具有集成ais编解码能力的pdt对讲机
阅读说明：本技术 具有集成ais编解码能力的pdt对讲机 (PDT interphone with integrated AIS coding and decoding capability ) 是由 秦嗣波 展晓洁 张海超 汪轩 向浩威 雷志芳 于 2021-11-03 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种具有集成AIS编解码能力的PDT对讲机,该对讲机包括天线、信道机单元、基带单元和显示单元,AIS为GMSK调制方式,PDT为4FSK调制方式,信道机单元具备高速AD采样能力,基带单元存储有高速采样下AIS模式消息和PDT模式消息的调制和同步字的波形特征,该对讲机含有接收和发射流程。使用同一套信道机和基带单元兼容PDT和AIS模式,极大提高了设备的便携性,有效提升待机时间,海事作业人员可方便的携带设备与PDT互通或者使用AIS消息进行求助。使用同一信道机单元和基带单元自动识别信号模式,用户不需要手动切换即可接收两个模式的业务,使其可以更专注于现场作业,更简易的发起求助。(The invention discloses a PDT interphone with integrated AIS coding and decoding capability, which comprises an antenna, a channel unit, a baseband unit and a display unit, wherein the AIS is a GMSK modulation mode, the PDT is a 4FSK modulation mode, the channel unit has high-speed AD sampling capability, the baseband unit stores modulation and waveform characteristics of synchronous words of AIS mode messages and PDT mode messages under high-speed sampling, and the interphone comprises a receiving and transmitting process. The same channel machine and the same baseband unit are used for being compatible with the PDT and AIS modes, so that the portability of the equipment is greatly improved, the standby time is effectively prolonged, and maritime workers can conveniently carry the equipment and communicate with the PDT or use AIS messages for help. The same channel machine unit and the baseband unit are used for automatically identifying the signal mode, and a user can receive services in two modes without manually switching, so that the user can be more concentrated on field operation and can more easily initiate help seeking.)
技术领域
本发明涉及数字对讲机和AIS（自动识别系统），特别是涉及一种具有集成AIS编解码能力的PDT对讲机，尤其针对海上PDT对讲机终端。
背景技术
在目前海上通信领域，AIS和对讲机都是常用的设备，AIS在海上避碰、定位、信息沟通等方面具有极高的使用频率，一般用于船和船、船和陆地之间的发现、交互、管理、求助。尤其落水人员和物品如果具备AIS求救能力，能够极大提升获救概率。PDT对讲机为船上和船队近距离通信使用较多的设备，具备使用频繁、携带方便的特点。PDT对讲机和AIS使用频点相近，但信道带宽、调制方式、帧结构等有较大区别，在之前的设备中，往往使用多个基带甚至多信道机来达到同一个设备具备两个功能的效果，体积、耗电方面均具有较大劣势，便携性不好。
发明内容
鉴于现有技术存在的问题，本发明提供一种具有集成AIS编解码能力的PDT对讲机。
本发明采取的技术方案是：一种具有集成AIS编解码能力的PDT对讲机，其特征在于，所述具有集成AIS编解码能力的PDT对讲机包括天线、信道机单元、基带单元和显示单元，其中，所述基带单元采用集成乘加单元并具备高速SSI通信接口的DSP处理器作为核心处理器件，并存储有高速采样下AIS模式消息和PDT模式消息的调制和同步字的波形特征，AIS为GMSK调制方式，PDT为4FSK调制方式；信道机单元具备高速AD采样能力，基带单元包含接收单元和发射单元，所述接收单元执行以下操作：
一、对讲机信道机单元接收到空中其他设备发出的无线信号，转换为高速采样的IQ信号传给基带单元。
二、基带单元使用数字信号处理方法对无线信号进行特征提取，将提取到的信息与预存的波形特征比对，进行波形模式判决。
三、如果判决通过同步字自相关算法捕获了PDT同步字，基带单元使用PDT窄带参数数字滤波器对信号进行处理和重新采样。
四、基带单元按照PDT模式协议格式解析信号，解析业务信息。
五、如果判决通过同步字自相关算法捕获了AIS同步字，基带单元使用25KHz带宽参数数字滤波器对信号进行处理和重新采样。
六、基带单元按照AIS模式协议格式解析信号，解析业务信息。
七、显示单元通过显示界面呈现业务信息。
所述发射单元执行以下操作：
一、用户通过显示单元发起语音、短信或者求助业务，或者设备自动发起求助业务信息。
二、基带单元根据设置和业务内容判断发射方式为PDT模式或者AIS模式。
三、如果为PDT模式，则将信息编码，依照PDT协议处理、成帧。
四、进行4FSK高速率调制；然后进入第七步。
五、如果为AIS模式，则进行AIS信息生成；所生成信息按照AIS协议处理、成帧。
六、进行GMSK高速率调制。
七、依据信道机幅频特性进行预失真。
八、将信号转化为120KHz采样率的高速调制信号，将信号发送到信道机两点调制控制口。
九、信道机接受基带单元控制，将高速调制信号调制到指定频率载波上，并进行发射。
所述基带单元使用PDT窄带参数数字滤波器对信号进行处理程序执行以下操作：
判断当前接收信号与所存储的GMSK模式消息和PDT模式消息的同步字的相似度，分析接收到信号的波形特征，并分别计算出PDT模式和AIS模式的判决概率；基带单元内置归一化接收概率门限，如果PDT模式和AIS模式判决概率均低于归一化接收概率门限，则回到守候状态；如果计算出PDT模式判决概率高于归一化接收概率门限，且高于AIS模式判决概率，则判决信号为PDT模式；如果计算出AIS模式判决概率高于归一化接收概率门限，且高于PDT模式判决概率，则判决信号为AIS模式。
当确定信号模式之后，基带单元将执行以下操作：根据信道机和当前码元的调制方式调整自身参数，当收到信号为PDT模式时，对接收到的信号重新进行窄带滤波，进行重采样、非相干解调，从同步字中提取帧同步和位同步信息，进行后续PDT协议处理；当接收到信号为AIS模式时，对接收到的信号进行双重同步，使用同步字进行相关峰运算得出最佳采样点1，使用整体码字进行位同步估计得出最佳采样点2，通过比较两个采样点位置差异，参照最佳采样点2修正最佳采样点1，得出采样最优解，依照最优解指示的采样点进行降低速率的重新采样、电平判决、解调和AIS协议处理。
本发明所产生的有益效果是：对讲机可以使用同一套信道机和基带单元兼容PDT和AIS模式，极大提高了具备两种制式的设备的便携性，有效提升待机时间，海事作业人员可方便的携带设备与PDT互通或者使用AIS消息进行求助。
本发明使用同一信道机单元和基带单元自动识别信号模式，用户不需要手动切换即可接收两个模式的业务，极大解放了用户双手，使其可以更专注于现场作业，更简易的发起求助。
附图说明
图1 是本发明的硬件构成框图；
图2 是本发明的软件构成框图；
图3 是本发明通信示意图；
图4 是本发明设备接收工作流程图；
图5 是本发明发射工作流程图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，设备硬件由天线、信道机单元、基带单元和显示单元构成；天线用于接收和发射射频信号，信道机具备高速采样能力，将射频信号处理为基带信号，基带单元存储有高速采样下AIS模式消息和PDT模式消息的同步字的波形特征和针对信道机的预失真算法，同一个信道机可收发AIS模式的GMSK调制报文和PDT模式的4FSK调制报文；典型如96KHz采样率的IQ信号，也负责将发射通路的基带信号调制到载波，生成射频信号。基带单元用于信号处理和协议处理。显示单元用于向客户播放音频、显示短信等业务，用户可通过显示单元配置设备参数，典型如当前频点等。显示单元包括液晶、按键、喇叭和麦克风，用户可操作显示单元发起或者回复业务，显示单元内含浸水传感器，可在人员落水后自动识别并发送求救信息。设备所含电池等附件在图1中忽略。
如图2所示，设备软件由波形判决、IQ解调、PDT协议栈（接收和发射）、AIS协议栈（接收和发射）、显示界面构成。PDT协议栈接收部分包括4FSK解调、同步、信道解码、PDT协议处理；AIS协议栈接收部分包括GMSK解调、信道解码、AIS协议处理；PDT协议栈发射部分包括4FSK调制、信道编码、PDT协议处理；AIS协议栈发射部分包括GMSK调制、信道编码、AIS协议处理。波形判决主要根据波形判断模式，给IQ解调提供依据。IQ解调接受波形判决传入的判决结果，对IQ信号进行4FSK或者GMSK信号解调，具体工作包含基带信号提取、采样率变换和判决，PDT模式协议栈负责对信号按照PDT协议进行收发处理；AIS模式协议栈负责对信号按照AIS协议进行收发处理。显示界面用于接收业务后向用户展示。用户也可操作显示界面配置当前信道信息以及用于发起业务。
如图3所示，设备可设定工作频点。在工作频点上可与同频点的PDT对讲机进行语音和短信通信，也可接收工作频点上AIS船台和AIS岸台发射的AIS消息，当人员出现紧急情况后，设备可发射PDT模式求救信息或语音联系本船上人员求助，也可发射AIS消息，向其他船只安装的船台或者AIS岸台求助。
本发明包含四个关键点：第一个关键点是同一信道机通过高速采样获得空口信号波形；第二个关键点是基带单元使用高速采样得到的数据与同步特征码进行比较，得出模式判决结果，根据判决结果重采样信号并选择不同的协议栈流程进行处理；第三个关键点是使用同一个显示界面接口对用户进行呈现，保证用户操作一致；第四个关键点是基带不同模式的信号通过高速调制和预失真，形成统一的调制信号波形格式，通过信道机调制并发射。
设备具体工作场景和流程如下：
1、设备内部预置参与呼叫的信道频点和AIS默认频点，其中AIS默认频点仅用于AIS模式求助发射，可预置工作模式为手动AIS求助或者落水自动求助。
2、开机后，设备守候在参与呼叫的信道频点，监听其他对讲机或者AIS设备发出的信号，如果接收到信号，则进入图4所示接收流程。当其他PDT对讲机发射语音，则本设备接收解析该信号，发现在信号中检出PDT同步字相似波形，调制空口特征为30ms周期，27.5ms发射宽度，12.5k Hz带宽，调制波形居于功率突发窗口中间，调制波形在同步自相关区域以外能够检出四个判决点，以上特征经加权计算后，PDT模式判决概率高于归一化接收概率门限，并且高于AIS判决概率，则判断本波形为PDT业务，重新采样后通过PDT协议栈进行解析和解码，并播放语音给客户；当其他PDT对讲机发射短信，则本设备接收解析后，经过同样的判决过程和协议处理过程，通过液晶展示给用户。当其他设备发射AIS信息，本设备接收解析后，判断该信号与AIS同步字自相关超过门限，同步字位于功率突发窗口前端，其发射窗口小于27ms或者大于50ms，带宽为25K Hz，在同步区域外检出两个判决点，以上特征经加权计算后，AIS模式判决概率高于归一化接收概率门限，并高于PDT判决概率，则根据规则判断为AIS消息，显示单元缓冲AIS位置信息。当用户按键查询，可看到这些信息。当收到AIS或者PDT求救消息后，对讲机将发出声音报警，提示客户关注。
3、当用户按下按键，发起PDT语音或者短信业务，则按照图5中流程发起语音业务或者短信业务。
4、当用户落水或者船只遇险失去通信能力，如设备预先设定为落水自动求助，则设备自动按照图5中流程发起求助，求助可预设为发射PDT短信或者AIS紧急消息，PDT短信发射到参与呼叫的信道频点，AIS紧急消息依次发射到参与呼叫的信道频点及AIS默认频点。用户也可手动操作设备发射求助消息。
如图4所示，设备具体接收流程如下：
（1）对讲机信道机单元接收到空中其他设备发出的无线信号，转换为高速采样的IQ信号传给基带单元；
（2）基带单元进行波形模式判决；
（3）判决信号特征超过判决门限，通过同步字自相关算法捕获了PDT同步字，接收到的是PDT消息；
（4）基带单元使用PDT窄带参数数字滤波器对信号进行处理和重新采样；
（5）基带单元按照PDT模式业务解析该信号，解析业务信息；
（6）显示界面呈现该业务（短信或者语音）；
（7）接收完成。
如果步骤（3）中，基带单元判决同步字自相关算法捕获了AIS同步字，接收到的是AIS消息，则进行如下处理：
（1）基带单元使用25KHz带宽参数数字滤波器对信号进行处理和重新采样；
（2）基带单元按照GMSK协议业务格式解析该信号，解析业务信息；
（3）显示界面呈现该业务为附近或同队船只位置信息和求助提示；
（4）业务结束。
如图5所示，设备具体发射流程如下：
（1）用户操作显示单元，发起业务，或者设备触发落水自动求助；
（2）根据用户操作和设定，判决使用模式；
（3）判决是否是PDT消息；
（4）如果是PDT消息，则进行声音、消息编码；
（5）按照PDT协议进行成帧和协议处理；
（6）进行4FSK高速率调制；
（7）依据信道机特性进行预失真；
（8）传输120K Hz信号给信道机，进行两点调制；
（9）信道机受控调制120KHz信号到载波，并进行发射。
如果步骤（3）中判决为AIS消息，则根据操作或者触发条件如落水进行信息生成，进行如下处理：
（1）进行AIS协议处理和成帧；
（2）对消息进行GMSK高速率调制；
（3）根据信道机幅频特性进行预失真；
（4）传输120K Hz采样率信号给信道机，进行两点调制；
（5）信道机受控调制120KHz信号到载波，并进行发射。
用户通过显示单元配置参与呼叫的信道和工作模式，控制信道机守候在指定信道；收到空口信号波形后，信道机单元通过大于等于96KHz速率的AD高速采样，转化为IQ信号；基带单元通过数字信号处理方法，在不区分调制方式的情况下，通过对比波形特征，获得当前消息和两个模式相似概率，通过对比波形判决概率，来判断收到射频信号的模式；基带单元根据模式对信号进行重采样，通过软件调整滤波器参数、解调流程，调用对应协议栈进行解调、信道解码处理；接收到的业务统一通过显示单元展示给用户。
设备在不解析空口信号波形具体内容和格式的情况下，通过高速采样获取较多的信号信息，通过数字信号处理方式提取信号的符号率，波形与同步信号的相关度、周期、速率、信号调制阶数等特征，计算和内置波形的相似度，得到判决概率，通过对比概率和归一化接收概率门限，判决信号为PDT模式或者AIS模式，并重采样到合适速率进行处理。