AIS基带硬件平台与时隙同步的设计与实现

摘要

随着世界经济全球化的不断发展，航运交通迅速发展。海上船舶数量急剧增加，这使得船舶发生碰撞的概率大大增加。船舶自动识别系统(AIS)能够实现船与船、船与岸及岸与船实时的、准确的通信，从而保障船舶航行安全，并对近海船舶进行有效监管，因此得到广泛应用。
　　AIS设备一般是由嵌入式微处理器、AIS专用基带信号处理芯片、射频前端和人机接口组成。本文利用FPGA作为数据处理及控制器，基于软件无线电概念设计了一套AIS基带信号处理的硬件平台，主要工作可分为三个部分，第一部分是基于FPGA的AIS基带硬件电路设计与实现，第二部分是AIS基带硬件电路驱动程序设计，第三部分是AIS时隙同步程序的设计。
　　本文首先研究了AIS系统的性能标准、技术特性及发展趋势，分析了AIS系统通信协议分层模型、AIS系统组成及各部分的功能。其次，在已有AIS硬件设计研究分析的基础上，设计并实现了基于FPGA的AIS基带信号处理硬件平台，并对该平台的各个功能模块的设计进行了具体介绍，包括主控模块、GMSK调制解调模块、FSK调制解调模块、外扩存储模块、串行通信接口模块及USB通信接口模块。再次，编写了各个功能模块测试的底层驱动程序，对搭建的硬件平台进行了功能测试，并设计了AIS时隙同步程序，实现了AIS时隙时钟与UTC的直接同步。最后，给出了各功能模块测试结果和时隙同步测试结果，并对结果进行了分析。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 AIS国内外的研究及发展现状

1．3 AIS发展趋势

1．4 本文主要工作和组织结构

1．4．1 本文主要工作

1．4．2 本文组织结构

第2章 AIS技术基础

2．1 AIS的系统概述

2．2 AIS通信协议分层模型

2．2．1 物理层

2．2．2 数据链路层

2．2．3 网络层

2．2．4 传输层

2．3 AIS信息及消息码文的格式

2．3．1 AIS信息内容

2．3．2 AIS消息码文格式

2．4 本章小结

第3章 系统硬件设计

3．1 硬件部分总体设计方案及电路原理图

3．1．1 主控模块电路

3．1．2 通信接口模块电路

3．1．3 调制解调模块电路

3．1．4 系统供电电路

3．1．5 GPS模块电路

3．1．6 外扩存储模块

3．2 印制电路板(PCB)设计

3．3 本章小结

第4章 各模块功能测试及时隙同步功能的实现

4．1 功能测试及时隙同步总体结构图

4．2 调制解调模块测试

4．2．1 GMSK调制解调

4．2．2 FSK调制解调

4．3 GPS信息接收提取

4．3．1 GPS信息接收

4．3．2 UTC时间提取

4．4 时隙同步

4．4．1 时隙时钟的产生

4．4．2 与提取到的UTC同步脉冲同步

4．5 通信模块

4．5．1 实现串口通信

4．5．2 USB接口通信

4．6 本章小结

第五章 功能模块测试及结果分析

5．1 调制解调模块测试结果

5．1．1 GMSK调制解调

5．1．2 FSK调制解调

5．2 GPS语句解析和UTC时间提取

5．3 时隙时钟的产生和时隙同步

5．4 通过串口实现数据发送接收

5．5 通过USB接口实现数据发送接收

5．6 本章小结

结论

参考文献

致谢

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