基于FPGA的AIS控制器SOC设计

论文摘要

在世界经济高速发展,船舶急速增加的当今社会,海上交通安全变得越来越不容忽视,AIS系统就是在这样一个背景下提出来的。在2000年的IMO会议上通过了船舶强制安装AIS设备的提案,所有相关船舶均要安装AIS设备,所以AIS船载设备已经是船用电子设备的重要组成部分,目前在我国市场上的AIS设备的核心芯片基本全部依赖进口,因此研究和攻克AIS核心芯片关键技术,研制具有自主知识产权的AIS设备,是我国船用电子产业发展的急需,本研究课题就是在这个背景下提出的。本论文在详细分析AIS系统原理与构成以及AIS设备原理的基础上,利用FPGA具有使用高速低耗、设计周期短、生产成本小和Verilog语言、C语言在对软硬件电路进行编程时使用方便灵活的特点,设计一套AIS设备核心部分,即能够实现AIS信息调制与解调功能的片上系统SOC。其具体的实现过程如下：（1）根据ITU-R M.1371-4建议书中对AIS系统的设计要求,提出针对AIS信息调制与解调技术的理论方案,分析各种调制解调方案的优势与弊端,最后确定一种适合AIS系统实际应用的调制解调方法。（2）使用Verilog、C语言对硬件电路和软件计算进行编程,采用软硬件协同设计的方法,在ISE 12.3和EDK 12.3的软件环境下对调制解调功能进行仿真验证。（3）仿真验证结果无误后,将程序下载到Xilinx公司的Spartan-3E starter实验板上运行,检验运行结果。对调制部分的检验采用Tektronix公司的TDS 2012B示波器直接观察模拟输出结果。解调部分采用串口与PC连接,利用串口调试助手在PC机屏幕上观察解调结果。本设计已经在硬件调试通过后,将程序烧写到PROM中,在开发板上电后及系统复位后即可独立运行。本研究内容是导航研究所承担的国家支撑计划课题“AIS/GNSS船载导航设备关键技术与系统研制”（2012BAH36B02）的部分内容。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 AIS系统概述
• 1.2 AIS发展过程及国内外发展现状
• 1.3 课题意义
• 1.4 论文安排
• 第2章 AIS控制器的信号处理技术
• 2.1 AIS功能与特性
• 2.1.1 AIS工作频道
• 2.1.2 AIS接入方式
• 2.1.3 AIS分层模块
• 2.1.4 AIS物理层分析
• 2.1.5 AIS的主要应用
• 2.2 AIS控制器技术
• 2.2.1 AIS系统结构
• 2.2.2 AIS控制器特性的最低要求
• 2.2.3 AIS信号的调制技术
• 2.2.4 AIS信号的解调技术
• 第3章 AIS信号调制与解调处理系统的总体设计
• 3.1 AIS基带信号处理研究平台
• 3.1.1 AIS控制器的总体设计
• 3.1.2 射频电路部分的设计
• 3.2 AIS信号调制与解调电路的设计方案
• 3.2.1 调制方案的确定
• 3.2.2 调制电路的总体设计
• 3.2.3 解调方案的确定
• 3.2.4 解调电路的总体设计
• 3.2.5 载波提取方案的确定
• 3.2.6 载波提取电路的总设计
• 第4章 AIS控制器具体设计与实现
• 4.1 AIS基带信号调制与载波信号的解调研究平台
• 4.2 硬件电路具体设计模块
• 4.2.1 NRZI编码模块
• 4.2.2 高斯低通滤波器模块
• 4.2.3 地址译码模块
• 4.2.4 本地基带NCO模块
• 4.2.5 D/A数模转换模块
• 4.2.6 电平映射模块
• 4.2.7 A/D模数转换模块
• 4.2.8 本地载波NCO模块
• 4.2.9 低通滤波器模块
• 4.2.10 采样判决模块
• 4.2.11 译码模块
• 4.3 仿真结果
• 4.3.1 GMSK的最终调制结果
• 4.3.2 GMSK的最终解调结果
• 第5章 结论
• 5.1 实际运行结果
• 5.1.1 GMSK调制实际运行结果
• 5.1.2 GMSK解调结果
• 5.2 论文总结
• 5.3 未来展望
• 参考文献
• 致谢