabVIEW開發的數據監測系統具有開發周期短、配置靈活性高、數據顯示手段豐富等特點。本文提出了一種基于LabVIEW的IRIGB碼采集與解析方法，該方法簡單高效、經濟實用。

1 IRIG-B碼

IRIG（Inter Range Instrumentation Group）是美國靶場司令委員會的下屬機構，其職責是負責靶場間的信息交換。其制定的IRIG標準，已成為國際上通用的時間傳輸標準。

IRIG-B碼是每秒一幀的串行時間碼，碼速率為100 bit/m，可傳遞100位信息，攜帶豐富的編碼信息；具有串行格式，傳輸相對比較簡單，也適合實際的使用習慣。IRIG-B碼由3種基本的碼字組成，分別是位置標示“P”、邏輯信息“1”和邏輯信息“0”。IRIGB碼的信息采用脈寬調制的方法來表示，每個碼字寬為10 ms。有時為了便于傳輸，可用標準正弦波載頻進行幅度調制，IRIG-B碼的標準正弦波載頻頻率為1 kHz。基本碼字波形如圖1所示。

在IRIG-B碼中，為了便于傳輸和獲取時間信息，每10個碼字中有一個位置識別標志P碼，分別為P0，P1，P2，…，P9。參考標志由P0碼和相鄰的參考碼字PR組成，PR的前沿即該幀B碼的準秒時刻。B碼中表示時間信息的碼字共有30個，分別表示秒、分、時、天和年，采用BCD碼編碼[3]，表示方式采用低位在前、高位在后的方式。

2 LabVIEW采集解析方案

設計的主要模塊包括：觸發采集模塊、識別模塊、解析模塊和數據顯示存儲模塊。程序總體設計框圖如圖2所示。下面對各部分功能具體介紹。

2.1 觸發采集模塊

所謂觸發，就是指先按照需求設置一定的觸發條件，當輸入的波形流中的某一個波形滿足這一條件時，數據采集系統即開始實時捕獲該波形和其相鄰部分，然后處理并顯示在屏幕上。這里采用硬件觸發的方式控制多通道并行采集器獲取IRIG-B碼，大大提高程序的定時精度和控制功能，有效減小軟件開銷，提高數據處理速度[8 – 10]。具體的程序框圖如圖3所示。

2.2 識別模塊

每幀IRIG-B碼中包括由位置標示“P”、邏輯信息“1”和邏輯信息“0”組成的日期、時、分、秒時間和控制信息。識別模塊完成對IRIG-B碼的識別任務，即將采集到的每幀IRIG-B碼輸入到比較判別子程序中，根據每點處高/低電平及與門限的比較結果確定該點代表的信息，最終將脈寬不同的高低電平信號還原成一組由0，1構成的編碼信息，圖4給出了具體的實現過程。

2.3 解析模塊

該模塊將0，1構成的數字流信息根據其位置和權值進行運算得到以秒為單位的時間信息。解析模塊程序框圖如圖5所示。

2.4 數據顯示存儲模塊

軟件前面板實時顯示秒脈沖信號、IRIG-B信號以及解算出的時間信息。為滿足實時解算要求及后續處理分析需要，將高采樣頻率采集的原始信號存儲為二進制文件；將解析出來的時間信息存儲為電子表格文件。

3 實驗驗證

利用自主研發的GPS授時儀作為被測目標，GPS輸出IRIG-B碼具有交流碼和直流碼2種形式。采用多通道并行采集卡獲取IRIG-B碼信號，在LabVIEW平臺編寫測試程序。

采集到的秒脈沖和IRIG-B碼信號如圖6和圖7所示，解析出的時間與系統時間比較，結果表明程序運行穩定可靠，時間解碼正確可信。

4 結 語

本文給出了一種基于LabVIEW平臺的授時設備IRIG-B碼采集解析方法，實現了實時信號監測、時間解析的功能。試驗結果表明，該方法能夠有效解決IRIG-B碼實時采集解析問題，對授時設備的開發設計、工作狀態監測、信號質量評估等具有一定的實用價值。此外，由LabVIEW開發的數據采集處理程序可以作為子程序方便的集成于艦船噪聲測試分析系統中。

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Real-time acquisition and decoding of IRIG-B code based on LabVIEW

ZHANG Jing-li, LIU Xing-hua, HOU Peng, DAI Xue-feng
(Dalian Scientific Test and Control Technology Institute, Dalian 116013, China)

Timing device plays an important role in modern comprehensive test system of ship noise measurement. A novel method of IRIG-B code acquisition and decoding based on LabVIEW is proposed. Firstly, using the pulse signal produced by timing equipment to control DAQ equipment. Then a threshold is introduced to the calculation of the starting points detection. Finally, the time information can be resolved by compare the IRIG-B code with shift register. Experimental results demonstrate that the proposed method is feasible to save the real-time acquisition and decoding of IRIG-B code, and especially it has a number of advantages, such as effectively improve the timing precision, decrease the software expense and overcome the electromagnetic interference. The proposed method possesses a prospective application in the area of timing device application system development, operating state monitoring, signal quality evaluation etc.

timing device；IRIG-B code；LabVIEW；decoding

TP319

A

1672 – 7649(2017)09 – 0151 – 04

10.3404/j.issn.1672 – 7649.2017.09.030

2016 – 10 – 24；

2017 – 02 – 09

張敬禮(1987 – )，男，碩士，工程師，研究方向為艦船輻射噪聲測試及信號處理。