一种基于单天线的星载AIS时隙碰撞信号分离方法技术

本发明专利技术公开了一种基于单天线的星载AIS时隙碰撞信号分离方法，首先，对接收到的时隙碰撞信号中的强信号进行抗干扰解调，得到强信号的解调结果；接下来，利用强信号的解调结果精确估计出强信号的频率、相位、幅度等信息；根据强信号的频率、相位、幅度等信息重构出强信号，并从时隙碰撞信号中分离；最后，对残余信号重复同样的操作，直到残余信号中无法检出信号为止。本发明专利技术抗干扰能力强，能适应较大的多普勒频偏和突发延时，至少可以分离出2个AIS时隙碰撞信号，特别适于小卫星平台应用。

A single antenna based time slot collision signal separation method for space borne AIS

【技术实现步骤摘要】
一种基于单天线的星载AIS时隙碰撞信号分离方法
本专利技术属于航天信息
，具体涉及一种基于单天线的星载AIS时隙碰撞信号分离方法。
技术介绍
船舶自动识别系统(AIS)是近年来国际海事组织大力推广的一种海事交通管制系统，用于实现船岸间以及船舶之间的交管通信，避免船只碰撞事故的发生。通过AIS信号可以获得船舶静态信息(船名、目的港等)、动态信息(船位、航速、航向等)、航次信息和安全短消息等相关资料，进而掌握海面民用船舶的分布情况及海域交通动态信息。但是AIS信号地面传播受视线限制，地面无法实现大范围、远距离接收。而卫星覆盖区域广，可实现大范围、远距离AIS信号接收，实现对全球范围内海事活动的监视，因此发展天基AIS监视处理技术具有重要实用价值。天基AIS接收与AIS船间通信和船岸通信的情形有较大不同，由于卫星覆盖区域大，可能导致不同小区AIS信号到达卫星接收机时产生时隙碰撞，时隙碰撞问题一直是现代通信
关注的热点。早期的研究方法大多基于阵列处理实现干扰抑制、信号分离。基于阵列处理方法的性能在很大程度上取决于系统的空域分辨率，考虑实际卫星应用环境，由于卫星平台体积、重量的限制，不可能装配很多阵元，阵列规模、孔径偏小，因此空域分辨率相对较低，信号处理效果不佳。随着技术不断发展，基于单天线的处理方法近年来越来越受到人们重视，因为某些应用场合可能不具备阵列接收的条件，因此必须立足于单天线接收进行分析处理。与阵列系统相比，单天线接收在硬件规模、系统成本上有一定优势，但由于低维观测、缺少空域信息，处理难度更大，更具挑战性。因此，必须寻求一种有效的基于单天线的星载AIS时隙碰撞信号分离的解决方案。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于单天线的星载AIS时隙碰撞信号分离方法，针对卫星接收AIS信号的时隙碰撞问题，实现全球范围内船舶位置和身份等信息获取和实时更新，为海事交通监管、搜索营救、国际金贸情报、资源环境保护、军事演习等提供数据服务。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于单天线的星载AIS时隙碰撞信号分离方法，以抗干扰解调为技术基础，其核心思想是采用信号重构、对消的方法来实现时隙碰撞信号分离、解调。首先，对接收到的时隙碰撞信号中的强信号进行抗干扰解调，得到强信号的解调结果；接下来，利用强信号的解调结果精确估计出强信号的频率、相位、幅度等信息；根据强信号的频率、相位、幅度等信息重构出强信号，并从时隙碰撞信号中分离；最后，对残余信号重复同样的操作，直到残余信号中无法检出信号为止，具体如下：步骤1、将天线接收到的星载AIS时隙碰撞信号分别输入五个不同的滤波器进行滤波，得到滤波后的星载AIS时隙碰撞信号，转入步骤2；步骤2、对滤波后的每个星载AIS时隙碰撞信号中的强信号分别输入五个通道进行抗干扰解调，综合五个通道强信号的解调结果，确定强信号的最终解调结果，转入步骤3；步骤3、利用强信号的最终解调结果精确估计出强信号的频率、相位、幅度信息，转入步骤4；步骤4、根据强信号的频率、相位、幅度信息重构出强信号，并从时隙碰撞信号中分离，转入步骤5；步骤5、对残余信号重复同样的操作，直到残余信号中无法检出信号为止。本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：采用了多通道并行处理的方法，抗干扰能力更强，能适应较大的多普勒频偏和突发延时，采用信号重构、对消的方法进一步提高了单天线处理时隙碰撞信号的能力；与阵列处理方法相比，大大降低了工程实现难度，特别适于小卫星平台应用。理论分析和实验表明，采用本文提出的方法，至少可以分离出2个AIS时隙碰撞信号，具有良好的应用前景。附图说明图1为本专利技术基于单天线的星载AIS时隙碰撞信号分离方法原理框图。图2为本专利技术子频带滤波器划分图。图3为本专利技术抗干扰解调流程框图。图4为本专利技术GMSK信号解调原理框图。图5为本专利技术时隙碰撞信号分离解调性能图，其中图(a)强信号信能图，图(b)为弱信号性能图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。结合图1，一种基于单天线的星载AIS时隙碰撞信号分离方法，包括以下步骤：步骤1、将天线接收到的星载AIS时隙碰撞信号分别输入五个不同的滤波器进行滤波，得到滤波后的星载AIS时隙碰撞信号，转入步骤2；步骤2、对滤波后的每个星载AIS时隙碰撞信号中的强信号分别输入五个通道进行抗干扰解调，综合五个通道强信号的解调结果，确定强信号的最终解调结果，转入步骤3；步骤3、利用强信号的最终解调结果精确估计出强信号的频率、相位、幅度信息，转入步骤4；步骤4、根据强信号的频率、相位、幅度信息重构出强信号，并从时隙碰撞信号中分离，转入步骤5；步骤5、对残余信号重复同样的操作，直到残余信号中无法检出信号为止。结合图2，所述步骤1中，五个滤波器，参数分别为：第一个滤波器：中心频率为-4kHz，带宽为9.6kHz；第二个滤波器：中心频率为-2kHz，带宽为9.6kHz；第三个滤波器：中心频率为0kHz，带宽为9.6kHz；第四个滤波器：中心频率为2kHz，带宽为9.6kHz；第五个滤波器：中心频率为4kHz，带宽为9.6kHz。其作用是，考虑到卫星接收AIS信号的多普勒效应，将天线接收的AIS时隙碰撞信号分别输入五个不同的滤波器进行滤波，使具有多普勒频偏的AIS时隙碰撞信号尽可能进入不同的通道进行抗干扰解调。结合图3，所述步骤2中，对滤波后的每个星载AIS时隙碰撞信号中的强信号分别输入五个通道进行抗干扰解调，综合五个通道强信号的解调结果，确定强信号的最终解调结果，具体包括以下步骤：步骤2-1、将本地已知训练序列与滤波后的时隙碰撞信号进行突发检测，即互相关处理，根据互相关处理的结果判断是否有AIS时隙碰撞信号的到来，如果有AIS时隙碰撞信号的到来，即为强信号到来，则执行步骤2-2；否则处于等待状态；步骤2-2、将突发检测到的强信号进行频偏估计，即先进行平方处理，再对平方后的信号做FFT处理，根据FFT的运算结果确定强信号的频偏，转入步骤2-3；步骤2-3、根据频偏对强信号做下变频处理，并将处理的结果发送至符号定时模块进行符号定时，转入步骤2-4；步骤2-4、GMSK信号解调模块采用多比特联合差分解调的方法对经过符号定时后的强信号进行实时解调，转入步骤2-5；步骤2-5、在实时解调结果中寻找强信号的起始标志和结束标志，如果找到则对其进行CRC校验，转入步骤2-6；如果找不到，返回步骤2-1；步骤2-6、如果CRC校验正确，则判断解调的结果完全正确，转入步骤3，如果CRC校验错误，则丢弃结果，返回步骤2-1。所述步骤2-1中，判断是否有AIS时隙碰撞信号的到来时，具体是判断互相关处理的结果是否有峰值出现，如果有则判断有AIS信号的到来。所述步骤2-3中，进行符号定时所用公式为：...

【技术保护点】
1.一种基于单天线的星载AIS时隙碰撞信号分离方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1、将天线接收到的星载AIS时隙碰撞信号分别输入五个不同的滤波器进行滤波，得到滤波后的星载AIS时隙碰撞信号，转入步骤2；/n步骤2、对滤波后的每个星载AIS时隙碰撞信号中的强信号分别输入五个通道进行抗干扰解调，综合五个通道强信号的解调结果，确定强信号的最终解调结果，转入步骤3；/n步骤3、利用强信号的最终解调结果精确估计出强信号的频率、相位、幅度信息，转入步骤4；/n步骤4、根据强信号的频率、相位、幅度信息重构出强信号，并从时隙碰撞信号中分离，转入步骤5；/n步骤5、对残余信号重复同样的操作，直到残余信号中无法检出信号为止。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于单天线的星载AIS时隙碰撞信号分离方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将天线接收到的星载AIS时隙碰撞信号分别输入五个不同的滤波器进行滤波，得到滤波后的星载AIS时隙碰撞信号，转入步骤2；
步骤2、对滤波后的每个星载AIS时隙碰撞信号中的强信号分别输入五个通道进行抗干扰解调，综合五个通道强信号的解调结果，确定强信号的最终解调结果，转入步骤3；
步骤3、利用强信号的最终解调结果精确估计出强信号的频率、相位、幅度信息，转入步骤4；
步骤4、根据强信号的频率、相位、幅度信息重构出强信号，并从时隙碰撞信号中分离，转入步骤5；
步骤5、对残余信号重复同样的操作，直到残余信号中无法检出信号为止。


2.根据权利要求1所述的一种基于单天线的星载AIS时隙碰撞信号分离方法，其特征在于，步骤1中，五个滤波器，参数分别为：
第一个滤波器：中心频率为-4kHz，带宽为9.6kHz；
第二个滤波器：中心频率为-2kHz，带宽为9.6kHz；
第三个滤波器：中心频率为0kHz，带宽为9.6kHz；
第四个滤波器：中心频率为2kHz，带宽为9.6kHz；
第五个滤波器：中心频率为4kHz，带宽为9.6kHz。


3.根据权利要求1所述的一种基于单天线的星载AIS时隙碰撞信号分离方法，其特征在于，步骤2中，对滤波后的每个星载AIS时隙碰撞信号中的强信号分别输入五个通道进行抗干扰解调，综合五个通道强信号的解调结果，确定强信号的最终解调结果，具体包括以下步骤：
步骤2-1、将本地已知训练序列与滤波后的时隙碰撞信号进行突发检测，即互相关处理，根据互相关处理的结果判断是否有AIS时隙碰撞信号的到来，如果有AIS时隙碰撞信号的到来，即为强信号到来，则执行步骤2-2；否则处于等待状态；
步骤2-2、将突发检测到的强信号进行频偏估计，即先进行平方处理，再对平方后的信号做FFT处理，根据FFT的运算结果确定强信号的频偏，转入步骤2-3；
步骤2-3、根据频偏对强信号做下变频处理，并将处理的结果发送至符号定时模块进行符号定时，转入步骤2-4；
步骤2-4、GMSK信号解调模块采用多比特联合差分解调的方法对经过符号定时后的强信号进行实时解调，转入步骤2-5；
步骤2-5、在实时解调结果中寻找强信号的起始标志和结束标志，如果找到则对其进行CRC校验，转入步骤2-6；如果找不到，返回步骤2-1；
步骤2-6、如果CRC校验正确，则判断解调的结果完全正确，转入步骤3，如果CRC校验错误，则丢弃结果，返回步骤2-1。


4.根据权利要求3所述的一种基于单天线的星载AIS时隙碰撞信号分离方法，其特征在于，步骤2-1中，判断是否有AIS时隙碰撞信号的到来时，具体是判断互相关处理的结果是否有峰值出现，如果有则判断有AIS信号的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨树树，宋海伟，徐学华，刘志武，李贵显，赵洪冰，高许岗，田达，冀贞海，徐嘉良，李博文，
申请(专利权)人：中国航天科工集团八五一一研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32