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自动识别系统接收机及包括该自动识别系统接收机的卫星有效载荷技术方案

技术编号:7842411 阅读:205 留言:0更新日期:2012-10-13 00:38
一种自动识别系统-AIS-接收机,其包括至少一个处理部(PS1,PS2),所述至少一个处理部(PS1,PS2)用于对包含在所接收的信号中的AIS消息进行同步、解调并且检测,所述处理步骤是针对跨越AIS信道(CH1,CH2)的多个频率子带(SB1,SB2,SB3)分别执行的;接收机的特征在于:所述子带相互重叠;并且所述或每个处理部适用于基于从沿着与各自辅信号路径进行传播的所接收的信号的经滤波的复本获得的定时误差估计和载波频率估计来对每个子带中的所述AIS消息进行同步、解调和检测。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及ー种自动识别系统(AIS)接收机,其特别适合在航天器中使用。本专利技术还涉及ー种包括这种接收机的卫星通信有效载荷。
技术介绍
为了向海上船只和岸上站点提供识别和定位信息以便交換包括位置,识别,路线,速度等在内的不同类型数据,而设计了ー种自动识别系统(AIS)通信系统。一方面,这允许船只通过使用数个导航辅助的连续交通监视,而在海上预见并且因此避免冲突;另ー方面,AIS还向海岸警卫或搜救组织提供重要的船只监视服务。 配备有AIS设备的每艘船在26. 67ms的小时隙内广播信息(数据)。在这些时隙中的每个时隙内,256比特的消息是使用GMSK(ニ进制高斯最小频移键控)调制在两个VHF载波上以9600b/s的速率进行传输的。附近的AIS发射机彼此同步以免发生分组冲突,即不同发射机在同一时隙内发射不止一个分组(时隙是在由GPS提供的公共时间參考的基础上全球定义的)。结果,形成了自组织时分多址(SOTDMA)区域。每个SOTDMA区域设计用于处理不超过12比特的路径延迟,其转化为最大约200海里的范围,但是通常情况下,射频覆盖范围局限于大约40海里。在这个范围内,所有可见范围的船只都使用SOTDMA协议来进行发送,该协议确保防止由不同船只发送的突发产生冲突。近来,人们增加了对离海岸线的距离比通常的陆地VHF通信所实现的距离远的船只进行检测并且跟踪的兴趣。这些远程应用的要求(例如,更好地处理危险货物、改善的安全性和打击非法操作)提出了对离海岸很远的船只进行检測。基于AIS的卫星是作为ー种有希望的解决方案而提出以克服陆地VHF覆盖范围的限制,其具有在地球上的任何指定区域提供AIS检测服务覆盖范围的潜能。尤其是,海拔范围在600km-1000km的小尺寸卫星的近地轨道(LEO)星座可以提供全球覆盖。每个卫星提供有机载小型VHF天线,机载小型VHF天线的视野范围跨越数千海里,并且包括高达数百个的SOTDMA小区。目前正在进行多个项目(公共的或自发的),以对AIS信号的卫星接收的概念进行分析。还进行了ー些尝试。总的来说,倘若使用了有效的接收机技术,则新型系统是可行。然而,基于卫星的AIS必须面对原AIS标准中尚未考虑的额外技术挑战-来自属于SOTDMA小区的船只的AIS消息不同歩,并且因此会发生冲突;-相对于发射机的卫星运动诱发了载波频率的显著多普勒频移;-信噪比(Eb/NQ)低于陆地AIS;-任何给定时刻可视船群之间的相对传播信道延迟比陆地AIS高得多。文献Rl描述了ー种基于传统2-比特差分解调器实现在FPGA上的星载AIS接收机。该接收机具有简单的优点,但是其在作为信噪比(Eb/N。)函数的误码率(BER)或误包率(PER)方面的性能以及其同信道干扰的敏感度不尽如人意。如果考虑到不完全载波频率恢复和定时同步,性能甚至变得更糟糕。文献WO 2007/143478描述了ー种用于使用AIS来检测并且监视全球海上运输的天基网络。该文献没有详细披露任何具体的AIS接收架构。然而,其建议使用多普勒频差和干扰消除解决来自不协调的AIS发射器的冲突消息的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供ー种具有改善的性能(尤其是作为信噪比的函数的BER或PER和抗干扰能力方面)并且结构相对简单的用于检测来自太空的AIS信号的接收机。本专利技术的目的是ー种自动识别系统-ALS-接收机,其包括至少ー个(优选为两个, 针对每个AIS信道ー个)处理部,所述至少一个处理部用于同步,解调并且检测包含在所接收的信号中的AIS消息,针对跨越AIS信道的多个频率子带,所述处理步骤是分别执行的。所述接收机的特征在于所述子带相互重叠;所述或每个处理部适用于并且经优化以基于从所接收的信号的经过滤的复本获得的定时误差和载波频率估计来对每个子带内的所述AIS消息进行同步、解调和检测,所接收的信号是沿着各个辅信号路径进行传播。本专利技术的另一目的是ー种包括这种自动识别系统接收机的卫星通信有效载荷,所述有效载荷适用于接收并且检测遍布在具有大于或等于1000海里的半径的区域上的未经协调的Ais发射器产生的AIS消息。本专利技术的特定实施例构成了从属权利要求的目的。附图说明结合附图,根据下文的描述,本专利技术的额外特征和优势将变得更加显而易见,其中图I示出了 AIS信号的调制器相位响应;图2示出了 AIS信号的基于卫星的检测的概念的简化表示;图3示出了 AIS信号的基于卫星的检测中的突发冲突问题的简化表示;图4示出了卫星AIS有效载荷的覆盖范围内的多普勒频移分布的曲线图;图5示出了根据本专利技术实施例的接收机的高层次框图;图6示出了图5的接收机的射频前端块输出端处的基带AIS信道;图7示出了根据本专利技术优选实施例的AIS信道子带划分;图8示出了图5的接收机的同步块的原理图;图9A,9B和9C是示出了图8的同步块的独立性能(即独立于接收机的其他元件来考虑的块的性能)的曲线图;图10示出了图5的接收机的检测块的原理图;图11是示出了图10的检测块的性能以及这些性能与传统2比特差分解调器的性能相比较的曲线图;图12示出了图5的接收机的帧同步块的原理图;图13示出了图5的接收机中的干扰消除的原理图;图14示出了图5的接收机的再调制块的原理图;图15示出了有干扰的情况下,表征图8的同步块中所使用的频率恢复方案的性能的曲线图;图16A,16B和17是示出了本专利技术的框架中的干扰消除的性能的曲线图。具体实施例方式如下面的表格所描述的,对AIS信号的TDMA(时分多址)帧进行了整理多址接入方法[自组织TDMA ( SOTDMA )TDMA帧长60秒 TDMA帧中时隙数量2250哭发结构训练序列24比特 开始标志8比特 数据高达168比特 帧校丨险序列(FCS): 16比特 结束标志8比特 时间缓冲24比特 船舶报告率2秒至6分钟之间传输功率12.5W (仅针对“A等”船舶)符号率Rb9.6千位/秒工作频带具有每个信道的带宽为25kHz的两个 信道(161·971ΜΗζ 和 162.025MHz )的 VHF每个帧由2250个时隙组成,其中,船只可以发送它们的突发。这里,术语“突发”,“消息”或“分组”将用于指代船只在TDMA时隙中发送的信息数据。TDMA结构在两个频道信道上重复,并且每个船只发射机在两个频道之间跳跃。信号格式由BT (带宽-持续时间)乘积在O. 4和O. 5之间(标称值0· 4)的ニ进制GMSK调制(调制指数等于O. 5)组成「2 E π^α^( - Τ)s(t) = J——s-e 1其中,Es是信号能量,T是符号周期,a i是假设为独立同分布(i. i. d.)随机变量的ニ进制符号,并且q(t)是所谓的“调制器相位响应”,其在图I中针对BT = 0.4来表示。如上所述,基于卫星的AIS不得不面对原AIS标准中未考虑到的额外技术挑战。这些新问题是由于新系统的星载性质而出现的-消息冲突。SOTDMA小区(其中不发生消息冲突)的典型半径约为40nm(海里)。然而,当收到不止ー个SOTDMA小区接收的消息时,自组织结构会丢失。基于卫星的接收机的情况就是这样,因为携带接收机的卫星SAT的视野(FOV)覆盖大量SOTDMA区域,每个SOTDMA区域包括多艘船只,这多艘船只本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.10.23 EP 09290817.71.ー种自动识别系统-AIS-接收机,其包括至少ー个处理部(PS1,PS2),所述至少ー个处理部(PS1,PS2)用于对包含在沿着主信号路径(MSP)传播的所接收的信号中的AIS消息进行解调和检測, 所述接收机的特征在于 所述处理步骤是针对跨越AIS信道(CH1,CH2)的多个频率子带(SB1,SB2, SB3)分别执行的,所述子带相互重叠;并且 所述或每个处理部适于基于所接收的AIS信号的定时估计和载波频率估计来对每个子带中的所述AIS消息进行解调和检测,所述估计是从所接收的信号的经滤波的复本获得的,所接收的信号沿着与所述主信号路径平行的各个辅信号路径(ASP)进行传播。2.根据权利要求I所述的自动识别系统-AIS-接收机,其中,所述处理部包括一组并行的解调器(DM1,DM2,DM3),所述解调器中的每个解调器被配置成对ー个相应子带内的所述AIS消息进行解调和检測。3.根据权利要求I所述的自动识别系统-AIS-接收机,其中,所述处理部包括单个解调器(DMS),所述单个解调器(DMS)被配置用于针对多个所述子带相继地对所述AIS消息进行解调和检测。4.根据权利要求2或3中任一项所述的自动识别系统-AIS-接收机,其中,所述或每个解调器包括同步块(TFS),所述同步块(TFS)具有与主信号路径(MSP)并行的辅信号路径(ASP)的同步块(TFS),其中 所述辅信号路径包括滤波器(LFP)和处理模块(TEE,FR),所述滤波器(LFP)用于从要进行处理的信号的复本中提取所述子带中的一个子带,并且所述处理模块(TEE,FR)用于从经滤波的复本中获得定时估计和频率估计; 所述主信号路径包括用于通过使用所述定时估计和所述频率估计来将要进行处理的信号同步并且转换到基带(INT,MX2)的模块; 并且其中,在所述主信号路径上不提供用于分离一个所述子带的滤波器。5.根据前述权利要求中任一项所述的自动识别系统-AIS-接收机,其中,所述子带中的每个子带都具有等同于所述AIS消息的比特率加上或减去5%的带宽。6.根据权利要求5所述的自动识别系统-AIS-接收机,其中,两个相邻子带的中心之间的距离是所述AIS消息的所述比特率的O. 3倍加上或减去10%。7.根据权利要求6所述的自...

【专利技术属性】
技术研发人员:保罗·布兹歌提A·吉内西
申请(专利权)人:欧洲空间局
类型:发明
国别省市:

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