基于OMAPL138+FPGA射频直接采样气象传真接收机的设计与实现

气象传真信号覆盖全球大部分海域,船舶通过气象传真接收机接收的气象图,在大洋中可以通过接收信息来及时预测对于船舶航行安全性有威胁的台风,海浪等危险因素,以便按时规划或变更船舶的航行路线。气象传真机接收的气象信息对船舶行驶的安全性和航线的选择性都具有重要的意义。现阶段使用的气象传真机多为超外差体系结构,对于模拟信号的处理较为复杂,故障点难以检测,数字化集成度不高。针对现有接收机结构的优缺点,通过分析接收机结构,本文提出了基于软件无线电思想的射频直接采样气象传真接收机设计方案。

采用此方案,射频信号经采样后直接进行数字化处理,不需要再进行模拟解调,在减小体积的同时简化射频前端的设计,提高了系统集成度,降低由于模拟信号处理所带来的故障风险。射频直采气象传真接收机主要由射频前端模块、A/D采样与数字下变频模块、系统控制与数据处理模块三部分构成。其中,射频前端模块由天线匹配保护电路、选频带通滤波电路、高频放大及自动增益放大电路、前端控制电路组成;A/D采样与数字下变频模块由抗混叠滤波与信号调理电路、模数转换器、FPGA组成;系统控制与数据处理模块是基于OMAPL138双核处理器的核心板模块;系统底板为以上模块提供电源电路与外设接口电路。信号大致的处理过程如下:天线接收的射频信号,首先通过前端模块进行带通滤波与信号放大,经A/D采样后在FPGA中完成数字下变频处理,FPGA将数据送入DSP核做差分检波解调处理,DSP通过共享内存区将数据传入ARM核,经ARM核形成的图像数据最终通过以太网上传到上位机界面进行图像显示。本文介绍了射频直接采样气象传真接收机,对比其它结构类型的接收机分析了性能指标,说明了硬件设计原理与软件设计思想,在此基础上完成了系统各个模块的详细分析与设计,最终通过对系统的调试和对结果的分析,验证了射频直采设计方案的正确性。

1 评估板简介

基于TI OMAP-L138（定点/浮点 DSP C674x+ARM9）+ Xilinx Spartan-6 FPGA处理器；
OMAP-L138 FPGA 通过uPP、EMIFA、I2C总线连接，通信速度可高达 228MByte/s；OMAP-L138主频456MHz，高达3648MIPS和2746MFLOPS的运算能力；
FPGA 兼容 Xilinx Spartan-6 XC6SLX9/16/25/45，平台升级能力强；
开发板引出丰富的外设，包含千兆网口、SATA、EMIFA、uPP、USB 2.0 等高速数据传输接口，同时也引出 GPIO、I2C、RS232、PWM、McBSP 等常见接口；
通过高低温测试认证，适合各种恶劣的工作环境；
DSP+ARM+FPGA三核核心板，尺寸为 66mm*38.6mm，采用工业级B2B连接器，保证信号完整性； Ø
支持裸机、SYS/BIOS 操作系统、Linux 操作系统。

图1 开发板正面和侧视图

XM138F-IDK-V3.0 是一款基于深圳信迈XM138-SP6-SOM核心板设计的开发板，采用沉金无铅工艺的4层板设计，它为用户提供了 XM138-SP6-SOM核心板的测试平台，用于快速评估XM138-SP6-SOM核心板的整体性能。

XM138-SP6-SOM引出CPU全部资源信号引脚，二次开发极其容易，客户只需要专注上层应用，大大降低了开发难度和时间成本，让产品快速上市，及时抢占市场先机。不仅提供丰富的 Demo 程序，还提供详细的开发教程，全面的技术支持，协助客户进行底板设计、调试以及软件开发。

2 典型运用领域
数据采集处理显示系统
智能电力系统
图像处理设备
高精度仪器仪表
中高端数控系统
通信设备
音视频数据处理

图2 典型应用领域

3 软硬件参数

开发板外设资源框图示意图

图3 开发板接口示意图

图4 开发板接口示意图