一种气象传真信号的数字化方法.pdf

本发明公开了一种气象传真信号的数字化方法，该方法主要包括以下步骤：(1)将模拟信号转换成数字信号并传输到上位机；(2)首先寻找接收到的数字信号相应的图像头；(3)找到相应图像的行头，并连续接收相应的图像信号；(4)判断整个信号接收是否完成，若完成，整个接收过程结束，转入步骤(5)，若没有，回到步骤(3)；(5)根据接收到的图像信号，形成图像文件。本发明，解决了气象模拟信号到数字信号的转换，并存储成BMP文件，有利于整个航线的气象分析，并为航线建议提供数据支持。

1、  一种气象传真信号的数字化方法，其特征在于，该方法主要包括以下步骤：
(1)通过模拟信号采集和处理装置接收模拟信号，并转换处理成数字信号，并通过阈值处理形成二值信号，后传送到上位机；
(2)上位机首先根据气象传真信号的起始信号特点在接收到的信号中找到相应的图像起始头；
(3)根据图像信号每行行头的特点找到相应图像的行头，并连续接收相应的图像信号，该图像信号接收完后重新检索行头或图像尾信号；
(4)根据图像尾信号的格式和特点判断整个信号接收是否完成，若完成，整个接收过程结束，转入步骤(5)，若没有，回到步骤(3)；
(5)整理接收的数据，形成图像文件。

2、  根据权利要求1所述的一种气象传真信号的数字化方法，其特征在于，所述步骤(1)中的模拟信号采集和处理装置由模拟信号数字化及USB接口两部分组成。

3、  根据权利要求2所述的一种气象传真信号的数字化方法，其特征在于，所述模拟信号数字化部分，将输入的模拟信号首先经过低通滤波，再通过ARM微控制器的片内ADC采集气象传真信号并将其转为数字信号；采集时间利用定时中断精确控制，固定为0.55ms；采集到的数字信号经过处理后传输到USB接口部分。

4、  根据权利要求2或3所述的一种气象传真信号的数字化方法，其特征在于，所述USB接口部分，采用工业级低功耗USB转UART的单芯片桥接器，用于模拟信号数字化部分与上位机的数据传输。

5、  根据权利要求1所述的一种气象传真信号的数字化方法，其特征在于，所述步骤(2)中起始信号为300赫兹的方波信号。

6、  根据权利要求1所述的一种气象传真信号的数字化方法，其特征在于，所述步骤(2)中数字信号的特点为持续C1个“0”和C1个“1”交替出现，所述C1＝1/300/2×采样频率。

7、  根据权利要求1所述的一种气象传真信号的数字化方法，其特征在于，所述步骤(3)中行头的特点为连续20.3ms的黑线，即信号中有C2个连续“0”，所述C2＝20.3ms×采样频率。

8、  根据权利要求1所述的一种气象传真信号的数字化方法，其特征在于，所述步骤(4)中图像尾信号的格式为450赫兹的方波，该尾信号的特点为连续C3个“0”和C3个“1”，所述C3＝1/450/2×采样频率。

9、  根据权利要求1所述的一种气象传真信号的数字化方法，其特征在于，所述步骤(5)中图像文件为BMP格式。

一种气象传真信号的数字化方法
技术领域：
本发明涉及数字信号的处理方案，特别涉及一种将接收到的气象传真信号进行数字化的方法。
背景技术：
随着全球经济的快速增长和经济一体化进程的加速，海上运输量迅猛增长，据统计，全球有90％的货物贸易是通过海上运输完成的，日益繁忙的海上交通以及海上人命、财产、环境等因素的影响，促使海上运输向自动化、信息化和安全发展。气象信息是海上安全航行的重要信息之一，目前船舶在海上航行接受的气象信息主要来源于短波气象传真机，它通过接受各个气象台发布的短波信号，通过热敏传真纸打印出来，作为船舶航行的参考。由于是模拟信号，只能即时处理，不能存储。
由于计算机技术、信息处理技术的快速发展，船上的计算机、IBS等先进设备配备齐全，将气象传真信号通过数字化处理后，存储到计算机中，成为可能。存储后的气象信号，有利于整个航线的气象分析，并为航线建议提供数据支持。
发明内容：
本发明针对现有气象信号处理方法所存在的问题，而提出了一种气象传真信号的数字方法；该方法解决了气象模拟信号到数字信号的转换，通过分析气象传真信号的特点，完成了信号到图象的转换，同时设计了USB的硬件接口设备，可以方便的将气象传真信号传输到电脑中，存储成BMP文件，方便查看。
为了达到上述目的，本实用新型所提供的解决方案：一种气象传真信号的数字化方法，该方法主要包括以下步骤：
(1)通过模拟信号采集和处理装置接收模拟信号，并转换处理成数字信号，并通过阈值处理形成二值信号，后传送到上位机；
(2)上位机首先根据气象传真信号的起始信号特点在接收到的信号中找到相应的图像起始头；
(3)根据图像信号每行行头的特点找到相应图像的行头，并连续接收相应的图像信号，该图像信号接收完后重新检索行头或图像尾信号；
(4)根据图像尾信号的格式和特点判断整个信号接收是否完成，若完成，整个接收过程结束，转入步骤(5)，若没有，回到步骤(3)；
(5)整理接收的数据，形成图像文件。
所述步骤(1)中的模拟信号采集和处理装置由模拟信号数字化及USB接口两部分组成。
所述模拟信号数字化部分，将输入的模拟信号首先经过低通滤波，再通过ARM微控制器的片内ADC采集气象传真信号并将其转为数字信号；采集时间利用定时中断精确控制，固定为0.55ms；采集到的数字信号经过处理后传输到USB接口部分。
所述USB接口部分，采用工业级低功耗USB转UART的单芯片桥接器，用于模拟信号数字化部分与上位机的数据传输。
所述步骤(2)中起始信号为300赫兹的方波信号。
所述步骤(2)中数字信号的特点为持续C1个“0”和C1个“1”交替出现，所述C1＝1/300/2×采样频率。
所述步骤(3)中行头的特点为连续20.3ms的黑线，即信号中有C2个连续“0”，所述C2＝20.3ms×采样频率。
所述步骤(4)中图像尾信号的格式为450赫兹的方波，该尾信号的特点为连续C3个“0”和C3个“1”，所述C3＝1/450/2×采样频率。
所述步骤(5)中图像文件为BMP格式。
根据上述技术方案得到的本发明，解决了气象模拟信号到数字信号的转换，通过分析气象传真信号的特点，完成了信号到图象的转换，同时设计了USB的硬件接口设备，可以方便的将气象传真信号传输到电脑中，存储成BMP文件，有利于整个航线的气象分析，航线建议提供数据支持。
附图说明：
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
图1为本发明的原理框图。
图2为气象传真信号的格式示意图。
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
目前船舶在海上航行接受的气象信息主要来源于短波气象传真机，它通过接受各个气象台发布的短波信号，通过热敏传真纸打印出来，作为船舶航行的参考。由于是模拟信号，只能即时处理，不能存储。本发明针对这样的问题，而提供了一种能够将接收到的气象传真信号进行数字化，并进行存储的方法；该方法的实施如图1所示。
气象传真的模拟信号格式如图2所示，其模拟信号采集和处理装置进行模拟信号整形，采样，量化，然后打包通过USB接口传输到上位机。在上位机中，在通过相应软件，按照信号的格式解出图像头，行头，最终形成图像文件，以BMP格式存储。
模拟信号采集和处理装置中包括：
模拟信号数字化装置：模拟信号输入首先经过低通滤波，然后通过ARM微控制器的片内ADC采集气象传真信号并将其转为数字信号。采集时间利用定时中断精确控制，固定为0.55ms。采集到的数字信号经过处理后传输到USB接口部分。
USB接口：采用工业级低功耗USB转UART的单芯片桥接器。
上位机中对接收到的数字信号的处理方法具体如下：
(1)首先判断接收到传真信号的起始信号，根据起始信号的特点可以知道，起始信号是300赫兹的方波信号；根据采样频率和起始信号的特点可以得到数字信号的特点：方波信号的数字信号特点是持续C1个“0”和C1个“1”交替出现，C1＝1/300/2×采样频率；根据上述数字信号特点找到具有相应特点的信号，即找到图像头。
(2)在找到相应的图像头后，判断图像信号每一行的头，该行头的特点是连续20.3ms的黑线，即信号有C2个连续“0”，C2＝20.3ms×采样频率；根据行头特点找到图像相应的行头，找到行头时，可以连续接收475ms的图像信号，这部分信号已经按照采样频率将模拟信号转换成二值信号；等到475ms结束时，再重新检索行头或图像尾信号。
(3)根据图像尾的信号格式和特点判断接收是否结束，该图像尾信号是450赫兹的方波，其特点为有连续C3个“0”和C3个“1”，C3＝1/450/2×采样频率；判断是否有上述的周期信号，若有，整个接收过程结束，若没有，回到步骤(2)。
(4)接收结束后，整理接收的数据，根据图像文件BMP的格式特点形成BMP图像文件。
根据上述技术方案将传真的模拟信号采样离散得到数字信号后，通过USB接口送到电脑主机，电脑主机通过软件解出图像信号，并存储在电脑上。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。