[发明专利]用于机械天线超低频信号频率调制的装置及方法

权利要求书

1.一种用于机械天线超低频信号频率调制的装置，包括信号发射单元、信号调制单元和信号接收单元，所述信号调制单元由基带信号处理模块和可扩展标记语言XML处理模块组成，其特征在于，所述信号发射单元包括驱动器、高速伺服电机和球形永磁体，所述信号接收单元包括信号采集模块、滤波模块、抽样判决模块、巴克码识别模块、基带信号选取模块；所述的信号采集模块输出端与滤波模块输入端相连，滤波模块输出端与抽样判决模块输入端相连，抽样判决模块输出端与巴克码识别模块输入端相连，巴克码识别模块输出端与基带信号选取模块输入端相连；其中：

所述的基带信号处理模块，用于在信号长度为p比特的原始基带信号帧头添加13位巴克码同步序列，组成基带信号，其中，p取值范围为1～115的正整数；在基带信号的比特数小于128位的基带信号帧尾处添加多个比特“0”，将基带信号的比特数补充至128位，得到待发送数据；

所述的可扩展标记语言XML处理模块，生成与待发送数据对应的XML格式文件；

所述驱动器用于将与待发送数据对应的XML格式文件导入，生成与待发送数据对应的包含转速与角度的运动任务；驱动所述高速伺服电机带动所述球形永磁体达到运动任务中设定的转速，所述球形永磁体在该转速下转动到运动任务中设定的角度，旋转过程中所述球形永磁体向外辐射激发与旋转频率同频的动态电磁波，发射全部运动任务执行后的超低频调频信号；

所述的信号采集模块，用于接收超低频调频信号，得到接收信号，生成与接收信号对应的字符分隔值CSV格式文件；

所述的滤波模块，用于对接收信号进行快速傅立叶变换FFT，得到接收信号频谱，从接收信号频谱中提取幅值最大和次大的两个载波频率，使用与两个载波频率匹配的两个带通滤波器分别对接收信号进行滤波，得到两路频率不同的滤波后信号；

所述的抽样判决模块，用于对每路滤波后信号进行等间隔采样10次，得到10组采样序列，每组采样序列起始点为其中，n表示每组采样序列的序号，T_s表示接收信号的符号周期；随机选取一组未选过的采样序列，判断所选采样序列中频率高的滤波后信号与频率低的滤波后信号在同一采样点处的信号幅值，若频率高的滤波后信号幅值大，则将采样序列对应的基带二进制信号在该采样点处的值设置为“1”比特，否则，将该采样点处的值设置为“0”比特；

所述的巴克码识别模块，使用13位巴克码识别器，确定每个设置比特值的基带二进制信号中两个巴克码的位置，将两个位置之间的二进制信号作为该组采样序列对应的同步后序列；

所述的基带信号选取模块，从10组比特位数不同的同步后序列中选取比特位数为115位的任一组，完成解调。

2.根据权利要求1所述装置的一种用于机械天线超低频信号的频率调制方法，其特征在于：驱动器驱动高速伺服电机带动球形永磁体转动，发射超低频调频信号，对接收信号进行解调，恢复基带信号，该方法的步骤包括如下：

(1)对原始基带信号进行预处理：

(1a)基带信号处理模块在信号长度为p比特的原始基带信号帧头添加13位巴克码同步序列，组成基带信号，其中，p取值范围为1～115的正整数；

(1b)基带信号处理模块在基带信号的比特数小于128位的基带信号帧尾处添加多个比特“0”，将基带信号的比特数补充至128位，得到待发送数据；

(1c)可扩展标记语言XML处理模块生成与待发送数据对应的XML格式文件；

(2)生成运动任务：

将与待发送数据对应的XML格式文件导入到驱动器内，驱动器生成与待发送数据对应的包含转速与角度的运动任务；

(3)发射超低频调频信号：

驱动器驱动高速伺服电机带动球形永磁体达到运动任务中设定的转速，球形永磁体在该转速下转动到运动任务中设定的角度，旋转过程中球形永磁体向外辐射激发与旋转频率同频的动态电磁波，发射全部运动任务执行后的超低频调频信号；

(4)生成接收信号的CSV格式文件：

信号采集模块接收超低频调频信号，得到接收信号，生成与接收信号对应的字符分隔值CSV格式文件；

(5)对接收信号进行解调：

(5a)滤波模块对接收信号进行快速傅立叶变换FFT，得到接收信号频谱，从接收信号频谱中提取幅值最大和次大的两个载波频率，使用与两个载波频率匹配的两个带通滤波器分别对接收信号进行滤波，得到两路频率不同的滤波后信号；

(5b)抽样判决模块对每路滤波后信号进行等间隔采样10次，得到10组采样序列，每组采样序列起始点为其中，n表示每组采样序列的序号，T_s表示接收信号的符号周期；

(5c)随机选取一组未选过的采样序列；

(5d)抽样判决模块判断所选采样序列中频率高的滤波后信号与频率低的滤波后信号在同一采样点处的信号幅值，若频率高的滤波后信号幅值大，则将采样序列对应的基带二进制信号在该采样点处的值设置为“1”比特，否则，将该采样点处的值设置为“0”比特；

(5e)使用巴克码识别模块中的13位巴克码识别器，确定每个设置比特值的基带二进制信号中两个巴克码的位置，将两个位置之间的二进制信号作为该组采样序列对应的同步后序列；

(5f)判断是否选择完10组采样序列，若是，则执行步骤(5g)，否则，执行步骤(5c)；

(5g)基带信号选取模块从10组比特位数不同的同步后序列中选取比特位数为115位的任一组，完成解调。