一种低复杂度的星载AIS信号非相干序列检测方法技术

本发明专利技术公开了一种低复杂度的星载AIS信号非相干序列检测方法，针对星载AIS信号，在保证性能的前提下，通过简化判决算式及viterbi搜索流程，实现了低复杂度的序列检测。本发明专利技术的方法包括Laurent滤波模块和基于简化算法的序列检测模块，Laurent滤波模块实现对非线性调制信号的线性转换，使之能应用于序列检测算法，基于简化算法的序列检测模块完成对线性信号的解调和译码。本发明专利技术首先简化了判决表达式，只保留其中一项算式；其次在网格路径搜索过程中，只保留两条幸存路径，极大的简化了序列检测算法复杂度，同时方法的检测性能也有一定程度的提升。

A low complexity noncoherent sequence detection method for Spaceborne AIS signals

The invention discloses a low complexity spaceborne AIS signal noncoherent sequence detection method for Spaceborne AIS signal, under the premise of performance guarantee, by simplifying the judgment formula and Viterbi search process, to achieve a low degree of complex sequence detection. The method of the invention includes Laurent filter module and detection module based on the sequence of the simplified algorithm and Realization of linear nonlinear modulation signal conversion Laurent filter module, which can be used in sequence detection algorithm, sequence detection module simplified algorithm to complete the demodulation and decoding of linear signal based on. The invention firstly simplifies the decision expression, only one formula; secondly in the grid path search process, only two surviving path, greatly simplifies the sequence detection algorithm complexity and detection performance and method are also improved to a certain degree.

【技术实现步骤摘要】
一种低复杂度的星载AIS信号非相干序列检测方法
本专利技术涉及非线性调制信号的非相干检测，属于通信信号处理领域。
技术介绍
在星载AIS(自动识别系统)接收系统中，受较远距离和空中电磁的干扰，电磁波衰减较大，卫星上接收到的AIS信号信噪比较低；同时卫星与船之间高速相对运动引起的大范围时延和多普勒频移，显著影响着实际信号带宽只有几千赫兹的AIS信号；此外，星载AIS接收系统能同时接收到多个海上自组织区域内的船舶信号，多个接收信号在时域和频域上都发生了重叠，因而时频重叠的信号更加大了信号检测的难度。AIS信号采用GMSK(最小高斯频移键控)调制方式，GMSK是一种非线性调制方式，信号的频谱利用率高，但信号的检测难度也较大，为了最大限度的提高星载AIS接收信号的检测性能，星载AIS接收系统一般采用基于viterbi的非相干检测算法完成对星载AIS接收信号的检测，基于viterbi的非相干检测算法虽然能取得较好的检测性能，但是算法复杂度较高，当前研究中的降低算法复杂度的主要方法包括：一是减少匹配滤波器的数量；二是通过判决结果对状态路径进行融合，减少幸存路径数。研究中均未对度量计算表达式进行简化处理，而在对网格图的路径搜索进行简化的过程中，也没有将路径状态降到最低。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，针对星载AIS信号非相干序列检测复杂度较高的问题，提供了一种低复杂度的星载AIS信号非相干序列检测方法，降低算法复杂度的同时也在一定程度上提高了算法的检测性能，极大的降低了硬件消耗，具有更强的工程可实现性。本专利技术的技术解决方案是：一种低复杂度的星载AIS信号非相干序列检测方法，包括如下步骤：步骤一、利用Laurent匹配滤波对星载AIS信号线性分解分量中能量最大的一个分量c0(t)进行匹配滤波，使得匹配滤波后的采样信号的信噪比达到最大，星载AIS信号的线性分解的表达式为：获得星载AIS信号的线性调制信号：经过Laurent匹配滤波后将下采样信号输出给非相干序列检测模块；其中，表示卷积；bi是分量c0(t)对应的伪符号：am为接收符号值；T是符号周期，j为复数的虚部，h为信号调制指数，m＝0,1,2,…,i，i＝0,1,2,3…；为c0(t)的共轭；步骤二、对步骤一中获得的下采样信号进行非相干序列解调，当接收到匹配滤波后的星载AIS信号的第N个符号时，计算2N个状态的状态路径值，比较选出其中最大状态路径值对应的状态路径，输出第N个符合的符号值并存储最大状态路径值取模前的值采样后的线性调制信号的非相干序列检测的判决式为其中，为状态路径值，为n个伪符号的向量，xn为下采样后的信号值；n为正整数；N为正整数；步骤三、以步骤二中的最大状态路径值对应的状态为初始状态，接收第N+1个符号后，分别计算初始状态延伸出的两条状态路径的状态路径值和其中，λ-1,N+1是第N+1个符号为-1时的状态路径值，λ1,N+1是第N+1个符号为1时的状态路径值，是第N+1个符号为-1时对应的伪符号值，是第N+1个符号为1时对应的伪符号值；比较状态路径值λ-1,N+1、λ1,N+1，选出其中状态路径值较大的状态，并输出第N+1个符号的符号值，存储该较大状态路径值取模前的值记为步骤四、以步骤三选出的状态路径值较大的状态作为第N+1个符号起始状态，重复步骤三，直至所有接收符号输出完毕。所述步骤一中Laurent匹配滤波器的系数由确定。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术针对“星载AIS信号的Laurent分解包含多个线性分量，对其非相干序列检测需要匹配多个分量，AIS信号的能量主要集中在其中一个分量上”这一分解特性，只对星载AIS信号的线性分解信号中的最大能量分量进行匹配滤波，性能损失不大的前提下，降低了信号处理难度。(2)本专利技术针对非相干序列检测算法的判决度量式，分析其特征，减少判决度量式的计算项，从而减少了信号的相关或平方处理过程，大大降低了判决度量式的计算对硬件的消耗。(3)现有的Viterbi算法需要计算2N条路径的状态增量，本专利技术只需计算2条路径的状态增量，路径搜索流程及搜索难度相比现有技术大幅降低；同时，本专利技术提出的度量增量算式包含了当前接收到的所有符号，而Viterbi算法只包含了截短的N个符号，因而本专利技术的检测性能相比现有技术也有一定的提升。附图说明图1为一种低复杂度的星载AIS信号非相干序列检测方法原理框图；图2(a)为经过Lauren滤波前的星载AIS信号图；图2(b)为经过Lauren滤波后的星载AIS信号图；图3为本专利技术的简化算法流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步介绍。非相干序列检测降低算法复杂度的主要方法包括：一是减少匹配滤波器的数量；二是通过判决结果对状态路径进行融合，减少幸存路径数。目前的算法均未对度量计算表达式进行简化处理，而在对网格图的路径搜索进行简化的过程中，也没有将路径状态降到最低。需要提出一种算法，针对非线性调制信号的特性对判决表达式进行简化处理，同时将幸存路径数降到最低。如图1所示，本专利技术提出的一种低复杂度的星载AIS信号非相干序列检测方法，包括：Laurent匹配滤波模块和基于简化算法的网格路径搜索模块，其中：Laurent匹配滤波模块，在非相干序列检测之前，必须经过Laurent匹配滤波将信号转换为相应线性调制信号，非线性调制信号可以通过Laurent分解的方式改写为线性调制信号，由于非线性调制信号经过Laurent分解后的线性分量通常会有很多个，如果对每个分量进行匹配滤波势必大幅增加接收机的复杂度，因此需从性能及复杂度的综合角度上选取部分线性分量进行匹配滤波。对于星载AIS信号，由于其经过Laurent分解后，其中的一个分量能量较大，其它分量的能量相对可以忽略不计，因而滤波模块只需对该分量进行匹配滤波，滤波模块各抽头系数可以通过GMSK信号的Laurent分解式中计算得出。基于简化算法的网格路径搜索模块，在信号经过Laurent匹配滤波后，通常的viterbi算法会将接收信号进行截短，根据截短长度N计算出2N个状态的状态增量，以这2N个状态为路径起点，延伸出2N+1条路径，每个状态延伸出两条路径，通过比较保留状态路径值较大的那条路径，即保留了2N条幸存路径。在此过程当中，由于进行了截短，每次路径状态的比较只考虑了N个符号，符号估计性能与N的大小有关，N较小时，算法性能较差；同时，由于保留了2N条幸存路径，算法复杂度也较高。本专利技术在起始接收到N个符号并找出最大状态后，只保留该最大状态，并记忆该状态值，由该状态延伸出两条路径，计算这两条路径的状态增量值时，将记忆的前一状态值与新的状态值结合到一起，路径计算考虑了当前接收到了所有符号，算法性能显然会随着接收符号的增多而提高，同时算法复杂度并未提高；在此过程中，由于只保留了两条幸存路径，路径搜索的复杂度也降到了最低。如图2(a)、图2(b)所示，以星载AIS信号为例说明了GMSK信号经过Laurent匹配滤波的变化情况。经过Laurent匹配滤波后的信号近似幅度调制信号。本专利技术的具体实现步骤如图3所示。本专利技术中，每次判决只比较两条路径的状态值大小，因而其判决错误概率由这两条状态路径与接收信号的相关距离决定，显然随本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低复杂度的星载AIS信号非相干序列检测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、利用Laurent匹配滤波对星载AIS信号线性分解分量中能量最大的一个分量c

【技术特征摘要】
1.一种低复杂度的星载AIS信号非相干序列检测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、利用Laurent匹配滤波对星载AIS信号线性分解分量中能量最大的一个分量c0(t)进行匹配滤波，使得匹配滤波后的采样信号的信噪比达到最大，星载AIS信号的线性分解的表达式为：获得星载AIS信号的线性调制信号：经过Laurent匹配滤波后将下采样信号输出给非相干序列检测模块；其中，表示卷积；bi是分量c0(t)对应的伪符号：am为接收符号值；T是符号周期，j为复数的虚部，h为信号调制指数，m＝0,1,2,…,i，i＝0,1,2,3…；为c0(t)的共轭；步骤二、对步骤一中获得的下采样信号进行非相干序列解调，当接收到匹配滤波后的星载AIS信号的第N个符号时，计算2N个状态的状态路径值，比较选出其中最大状态路径值对应的状态路径，输出第N个符合的符号值并存储最大状态路径值取模前的值采样后的线性调制信号的非相干...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱晓峰，王伟，惠腾飞，徐烽，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61