星载AIS接收机硬件设计+电路图
毕业论文关键词 星载 AIS 数字接收机 硬件设计 FPGA
Title Hardware design of satellite borne AIS digital receiver
Abstract Satellite borne AIS is a new subject that has been widely concerned and studied all over the world in the new century. Due to the commonly used ship borne AIS can not carry out real-time monitoring and detection of ships in large areas gradually because of limited communication distance. Spaceborne AIS arises at the historic moment in the trend of the times, which for protecting the safety of ship navigation, strengthen management of ship, has a far-reaching significance to promote maritime management, also, it offered the possibility of integration of marine network information platform for the future construction. In this paper, we first introduce and analysis the development and evolution process of the AIS technology, then system of spaceborne AIS development process in the face of opportunities and challenges, problems need to solve the main is the Doppler frequency shift and collision slots. In satellite borne AIS structure function and basic content of a full range of understanding, satellite AIS receiver will be general designed,which complete the hardware design of the device selection and receiver of each module, including several analog converter module, storage module, power module, clock block. The hardware circuit is tested,and the test results show that the digital receiver can meet the design requirements.
Keywords Satellite borne AIS digital receiver hardware design Field－Programmable Gate Array
目次
1.绪论7
1.1研究背景7
1.2研究现状8
1.3本文内容及章节安排9
2AIS技术11
2.1船载AIS技术11
2.2星载AIS技术的内容与挑战12
2.3星载AIS数字接收机15
3星载AIS数字接收机的设计18
3.1总体系统设计方案18
3.2数字接收机的硬件总体设计思路19
3.3硬件平台设计总体构架20
3.4硬件各模块设计框架与内容20
3.5PCB电路图设计33
4测试35
4.1星载AIS数字接收机的整体调度思路35
4.2电源模块测试35
4.3ADC模块测试36
4.4程序模块测试37
总结39
致谢40
参考文献41
1 绪论 1.1研究背景 当今世界随着经济与科技的不断发展，各行业各技术都在不断超越自己的极限，进而创造出符合时代潮流的产品。而在世界航运领域，其发展趋势是船舶的数量以成倍的速度增长，同时其科技含量，运载量及吨位也在飞速增长，与此相对应，一系列全球范围内航运事故发生的的隐患的几率也大大增加：其中包括船只因为数量增速过快而产生的航运路线安全问题，在世界诸多不稳定地区的航运安全威胁问题，以及船只之间的正常信息共享与交流沟通比较困难的问题。为了解决这一系列问题，新的综合性技术的产生迫在眉睫，而随着科技实力的完美支撑，包括通信技术的蓬勃发展，解决方法呼之欲出。经过科研人员多年的努力与科学家的严谨考证与研究，星载 AIS 终于应运而生。虽然依然有许多需要改进的地方，但是依托其严谨的理论支撑与渐渐加大的投入力度，它广泛的应用前景也清晰的呈现出来。对于世界范围内的航运安全与效率，航运船只间的相互交流与帮助，甚至对海洋环保问题，星载 AIS都会产生积极乐观而深远的影响。 AIS 系统的全称为船舶自动识别系统（Automatic Identification Syste-m）,它是一种船舶定位技术，实际上，可以分为船载AIS 和星载AIS 两类[1]。在国际海上人命安全公约中，已经明确的要求了为了方便航线管理和避免船舶碰撞，海上运行的船只必须要安装此类船载设备。而我们所研究的星载 AIS 系统通过卫星实现对整个地球的全方位深层次宽领域的覆盖，可以方便的建立起全球范围内的实时传播位置数据库。这种多方面的海域监控，可以轻松地解决上文中所提出的海洋安全等方面的问题。 我们所研究的星载AIS一般需要利用一颗或多颗小卫星，它们分布在大约600KM到1000KM的高度，都是地球低轨道卫星。利用这些卫星可以搭载 AIS 数字收发机，这些收发机通过AIS进行报文编码接收和解码，再通过收集各类信息的地球接收基站，就可以让陆上总体指挥管理机构完全掌控船舶实时动态更新信息。从这些信息就可以推断出，星载 AIS 系统实际上是属于以短消息传输为主的非实时通信的低轨小卫星系统[2]。在实际应用中，AIS 可以显示船上设备所提供的船只具体位置，船只航行速度，船只实时航向等动态消息与船舶航行线路或各单船的基本信息等的静态信息；同时可以实时接受其他船只与基站传来的各类信息。而各基站则是将各个船只传来的信息接收与分析， 这样就可以完成对信息全方位的实时掌控与传输。 星载AIS 会带来一系列新的技术难关与考验，主要包括多普勒频移和消息碰撞等[3]，在后面我们将一一呈现。面对这些技术难关，在接收机领域，现在所广泛使用的船载 AIS 接收机明显需要进行相对应的改变，我们需要研发新的星载 AIS 数字接收机来解决这些问题。本文研究重点是星载AIS 数字接收机的硬件设计。