一种用于星载AIS信号接收系统的时隙同步方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于星载AIS信号接收系统的时隙同步方法，包括如下步骤：在一个AIS时隙内，从接收到的连续信号上，每隔一段时间，取出M个一定长度的信号段，对每个信号段分别进行离散傅里叶变换，将时域信号变换为频域信号；将频域信号分别与本地参考频域信号进行相关运算，获得M×N个相关值；从获得的相关值中取最大值，将最大值对应的接收信号段的起始时间作为同步时间，对应的本地的参考信号的频率偏移值作为同步频率点，根据获得的同步时间和同步频率点进行时隙同步。本发明专利技术具有以下有益效果：本发明专利技术能有效地完成星载AIS信号接收系统的时隙同步；本发明专利技术方法步骤简单，易于实现，而且占用资源少，执行效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种用于星载AIS信号接收系统的时隙同步方法
本专利技术属于信号时隙同步
，具体涉及一种用于星载AIS信号接收系统的时隙同步方法。
技术介绍
2002年国际海事组织(IMO)提出船舶自动识别系统(AutomaticIdentificationSystem，AIS)并强制在船舶上应用，AIS是一种安装在船上的电子通讯设备。AIS系统可不间断的广播本船的位置等信息并接收周边船只广播的信号，这样船只就能掌握周边航行的船舶状况，从而保证航行的安全。船舶自动识别系统(AIS)使用SOTDMA通信协议，该协议将一分钟等效为一帧，每帧分为2250个时隙，一个时隙的时间宽度为26.67ms，每艘船每次利用一个时隙来广播信号。每个时隙发送的消息格式如图1所示，其中，(同步码元)Trainingsequence一共24位(bit)，开始标识(Startflag)是8位(bit),可用作接收机的同步参考。由AIS系统的消息格式可知，AIS信号的发送是以消息包信号(burst)的形式发送的，每次发射发送一个消息包。相邻两个消息包的数据来自于不同的信号源。这样的特性，决定了AIS的接收也只能采用消息包信号(burst)的形式，也即只能对每一消息包信号单独接收，这就要求对每一消息包信号进行同步。这里所说的时隙同步也就是对每一个消息包信号(burst)的同步。在太空接收AIS信号不可避免地要应对新的技术挑战，对于通信系统的同步来说，主要是由于卫星的速度很快，接收到的来自地面的AIS信号有较大的多普勒频偏。对于运行在离海平面600km、速度为7.56km/s的AIS星载系统，其最大频偏可达4.082kHz，而实际AIS系统的bit速率是9600bit/s，多普勒频偏将严重影响AIS系统的同步性能和接收性能。所以频率偏移的估计和同步即载波同步也是星载AIS信号接收系统同步的重要方面。载波同步是通信系统特别是无线通信系统非常关键的环节。一般地，接收系统采用锁相技术来对接收信号进行载波同步，但锁相环同步适用于有一定时间长度的信号，因为锁相环完成同步需要一定的时间对于AIS这种短时突发信号，锁相环无法完成载波同步。本专利所述同步算法则是为解决AIS信号的时隙和频率同步而设计。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于星载AIS信号接收系统的时隙同步方法，具体的技术方案如下：一种用于星载AIS信号接收系统的时隙同步方法，包括如下步骤：初始化步骤，在一个AIS时隙内，从接收到的连续信号上，每隔一段时间，取出一定长度的信号段，共M个信号段，对每个信号段分别进行离散傅里叶变换，将时域信号变换为频域信号，获得M个频域信号；相关运算步骤，预设N个本地参考频域信号，将M个频域信号分别与N个本地参考频域信号进行相关运算，获得M×N个相关值；其中，本地参考频域信号包括无频率偏移参考信号序列以及循环移位序列，循环移位序列由无频率偏移参考信号序列进行循环移位获得；同步结果获取步骤，从获得的M×N个相关值中取最大值，将最大值对应的接收时刻作为同步时间，将最大值对应的频率偏移值作为同步频率点；根据同步时间和同步频率点进行时隙同步。作为优化方案，相关运算具体为：设Sk为第k个频域信号对应的一组数据，Cl为第l个本地参考频域信号对应的一组信号序列，将数据Sk与信号序列Cl进行相关运算，如公式(2)所示：上式中，k＝0,1,...,M-1，l＝0,1,...,N-1；Dkl表示运算获得的一个相关值；所有相关运算均完成后，即得到M×N个相关值。作为优化方案，无频率偏移参考信号序列指的是根据AIS信号的调制方式，由AIS信息包中固定的32位数据调制而成的频域信号序列。作为优化方案，无频率偏移参考信号序列预存在接收机中，循环移位序列由无频率偏移参考信号序列进行循环移位后获得。作为优化方案，将最大值对应的数据Sk的起始时间作为同步时间，将最大值对应的信号序列Cl的频率偏移值作为同步频率点。作为优化方案，离散傅里叶变换具体为：设1个码元的时间长度为从接收信号中取信号段的间隔，每隔一个时间间隔从连续的接收信号中取出P个数据，P个数据形成一数据组，由此获得M个数据组；根据公式(1)对每个数据组分别进行离散傅里叶变换：其中，sk(l)指的是取出的第k个数据组中的第l个数据，k＝0,1,2,...,M-1；所有数据组均完成离散傅里叶变换后即完成从时域信号到频域信号的转换。作为优化方案，P为32乘以采样速率，采样速率为每个码元的采样点个数。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术解决了常用通信同步技术不适用AIS信号接收系统的缺陷，能有效地完成星载AIS信号接收系统的时隙和频率同步；(2)本专利技术方法步骤简单，易于实现，而且占用资源少，执行效率高。附图说明图1为AIS信号中每个时隙发送的消息格式；图2为本专利技术提供的时隙同步方法的总流程图。具体实施方式下面结合附图以实施例的方式详细描述本专利技术。实施例1：如图1所示，一种用于星载AIS信号接收系统的时隙同步方法，包括如下步骤：步骤S1，初始化步骤，在一个AIS时隙内，从接收到的连续信号上，每隔一段时间，取出一定长度的信号段，共M个信号段，对每个信号段分别进行离散傅里叶变换，将时域信号变换为频域信号，获得M个频域信号；步骤S2，相关运算步骤，预设N个本地参考频域信号，将步骤S1所得M个频域信号分别与N个本地参考频域信号进行相关运算，获得M×N个相关值；其中，本地参考频域信号包括无频率偏移参考信号序列以及循环移位序列，循环移位序列由无频率偏移参考信号序列进行循环移位获得；步骤S3，同步结果获取步骤，从获得的M×N个相关值中取最大值，将最大值对应的信号段起始时间作为同步时间，将最大值对应的本地参考序列的频率偏移值作为同步频率点。根据同步时间和同步频率点进行时隙同步。利用本实施例提供的时隙同步方法能够实现AIS信号的时隙同步，从而解决传统的利用锁相技术的信号同步方法无法适用于AIS信号的缺陷。实施例2：本实施例相对于实施例1，区别在于：步骤S1，初始化步骤中的离散傅里叶变换具体为：利用AIS数据包的前32bit码元的固定性来做同步，即，将接收到的每组AIS信号中的前32位码元作为同步参考信号。前32位码元中包括同步码元(Trainingsequence)24bit，具体码元为0101……0101；以及开始标识(Startflag)8bit，具体码元为01111110。设1个码元的时间长度为从接收信号中取信号段的间隔，每隔一个时间间隔从连续的接收信号中取出P个数据，所述P个数据形成一数据组，由此获得M个数据组；其中，P为32乘以采样速率，所述采样速率为每个码元的采样点个数。根据如下公式对每个数据组分别进行离散傅里叶变换：其中，sk(l)指的是取出的第k个数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于星载AIS信号接收系统的时隙同步方法，其特征在于，包括如下步骤：初始化步骤，在一个AIS时隙内，从接收到的连续信号上，每隔一段时间，取出一定长度的信号段，共M个信号段，对每个信号段分别进行离散傅里叶变换，将时域信号变换为频域信号，获得M个频域信号；相关运算步骤，预设N个本地参考频域信号，将M个频域信号分别与N个本地参考频域信号进行相关运算，获得M×N个相关值；其中，所述本地参考频域信号包括无频率偏移参考信号序列以及循环移位序列，所述循环移位序列由所述无频率偏移参考信号序列进行循环移位获得；同步结果获取步骤，从获得的M×N个相关值中取最大值，将所述最大值对应的接收时刻作为同步时间，将所述最大值对应的频率偏移值作为同步频率点；根据同步时间和同步频率点进行时隙同步。

【技术特征摘要】
1.一种用于星载AIS信号接收系统的时隙同步方法，其特征在于，包括如下步骤：初始化步骤，在一个AIS时隙内，从接收到的连续信号上，每隔一段时间，取出一定长度的信号段，共M个信号段，对每个信号段分别进行离散傅里叶变换，将时域信号变换为频域信号，获得M个频域信号；相关运算步骤，预设N个本地参考频域信号，将M个频域信号分别与N个本地参考频域信号进行相关运算，获得M×N个相关值；其中，所述本地参考频域信号包括无频率偏移参考信号序列以及循环移位序列，所述循环移位序列由所述无频率偏移参考信号序列进行循环移位获得；同步结果获取步骤，从获得的M×N个相关值中取最大值，将所述最大值对应的接收时刻作为同步时间，将所述最大值对应的频率偏移值作为同步频率点；根据同步时间和同步频率点进行时隙同步；所述相关运算具体为：设Sk为第k个频域信号对应的一组数据，Cl为第l个本地参考频域信号对应的一组信号序列，将所述数据Sk与所述信号序列Cl进行相关运算，如公式(2)所示：上式中，k＝0,1,...,M-1，l＝0,1,...,N-1；Dkl表示运算获得的一个相关值；所有相关运算均完成后，即得到M×N个相关值。2.根据权利要求1所述的时隙同步...

【专利技术属性】
技术研发人员：方诗峰，刘婧，张喆，李洪星，
申请(专利权)人：上海航天电子通讯设备研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31