利用任意波形發生器同時產生AIS信號和幹擾信號的裝置的製作方法
2023-06-23 08:17:52
(一)技術領域：
本發明涉及船舶信息通信、無線接收機性能檢測等領域。尤其是一種基於任意波形發生器的ais(船舶自動識別系統——automaticidentificationsystem)信號和幹擾信號同時產生的裝置。
(二)
背景技術：
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ais船舶自動識別系統是由基站設施和船載設備共同組成，是一種新型的集網絡技術、現代通訊技術、計算機技術、電子信息顯示技術為一體的數字助航系統和設備。
該系統配合全球定位系統將船舶資料提供給附近水域船舶及岸臺，使其能及時掌握附近海面所有船舶的資訊，進而採取必要避讓行動，對船舶安全有很大幫助。於是ais接收機的抗幹擾性能成了關注的焦點。但在測量ais接收機抗幹擾性能時，往往需要ais信號與幹擾信號同時並存。
現有的方案是用一臺任意波形發生器和幾臺信號發生器協同產生ais信號與幹擾信號。一方面由於任意波形發生器價格高昂，那麼需要的幹擾信號越多，也就需要越多的信號發生器，這使得成本高昂。另一方面由於多臺信號發生器之間可能產生不同程度的交調失真，影響信號質量。
本發明是僅僅利用一臺任意波形發生器同時產生ais信號和幹擾信號。這樣一來，現有方案的弊病就都得到了解決，即大大降低儀器成本的同時，也避免了各信號發生器之間的交調失真，提高了信號的質量。
(三)
技術實現要素：
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本發明的目的在於提供一種利用任意波形發生器同時產生ais信號和幹擾信號的裝置，它可以克服現有技術的不足，僅利用一臺任意波形發生器即可實現ais信號和幹擾信號的同時產生，是一種結構簡單、成本低的裝置，且其工作方法簡單，可以避免交調失真，提高了信號產生及傳輸的質量。
本發明的技術方案：一種利用任意波形發生器同時產生ais信號和幹擾信號的裝置，其特徵在於它包括計算機單元、任意波形發生器單元和多通道功率放大電路單元；其中，所述任意波形發生器單元是由1臺任意波形發生器構成；所述計算機單元採集被測船臺信息，並將其處理後的信息傳遞給任意波形發生器單元；所述多通道功率放大電路單元的輸入端接收任意波形發生器單元的輸出端的輸出信號，其輸出端輸出控制信號給被測船臺。
所述任意波形發生器單元的輸出端的輸出信號是經iq正交調製後的ais信號和幹擾信號的複雜信號。
所述多通道功率放大電路單元是可以實現頻譜上的多通道功率放大電路單元。
一種利用任意波形發生器同時產生ais信號和幹擾信號的裝置的工作方法，其特徵在於它包括以下步驟：
①由計算機單元產生ais信號的i分量和q分量，ais信號的載波頻率記做ωc；
②生成頻率為ωc±δω的ais幹擾信號，並由計算機產生該幹擾信號的i分量和q分量；
③將步驟①得到的ais信號的i分量和q分量分別與步驟②生成的ais幹擾信號的i分量和q分量進行疊加，生成新的i分量和q分量；
④將步驟③中得到的新的i分量和q分量下載至任意波形發生器單元，並通過計算機控制任意波形發生器對疊加後的信號進行iq調製，得到的信號應等於ais信號和幹擾信號之和；並將此信號輸出至多通道功率放大模塊；
⑤經多通道功率放大模塊得到功率大小不一的混合信號，實現了單臺任意波形發生器產生ais信號和幹擾信號的混合信號的目的。
本發明的工作原理：計算機通過編程產生ais基帶信號，分為i和q兩個分量；計算機編程產生幹擾信號，也分為i和q兩個分量；隨後將產生的ais基帶信號和基帶幹擾信號的i和q兩分量分別相加得到新的iq兩分量；接著將此i分量和q分量信號下載至任意波形發生器中，並在計算機的控制下進行iq正交調製；然後任意波形發生器輸出ais信號和幹擾信號，並將此混合信號傳輸至多通道功率放大器電路模塊；最後將放大後的混合信號傳遞至被測船臺，通過計算誤包率判斷接收機是否符合要求。多通道功率放大器的電路模塊，它實現的是頻譜上的多通道，而非時域的多通道，它針對ais信號需要強幹擾信號的要求(國際標準有規定)而設計。
本發明的優越性在於：1、現有的ais信號和幹擾信號的產生是通過多臺任意波形發生器協同產生的，而本發明僅用一臺任意波形發生器就同時產生了ais信號和幹擾信號；2、減少了儀器數量，進而大大減少了儀器成本；3、避免了不必要的交調失真的發生，改善了信號質量。
(四)附圖說明：
圖1為本發明所涉一種利用任意波形發生器同時產生ais信號和幹擾信號的裝置的整體結構框圖。
圖2為本發明所涉一種實施例中應用於so-a類ais船臺鄰道抑制性能參數產生的工作方法流程圖。
圖3為本發明所涉第二種實施例中應用於so-a類ais船臺互調抑制性能參數產生的工作方法流程圖。
圖4為本發明所涉第三種實施例中應用於cs-b類船臺互調抑制性能參數產生的工作方法流程圖。
圖5為本發明所涉第一種實施例中應用於so-a類ais船臺鄰道抑制性能檢測的多通道功率放大器的頻譜示意圖(其中，5(a)為ais信號載波頻率為161.975khz；圖5(b)為ais信號載波頻率為162.025khz)。
圖6為本發明所涉第二種實施例中應用於so-a類ais船臺互調抑制性能檢測的多通道功率放大器的頻譜示意圖(其中，圖6(a)為ais信號載波頻率為161.975khz；圖6(b)為ais信號載波頻率為162.025khz)。
圖7為本發明所涉第三種實施例中應用於cs-b類ais船臺互調抑制性能檢測的多通道功率放大器的頻譜示意圖(其中，圖7(a)為ais信號載波頻率為161.975khz；圖7(b)為ais信號載波頻率為162.025khz)。
(五)具體實施方式：
實施例1：so-a類ais船臺鄰道抑制性能檢測的混合信號產生
一種利用任意波形發生器同時產生ais信號和幹擾信號的裝置(見圖1)，其特徵在於它包括計算機單元、任意波形發生器單元和多通道功率放大電路單元；其中，所述任意波形發生器單元是由1臺任意波形發生器構成；所述計算機單元採集被測船臺信息，並將其處理後的信息傳遞給任意波形發生器單元；所述多通道功率放大電路單元的輸入端接收任意波形發生器單元的輸出端的輸出信號，其輸出端輸出控制信號給被測船臺。
所述任意波形發生器單元的輸出端的輸出信號是經iq正交調製後的ais信號和幹擾信號的複雜信號。
所述多通道功率放大電路單元是可以實現頻譜上的多通道功率放大電路單元。
一種利用任意波形發生器同時產生ais信號和幹擾信號的裝置的工作方法(見圖2)，其特徵在於它包括以下步驟：
①利用計算機產生ais信號，用sais(t)表示，其基帶分量記為i0，基帶分量記為q0；公式表示如下：
sais(t)＝i0·cosωct-q0·sinωct
其中，i0＝cosφ(t)，q0＝sinφ(t)，ωc為載波頻率；
②增加兩個調製頻率為400hz，頻偏3000hz的調頻信號，並調整到ais信道±25khz作為幹擾信號；
在+25khz處的幹擾信號sfm1(t)表示為：
sfm1(t)＝ifm1·cos(ωct)－qfm1·sin(ωct)
其中，ifm1＝afm1·cos(5·104πt+7.5sin(800πt))，
qfm1＝afm1·sin(5·104πt+7.5sin(800πt))
在-25khz處的幹擾信號sfm2表示為：
sfm2(t)＝ifm2·cos(ωct)－qfm2·sin(ωct)
其中，ifm2＝afm2·cos(7.5sin(800πt)-5·104πt)，
qfm2＝afm2·sin(7.5sin(800πt)-5·104πt)
③將ais信號與幹擾信號的i分量和q分量分別對應相加，得到新的i分量和q分量，將新生成的i分量和q分量下載至任意波形發生器中，通過計算機控制任意波形發生器進行iq調製，任意波形發生器輸出的混合信號恰好等於ais信號和幹擾信號之和。
混合信號的i分量等於ais信號的基帶i分量i0和±25khz處的幹擾信號的i分量之和，混合信號的q分量等於ais信號的基帶q分量q0和±25khz處的幹擾信號的q分量之和，用公式表示如下：
i＝i0+ifm1+ifm2
q＝q0+qfm1+qfm2
註：其中afm1afm2表示各個幹擾信號相應i分量和q分量的幅值
另外，任意波形發生器所產生的i分量和q分量經正交調製得到ais信號和幹擾信號的推導過程如下：
i·cos(ωct)-q·sin(ωct)
＝[i0·cosωct-q0·sinωct)]+[ifm1·cos(ωct)-qfm1·sin(ωct)]+[ifm2·cos(ωct)-qfm2·sin(ωct)]
＝sais+sfm1(t)+sfm2(t)
④將任意波形發生器輸出的信號輸出至多通道功率放大模塊，見圖5(其中虛柱表示ais信號的放大倍數，實柱表示各個幹擾信號的放大倍數)。經過多通道功率放大模塊的信號即為測量信號。
⑤經多通道功率放大模塊得到功率大小不一的混合信號，實現了單臺任意波形發生器產生混合信號的目的。該方法減少了儀器數量，降低成本和從根本上避免了三階交調失真的發生。
實施例2：so-a類ais船臺互調抑制性能檢測的混合信號產生
一種利用任意波形發生器同時產生ais信號和幹擾信號的裝置(見圖1)，其特徵在於它包括計算機單元、任意波形發生器單元和多通道功率放大電路單元；其中，所述任意波形發生器單元是由1臺任意波形發生器構成；所述計算機單元採集被測船臺信息，並將其處理後的信息傳遞給任意波形發生器單元；所述多通道功率放大電路單元的輸入端接收任意波形發生器單元的輸出端的輸出信號，其輸出端輸出控制信號給被測船臺。
所述任意波形發生器單元的輸出端的輸出信號是經iq正交調製後的ais信號和幹擾信號的複雜信號。
所述多通道功率放大電路單元是可以實現頻譜上的多通道功率放大電路單元。
一種利用任意波形發生器同時產生ais信號和幹擾信號的裝置的工作方法(見圖3)，其特徵在於它包括以下步驟：
①利用計算機產生ais信號(用sais(t)表示)的基帶信號i和基帶信號q；
sais(t)＝i0·cosωct-q0·sinωct
其中，i0＝cosφ(t)，q0＝sinφ(t)
②so-a類ais船臺互調性能分析中，幹擾信號不再像同道抑制性能中那樣只有一個，而是有三個，分別為：
(1)產生頻偏為±3khz的400hz的調頻信號，並調整到ais信道±500khz作為第一個和第二個幹擾信號；
(2)未經調製，並調整到ais信道±1000khz處作為第三個和第四個幹擾信號；
(3)未經調製，並調整到ais信道±5.725mhz處作為第五個和第六個幹擾信號；
通過計算機分別產生這六個幹擾信號的i分量和q分量；＝
在+500khz處的信號的幹擾信號sfm1(t)表示為：
sfm1(t)＝ifm1·cos(ωct)－qfm1·sin(ωct)
其中，ifm1＝afm1·cos(106πt+7.5sin(800πt))，
qfm1＝afm1·sin(106πt+7.5sin(800πt))
在-500khz處的信號的幹擾信號sfm2(t)表示為：
sfm2(t)＝ifm2·cos(ωct)－qfm2·sin(ωct)
其中，ifm2＝afm2·cos(7.5sin(800πt)-106πt)，
qfm2＝afm2·sin(7.5sin(800πt)-106πt)
在+1000khz處的信號的幹擾信號sn1(t)表示為：
sn1(t)＝in1·cos(ωct)－qn1·sin(ωct)
其中，in1＝an1·cos(2×106π·t)，
qn1＝an1·sin(2×106π·t)
在-1000khz處的信號的幹擾信號sn2(t)表示為：
sn2(t)＝in2·cos(ωct)－qn2·sin(ωct)
其中，in2＝an2·cos(2×106π·t)，
qn2＝-an2·sin(2×106π·t)
在+5.725mhz處的信號的幹擾信號sn3(t)表示為：
sn3(t)＝in3·cos(ωct)－qn3·sin(ωct)
其中，in3＝an3·cos(1.145×107π·t)，
qn3＝an3·sin(1.145×107π·t)
在-5.725mhz處的信號的幹擾信號sn4(t)表示為：
sn4(t)＝in4·cos(ωct)－qn4·sin(ωct)
其中，in4＝an4·cos(1.145×107π·t)，
qn4＝-an4·sin(1.145×107π·t)
其中，afm1afm2an1an2an3an4表示各個幹擾信號相應i分量和q分量的幅值；
③將ais信號與幹擾信號的i分量和q分量分別對應相加，得到新的i分量和q分量，將新生成的i和q兩個分量通過計算機編程下載至任意波形發生器中，通過計算機控制任意波形發生器進行iq調製，得到的信號恰好等於ais信號和幹擾信號之和；
互調i分量等於各個幹擾信號的i分量的總和，互調q分量等於各個幹擾信號的q分量的總和，公式表示如下：
ihutiao＝ifm1+ifm2+in1+in2+in3+in4，
qhutiao＝qfm1+qfm2+qn1+qn2+qn3+qn4
混合信號的i分量等於ais信號的基帶i分量i0和上述各個幹擾信號的i分量之和，混合信號的q分量等於ais信號的基帶q分量q0和上述各個幹擾信號的q分量之和，用公式表示如下：
i＝i0+ihutiao
q＝q0+qhutiao
另外，任意波形發生器所產生的i分量和q分量經正交調製得到ais信號和幹擾信號的推導過程表示如下：
i·cos(ωct)-q·sin(ωct)
＝i0·cos(ωct)+ihutiao·cos(ωct)-q0·sin(ωct)-qhutiao·sin(ωct)
＝[i0·cos(ωct)-q0·sin(ωct)]+[ihutiao·cos(ωct)-qhutiao·sin(ωct)]
＝sais+shutiao(t)
④將任意波形發生器輸出的信號輸出至多通道功率放大模塊，見圖6(其中虛柱表示ais信號的放大倍數，實柱表示各個幹擾信號的放大倍數)。經過多通道功率放大模塊的信號即為測量信號；
⑤經多通道功率放大模塊得到功率大小不一的混合信號，實現了單臺任意波形發生器產生混合信號的目的；該方法減少了儀器數量，降低成本和從根本上避免了三階交調失真的發生。
實施例3：cs-b類ais船臺互調抑制性能檢測的混合信號的產生
一種利用任意波形發生器同時產生ais信號和幹擾信號的裝置(見圖1)，其特徵在於它包括計算機單元、任意波形發生器單元和多通道功率放大電路單元；其中，所述任意波形發生器單元是由1臺任意波形發生器構成；所述計算機單元採集被測船臺信息，並將其處理後的信息傳遞給任意波形發生器單元；所述多通道功率放大電路單元的輸入端接收任意波形發生器單元的輸出端的輸出信號，其輸出端輸出控制信號給被測船臺。
所述任意波形發生器單元的輸出端的輸出信號是經iq正交調製後的ais信號和幹擾信號的複雜信號。
所述多通道功率放大電路單元是可以實現頻譜上的多通道功率放大電路單元。
一種利用任意波形發生器同時產生ais信號和幹擾信號的裝置的工作方法(見圖4)，其特徵在於它包括以下步驟：
①利用計算機產生ais信號sais(t)的i分量i0和q分量q0；
sais(t)＝i0·cosωct-q0·sinωct
其中，i0＝cosφ(t)，q0＝sinφ(t)
②cs-b類ais船臺互調性能分析中，幹擾信號有四個，分別為：
(1)產生頻偏為±3khz的400hz的調頻信號，並調整到ais信道±100khz作為第一個幹擾信號sfm1(t)和第二個幹擾信號sfm2(t)；
(2)未經調製，並調整到ais信道±50khz處作為第三個幹擾信號sn1(t)和第四個幹擾信號sn2(t)；
通過計算機分別產生這四個幹擾信號的i分量和q分量；
sfm1(t)＝ifm1·cos(ωct)－qfm1·sin(ωct)
其中，ifm1＝afm1·cos(2·105πt+7.5sin(800πt))，
qfm1＝afm1·sin(2·105πt+7.5sin(800πt))
sfm2(t)＝ifm2·cos(ωct)－qfm2·sin(ωct)
其中，ifm2＝afm2·cos(7.5sin(800πt)-2·105πt)，
qfm2＝afm2·sin(7.5sin(800πt)-2·105πt)
sn1(t)＝in1·cos(ωct)－qn1·sin(ωct)
其中，in1＝an1·cos(105π·t)，
qn1＝an1·sin(105π·t)
sn2(t)＝in2·cos(ωct)－qn2·sin(ωct)
其中，in2＝an2·cos(105π·t)，
qn2＝-an2·sin(105π·t)
註：其中afm1afm2an1an2表示各個幹擾信號相應i分量和q分量的幅值
③將ais信號與幹擾信號的i分量和q分量分別對應相加，得到新的i分量和q分量，將新生成的i和q兩個分量通過計算機編程下載至任意波形發生器中，通過計算機控制任意波形發生器進行iq調製，得到的信號恰好等於ais信號和幹擾信號之和；
互調i分量等於各個幹擾信號的i分量的總和，互調q分量等於各個幹擾信號的q分量的總和，公式表示如下：
ihutiao＝ifm1+ifm2+in1+in2，
qhutiao＝qfm1+qfm2+qn1+qn2，
混合信號的i分量等於ais信號的基帶i分量i0與上述各個幹擾信號的i分量之和，混合信號的q分量等於ais信號的基帶q分量q0與上述各個幹擾信號的q分量之和，用公式表示如下：
i＝i0+ihutiao
q＝q0+qhutiao
另外，任意波形發生器所產生的i分量和q分量經正交調製得到ais信號和幹擾信號的推導過程表示如下：
i·cos(ωct)-q·sin(ωct)
＝i0·cos(ωct)+ihutiao·cos(ωct)-q0·sin(ωct)-qhutiao·sin(ωct)
＝[i0·cos(ωct)-q0·sin(ωct)]+[ihutiao·cos(ωct)-qhutiao·sin(ωct)]
＝sais+shutiao(t)
④將任意波形發生器輸出的信號輸出至多通道功率放大模塊，見圖7(其中虛柱表示ais信號放大倍數，實柱表示各個幹擾信號的放大倍數)；經過多通道功率放大模塊的信號即為測量信號；
⑤經多通道功率放大模塊得到功率大小不一的混合信號，實現了單臺任意波形發生器產生混合信號的目的；該方法減少了儀器數量，降低成本和從根本上避免了三階交調失真的發生。