基于ARM的NAVTEX接收机的设计与实现

论文摘要

海上安全信息播发系统（NAVTEX）是以窄带直接印字电报方式发送和自动接收航行警告、气象警告、气象预报和其它紧急信息等海上安全信息的专用广播系统,是全球海上遇险与安全系统（GMDSS）的重要组成部分,对保证船舶安全航行有着极其重要的作用。论文依据NAVTEX系统技术要求（GB/T 18766-2009）,设计了双语、双通道NAVTEX接收机,支持同时接收国际台站（518KHz,英文播发）和国内台站（486KHz或4209.5KHz,中文播发）。论文在分析了NAVTEX系统原理及技术要求的基础上,完成了接收机总体方案设计,以TI公司的Cortex-M3系列ARM芯片LM3S9896为核心控制器,构建了包括射频接收模块,信息处理模块、液晶显示模块的硬件平台,实现了载波放大、混频、解调、译码和报文显示。在射频接收模块中实现了载波信号的镜像干扰抑制、信号放大、载波解调以及FSK解调,从而得到数字基带信号,再将数字基带信号通过电平转换电路传送给信息处理模块。同时,采用DDS作为本振源,提高了频率输出的精确度,有利于改善接收机的性能；还采用集成AGC芯片设计了AGC电路,在简化接收电路的同时提高了接收机的动态范围。信息处理模块用Cortex-M3系列ARM作为处理器,简化了外围电路,通过片上集成的USB口和网口实现了打印机和网络连接,使用SD卡作为接收机的非易失存储器用来存储报文,并采用点阵液晶直接显示报文。设计中还采用语音合成电路,有利于进-步扩展接收机的语音输出功能。同时,将JTAG电路集成到信息处理模块上,只需一根USB线即可实现与电脑的连接,使软件更新或升级更加方便。论文在上述基础上完成了电路的PCB制版,并对接收机的硬件电路和软件设计进行了调试。调试结果表明本振电路,混频电路和FSK解调电路均达到了设计要求,验证了硬件电路设计的正确性。同时,完成了包括DDS控制程序、报文译码程序、人机交互程序和报文存储程序在内的软件设计与调试,成功实现了NAVTEX报文的正确接收和显示。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 国内外发展状况
• 1.3 论文主要研究内容
• 第2章 NAVTEX系统原理
• 2.1 系统组成及技术要求
• 2.1.1 NAVTEX系统组成
• 2.1.2 接收机工作流程及结构
• 2.1.3 接收机性能及功能要求
• 2.2 NAVTEX工作原理
• 2.2.1 系统分区
• 2.2.2 播发方式
• 2.2.3 信号编码原理
• 2.2.4 信号格式
• 2.2.5 报文纠错原理
• 2.3 本章小结
• 第3章 射频接收模块设计
• 3.1 射频接收模块总体方案
• 3.2 接收机主要设计指标
• 3.2.1 灵敏度
• 3.2.2 噪声系数及其分配
• 3.2.3 镜像干扰抑制
• 3.3 放大电路设计
• 3.3.1 低噪声放大电路
• 3.3.2 功率放大电路
• 3.4 AGC电路设计
• 3.5 本振电路设计
• 3.5.1 频率合成原理
• 3.5.2 DDS工作原理及性能
• 3.5.3 本振电路设计
• 3.6 混频电路设计
• 3.7 FSK解调电路
• 3.8 本章小结
• 第4章 信息处理模块设计
• 4.1 信息处理模块结构
• 4.2 SD卡存储电路设计
• 4.3 人机交互电路设计
• 4.3.1 键盘电路
• 4.3.2 LCD接口电路
• 4.3.3 语音播放电路
• 4.4 电源电路
• 4.5 其它接口电路设计
• 4.5.1 电平转换和RS485通信
• 4.5.2 USB转JTAG设计
• 4.6 本章小结
• 第5章 软件设计与系统调试
• 5.1 软件开发环境
• 5.1.1 集成开发环境（IAR）
• 5.1.2 配置
• 5.2 软件程序设计
• 5.2.1 DDS控制程序设计
• 5.2.2 报文译码程序
• 5.2.3 人机交互设计
• 5.2.4 报文存储系统设计
• 5.3 硬件调试
• 5.3.1 本振电路调试
• 5.3.2 混频电路调试
• 5.3.3 FSK解调电路调试
• 5.4 联调实验及结果分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录A 电路板
• 附录B SD卡SPI模式下的命令