本发明涉及通信技术领域,公开了一种选择性呼叫方法。该方法包括以下步骤,发送端根据选择呼叫代码获得发送端特定频率,并生成具有发送端特定频率的呼叫信号,并将该呼叫信号经过短波信道传输;接收端接收并检测确认呼叫信号,并将所述呼叫信号的频率与接收端特定频率比较,确定发送端是否发送了接收端的选择呼叫信号。本发明技术方案采用软件实现,可移植性较强;同时能够满足选择性呼叫信号的频率要求和频偏要求。在仿真实际飞行环境下,同步概率可以达到99%以上,正确解调率可以达到95%以上。
1.一种选择性呼叫方法,其特征在于,发送端根据选择呼叫代码获得发送端特定频率,并生成具有发送端特定频率的呼叫信号,并将该呼叫信号经过短波信道传输;接收端接收并检测确认呼叫信号,并将所述呼叫信号的频率与接收端特定频率比较,确定发送端是否发送了接收端的选择呼叫信号。
2.如权利要求1所述的选择性呼叫方法,其特征在于,所述生成具有发送端特定频率的呼叫信号包括:首先根据呼叫代码获得发送端特定频率;其次通过一阶线性插值方法生成相应的单音信号;最后所述单音信号根据协议规定的格式形成呼叫信号。
3.如权利要求1所述的选择性呼叫方法,其特征在于,所述生成具有发送端特定频率的呼叫信号包括:首先根据呼叫代码获得发送端特定频率;其次通过调用Matlab的库函数sin()或者C语言的math库中的函数sin()生成相应的单音信号;最后所述单音信号根据协议规定的格式形成呼叫信号。
4.如权利要求1所述的选择性呼叫方法,其特征在于,所述接收端对接收到的所述发送信号进行检测是指:检测接收到的是信号还是噪声;当检测到是信号后,再判定该信号是否为接收端的选择呼叫信号。
5.如权利要求4所述的选择性呼叫方法,其特征在于,所述检测接收到的是信号还是噪声是采用信号和噪声幅度比设定门限的方法来判定。
6.如权利要求5所述的选择性呼叫方法,其特征在于,所述信号和噪声幅度比设定门限的方法具体指:对接收信号截取896个点进行多次滑动窗为64的128点FFT;对其结果求均值,用均值的两个峰值的均值除以其他值的均值,得到幅度的信号噪声比,设定门限判断是否为选择呼叫信号。
7.如权利要求1所述的选择性呼叫方法,其特征在于,所述确定发送端是否发送了接收端的选择呼叫信号是通过两个双音的检测来实现,如果检测到的两个双音都与接收端频率相符,判定就是接收端的选择呼叫信号。
8.如权利要求7所述的选择性呼叫方法,其特征在于,所述两个双音检测包括如下步骤:首先,对接收到的信号做256点的FFT,对求得的若干组FFT结果求均值;其次,求出的平均FFT结果中寻找两个最大值maxX和maxY,根据接收端频谱分辨率,求出两个最大值对应的频率值及频率差值,即两个呼叫单音频率及其频差;最后,同时满足下述条件则判定双音为接收端选择呼叫信号中的一个双音,两个双音都满足下述条件即判定为接收端选择呼叫信号:条件一,接收端两个本机单音频差和两个呼叫单音频差的差值在一个频谱分辨率范围内;条件二,两个本机单音频率和两个呼叫单音频率的两个对应差值,同时小于等于75Hz与两倍频谱分辨率之和,所述对应差值是指较大的本机单音频率与较大的呼叫单音频率的差值,或较小的本机单音频率与较小的呼叫单音频率的差值。技术领域
本发明涉及通信技术领域,更具体地涉及一种选择性呼叫方法。
背景技术
飞机上的选择呼叫系统都有一个特定的四位字母代码,每个字母等同于不同的单音频信号(见表1,单音频率和选择编码表),地面呼叫中心知悉所有其管辖范围内的飞机的选择呼叫代码。首先由地面的HF或VHF向要进行呼叫的飞机发出呼叫信号,脉冲包含四字代码(见图1),而飞机上的通信系统都已调在指定的频率上,飞机上的HF或VHF接收来自地面的呼叫信号,如果呼叫代码与飞机的选择呼叫代码相同,则译码器把驾驶舱信号灯和音响器接通,通知驾驶员进行通话;如果呼叫代码与飞机代码不相符,飞机则继续侦听来自于地面的呼叫。表1 xa0xa0字母
xa0xa0频率(Hz)
xa0xa0Log
xa0xa0BCD码字
xa0xa0A
xa0xa0312.6
xa0xa02.495
xa0xa00001
xa0xa0B
xa0xa0346.7
xa0xa02.540
xa0xa00010
xa0xa0C
xa0xa0384.6
xa0xa02.585
xa0xa00011
xa0xa0D
xa0xa0426.6
xa0xa02.630
xa0xa00100
xa0xa0E
xa0xa0473.2
xa0xa02.675
xa0xa00101
xa0xa0F
xa0xa0524.8
xa0xa02.720
xa0xa00110
xa0xa0G
xa0xa0582.1
xa0xa02.765
xa0xa00111
xa0xa0H
xa0xa0645.7
xa0xa02.810
xa0xa01000
xa0xa0J
xa0xa0716.1
xa0xa02.855
xa0xa01001
xa0xa0K
xa0xa0794.3
xa0xa02.900
xa0xa01010
xa0xa0L
xa0xa0881.0
xa0xa02.945
xa0xa01011
xa0xa0M
xa0xa0977.2
xa0xa02.990
xa0xa01100
xa0xa0P
xa0xa01083.9
xa0xa03.035
xa0xa01101
xa0xa0Q
xa0xa01202.3
xa0xa03.080
xa0xa01110
xa0xa0R
xa0xa01333.5
xa0xa03.125
xa0xa01111
xa0xa0S
xa0xa01479.1
xa0xa03.170
xa0xa00000
表1中每个音的频率为10^Logxa0Hz,音之间的频率间隔为10^0.045Hz,近似值为10.9%。由图1所述的选择呼叫脉冲可以看出,对于选择呼叫信号的判别实际上是对特定频率的两个双音的判别,特定的频率是表1中的所有频率值中的4个不同频率值。对于双音的判别,目前最成熟的技术是DTMF(Doublexa0Tonexa0Multixa0Frequency,双音多频),DTMF是用两个特定的单音频组合信号来代表数字信号以实现其功能的一种编码技术。两个单音频的频率不同,代表的数字或实现的功能也不同。具体来讲,DTMF使用两种频率(每一种频率都从四个频率中选取)来传输数字地址信息。一个有效的DTMF信号由两个音频信号组成,其中,一个来自低频组(697Hz-94lHz),另一个来自高频组(1209Hz-1633Hz),如表2,DTMF信号频率表。经过仔细选取的音频,可以使得它们之间的互调所导致的信号损耗达到最小值。表2 xa0xa0低频组
xa0xa0697Hz
xa0xa0770Hz
xa0xa0852Hz
xa0xa0941Hz
xa0xa0高频组
xa0xa01209Hz
xa0xa01336Hz
xa0xa01477Hz
xa0xa01633Hz
DTMF作为实现电话号码快速可靠传输的一种技术,它具有很强的抗干扰能力和较高的传输速度,因此,可广泛用于电话通信系统中。但是,DTMF技术仍有以下缺点:DTMF主要靠硬件实现,可移植性差;DTMF呼叫信号的频率范围较窄;DTMF只能检测固定频率,即收发两端的频率值相同。
发明内容
为弥补上述缺陷,本发明目的是提出一种选择性呼叫方法。为了达到上述目的,本发明采用以下技术方案予以实现。一种选择性呼叫方法,其特征在于,发送端根据选择呼叫代码获得发送端特定频率,并生成具有发送端特定频率的呼叫信号,并将该呼叫信号经过短波信道传输;接收端接收并检测确认呼叫信号,并将所述呼叫信号的频率与接收端特定频率比较,确定发送端是否发送了接收端的选择呼叫信号。上述技术方案的特点和进一步改进在于:(1)所述生成具有发送端特定频率的呼叫信号包括:首先根据呼叫代码获得发送端特定频率;其次通过一阶线性插值方法生成相应的单音信号;最后所述单音信号根据协议规定的格式形成呼叫信号。(2)所述生成具有发送端特定频率的呼叫信号包括:首先根据呼叫代码获得发送端特定频率;其次通过调用Matlab的库函数sin()或者C语言的math库中的函数sin()生成相应的单音信号;最后所述单音信号根据协议规定的格式形成呼叫信号。(3)所述接收端对接收到的所述发送信号进行检测是指:检测接收到的是信号还是噪声;当检测到是信号后,再判定该信号是否为接收端的选择呼叫信号。(4)所述检测接收到的是信号还是噪声是采用信号和噪声幅度比设定门限的方法来判定。(5)所述信号和噪声幅度比设定门限的方法具体指:对接收信号截取896个点进行多次滑动窗为64的128点FFT;对其结果求均值,用均值的两个峰值的均值除以其他值的均值,得到幅度的信号噪声比,设定门限判断是否为选择呼叫信号。(6)所述确定发送端是否发送了接收端的选择呼叫信号是通过两个双音的检测来实现,如果检测到的两个双音都与接收端频率相符,判定就是接收端的选择呼叫信号。(7)所述两个双音检测包括如下步骤:首先,对接收到的信号做256点的FFT,对求得的若干组FFT结果求均值;其次,再求出的平均FFT结果中寻找两个最大值maxX和maxY,根据接收端频谱分辨率,求出两个最大值对应的频率值及频率差值,即两个呼叫单音频率及其频差;最后,同时满足下述条件则判定双音为接收端选择呼叫信号中的一个双音,两个双音都满足下述条件即判定为接收端选择呼叫信号:条件一,接收端两个本机单音频差和两个呼叫单音频差的差值在一个频谱分辨率范围内;条件二,两个本机单音频率和两个呼叫单音频率的两个对应差值,同时小于等于75Hz与两倍频谱分辨率之和,所述对应差值是指较大的本机单音频率与较大的呼叫单音频率的差值,或较小的本机单音频率与较小的呼叫单音频率的差值。按照选择性呼叫信号的特点,即选择性呼叫信号就是由两个双音和一段间隔组成的信号,所以对选择性呼叫信号的检测就是对两个双音的检测,如果检测到的两个双音都与本地频率相符,就是本机的选择呼叫信号。如何判断是否有选择呼叫信号发送是一个非常重要的问题。在分析了信号的特征后,本发明技术采用信号和噪声幅度比设定门限的方法来判定。因为发送的信号为两个双音,在对接收端信号做FFT后,信号的幅度谱会出现明显的两个峰值,此两个峰值和其他的幅度值存在明显的倍数关系。通过仿真发现有发送双音和纯噪声时FFT后的峰值存在很大的差别,有信号时峰值要比其他值大的多,而噪声时两个峰值和其他幅度值没有明显的倍数关系,幅度值分布比较均匀。本发明技术方案选择性呼叫方法采用软件实现,可移植性较强;选择性呼叫信号的频率组有16个频率值,现有技术DTMF的频率组只有8个频率值,选择性呼叫方法传输信号的频率范围较宽。DTMF只能检测固定频率,选择性呼叫系统具有-75~75Hz的频偏,即接收端信号的频率和发送端信号的频率值不同。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细说明。图1为现有技术选择呼叫代码的形成示意图;图2为本发明实施例中发送端发送选择呼叫信号流程示意图;图3为本发明实施例中接收端接收选择呼叫信号流程示意图;图4为本发明实施例中双音检测流程示意图。
具体实施方式
本发明技术方案主要思想是:发送端根据选择呼叫代码获得发送端特定频率,并生成具有发送端特定频率的呼叫信号,并将该呼叫信号经过短波信道传输;接收端接收并检测确认呼叫信号,并将所述呼叫信号的频率与接收端特定频率比较,确定发送端是否发送了接收端的选择呼叫信号。选择呼叫方法包括发送端信号的产生和接收端信号的解调和判定,是以软件方式来实现的。由于选择呼叫代码的最高频率为1479.1Hz,根据采样定理和通用性原则,此处选择采样率为3600Hz。首先根据选择的码字获得相应的频率,通过一阶线性插值或者调用库函数的方法生成相应的单音信号,4个单音信号按照发送码字的格式形成发送信号。发送端发送选择呼叫信号流程如图2所示:S201:待接收飞机的选择呼叫代码;S202:单音查表得到相应的频率;S203:通过一阶线性插值或者调用库函数的方法生成单音;S204:4个单音信号加已知音形成发音信号;S205:发送该信号。一阶线性生成法和库函数生成法具体如下:其中,一阶线性插值法,首先生成一个1024点的单音信号表,此单音信号的频谱分辨率为Fv=3600/1024=3.5156;再根据发送8421BCD码字找到对应的单音信号频率,使用一阶线性插值的方法生成长为1s的单音信号;最后根据协议规定的格式(图4所示)生成发送脉冲。具体的方法是:首先由单音的频率值f除以频谱分辨率Fv得到采样间隔,每隔一个采样间隔得到一个采样值,取出采样值的整数部分i和小数部分d,根据i的值求出其在单音信号表中的位置x1以及i+1在单音信号表中的位置x2,并求出这两个位置点的差x,按照以下公式求出单音信号的采样点:Tone(j)=x1+d*x,根据采样间隔按照同样的方法求出下一个采样值,如果采样值大于单音信号表的长度,则对其进行1024点取模,继续计算。上述方法经过测试1024点的单音信号表生成的信号失真在1Hz之内,可提高单音信号表的点数降低失真。其中,sin()函数直接生成法,使用Matlab的库函数sin()或者C语言的math库中的函数sin()可以直接生成需要的单音,生成单音的公式为:Tone=sin(2*PI*f*t/fs),f是单音信号的频率,fs为采样率。上述方法在matlab仿真环境下生成的单音的失真在10^-13Hz之内,能够很好的满足需求。接收端译码器处于常收阶段,对收到的信息进行检测,即检测是信号还是噪声。当检测到信号后,由于信号是包含一段间隔的两个双音,对接收到的信号进行两次双音检测,双音检测使用256点的FFT实现,进行FFT变换后,由FFT的峰值位置求出双音中两个频率差值,与本机频率比较计算差值从而确定发送端是否发送了本机的选择呼叫代码。接收端接收选择呼叫信号流程如图3所不:S301:接收端接收信号;S302:对接收到的信号进行检测;S303:判断是否为信号,如果是,则进入S304,否则,转入步骤S302;S304:进行第一次双音检测;S305:判断是否为本机选择呼叫代码的第一个双音,如果是,进入步骤S306,否则,转入步骤S301;S306:进行第二次双音检测;S307:判断是否为本机选择呼叫代码的第二个双音,如果是,进入步骤S308,如果否,转入步骤S301;S308:信号传输成功,开始通信。如何判断是否有选择呼叫音发送是一个非常重要的问题。在分析了信号的特征后,此处采用信号和噪声幅度比设定门限的方法来判定。因为发送的信号为两个双音,在对接收端信号做FFT后,信号的幅度谱会出现明显的两个峰值,此两个峰值和其他的幅度值存在明显的倍数关系。通过仿真发现有发送双音和纯噪声时FFT后的峰值存在很大的差别,有信号时峰值要比其他值大的多,而噪声时两个峰值和其他幅度值没有明显的倍数关系,幅度值分布比较均匀。目前采用对接收信号截取896个点(0.25秒)进行多次滑动窗为64的128点FFT,结果求均值,用均值的两个峰值的均值除以其他值(去掉两个最大值和其左右两个旁瓣共六个值后剩余的所有值)的均值,得到幅度的信号和噪声幅度比,设定门限判断是否为选择呼叫信号。在确认收到的是选择呼叫信号后,就要判断此信号是不是本机的选择呼叫信号。按照选择性呼叫信号的特点,即选择性呼叫信号就是由两个双音和一段间隔组成的信号,所以对选择性呼叫信号的检测就是对两个双音的检测,如果检测到的两个双音都与本机频率相符,就是本机的选择呼叫信号。其中,双音检测流程如图4所示:S401:进行256点的FFT变换;双音检查采取对接收到的信号做每128滑动的256点的FFT,对求得的若干组FFT结果求均值。相当于每次用矩形窗截取256点,为了减少频偏泄露,做128的窗口滑动,等于每次重叠前一个窗的一半数据;所有FFT结果求均值是为了压低噪声,突出信号。S402:寻找两个峰值及其位置;接着在求出的平均FFT结果中,寻找两个最大值的位置maxX和maxY。S403:求两个(呼叫)单音频率和两个(呼叫)单音频差;根据接收端频谱分辨率为3600/256=14.0625,求出两个最大值对应的频率值(两个呼叫单音频率),并求两个最大值对应的频率值的差值(即两个呼叫单音频差)。S404:根据本机频率进行判定。根据选择呼叫系统的频偏范围-75Hz~75Hz以及两个本机单音频率和频差,按照以下规则对解调出的信号是否是本机的选择呼叫信号进行判断:两个本机单音频差和两个呼叫单音频差的差值在一个频谱分辨率范围内;两个本机单音频率和两个呼叫单音频率的两个对应差值,同时小于等于75Hz与两倍频谱分辨率之和。上述对应差值是指较大的本机单音频率与较大的呼叫单音频率的差值,或较小的本机单音频率与较小的呼叫单音频率的差值。同时满足上述两个条件即判定双音为本机选择呼叫信号中的一个双音,两个双音都满足条件即判定为本机选择呼叫信号。本发明技术方案选择性呼叫方法采用软件实现,可移植性较强;选择性呼叫信号的频率组有16个频率值,现有技术DTMF的频率组只有8个频率值,选择性呼叫方法传输信号的频率范围较宽;DTMF只能检测固定频率,选择性呼叫系统具有-75~75Hz的频偏,即接收端信号的频率和发送端信号的频率值不同。同时能够满足选择性呼叫信号的频率要求和频偏要求;在仿真实际飞行环境下,同步概率可以达到99%以上,正确解调率可以达到95%以上;频偏范围:-75~75Hz;幅度输入的动态范围:30dB;接收信号衰落最大2dB;白噪声:0~5000Hz,信噪比-6dB;其它按倍频程-6dB递减;频率漂移最大为±0.15%;接收信号时长1.0±0.25s,间隔0.2±0.1s。本发明还有多种实施方式,但凡在本发明的精神和实质范围内,所作的任何改变、等同替换、改进,均在本发明的保护范围之内。