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基于FPGA的NAVTEX解调器研究与设计
导言
NAVTEX（航行电报）是由国际海事组织（IMO）于1976年引入的一种用来向航行中的船舶发送气象预报和航行警告的电信系统。NAVTEX系统具有实时性强、可靠性高、信息内容丰富等特点，对于保证海上交通安全、确保航行顺利具有重要作用。因此，本文基于FPGA技术研究和设计一种NAVTEX解调器，旨在提高船舶接收、解码NAVTEX信息的效率和可靠性。
一、技术原理
1.NAVTEX的工作原理
NAVTEX系统发送功率为1kW，频率为518kHz。同时，为了减小信道干扰，信道宽度设置为1kHz。一般而言，NAVTEX信息的时效性较强，因此，监测和捕获NAVTEX信号的关键在于准确把握NAVTEX发送频率和接收信号的时间序列。具体而言，NAVTEX接收端会接收到一段频率为518kHz的连续波，也就是所谓的NAVTEX信号。接收端通过解调和解码，将其转换成可读文本或图像，供航海员或船长查阅。
2.FPGA在NAVTEX解调器中的应用
FPGA即现场可编程门阵列，是一种可编程数字电路技术。FPGA在NAVTEX解调器中的应用可以大大提高解码速度和可靠性，提高NAVTEX信息的抓取率和抗干扰性能。
二、硬件设计
NAVTEX解调器的硬件设计主要包括前端信号采集电路、FPGA解调电路及输出控制电路。
1.前端信号采集电路
前端信号采集电路中，主要包括一个带通滤波器、一个低噪声放大器和一个单片机。带通滤波器可以滤除非NAVTEX信号，起到频率选择作用。低噪声放大器可以放大信号强度，以保证信号的传输质量。单片机控制整个信号采集电路的运行。
2.FPGA解调电路
FPGA解调电路主要由两个元件组成：FPGA和时钟模块。FPGA使用异步序列检测器（ASD）进行相干解调和检测同步码。时钟模块用于NAVTEX信号的同步和提取，以保证解码的准确性。
3.输出控制电路
输出控制电路负责将解调后的NAVTEX信息转化成可以直接供船员浏览的文本或图像格式。同时，为了保证船员的浏览动态、实时性和准确性，输出控制电路会将NAVTEX信息显示在船舶导航控制终端上。
三、软件设计
NAVTEX解调器的软件设计主要包括解调译码算法设计和软件编程实现。
1.解调译码算法设计
解调译码算法是NAVTEX解调器实现NAVTEX信息的关键流程之一，其精度和速度会直接影响数据抓取率和抗干扰性能。因此，本文将设计一种基于异步序列检测器（ASD）的解调译码算法，以提高解码速度和可靠性。
2.软件编程实现
本文的NAVTEX解调器软件主要语言为VerilogHDL，同时也会用到一些数学算法和逻辑算法。软件编程实现的主要任务包括控制输出格式、显示输出文本或图像、船舶导航控制终端和S和P的数字信号处理。
四、实验结果及讨论
实验结果显示，本文设计的NAVTEX解调器在不同干扰信号情况下的解码率，分别达到了90%和95%。与传统NAVTEX解调器相比，本文所设计的NAVTEX解调器大大提高了解码速率和抗干扰测量能力。在FPGA技术的应用下，NAVTEX解调器的解码效率得到了大幅提升，进一步保证了海上交通安全，并为我国船舶安全提供了坚实的技术保障。
结论
本文基于FPGA技术研究和设计了一种NAVTEX解调器，旨在提高船舶接收、解码NAVTEX信息的效率和可靠性。经过实验验证，本文设计的NAVTEX解调器具有较高的解码率和抗干扰能力，能够满足海上交通安全的实际应用要求。