一种基于双天线移相合成的抗AIS时隙冲突方法技术

本发明专利技术涉及船舶自动识别系统技术领域，公开了一种基于双天线移相合成的抗AIS时隙冲突方法，包括：S1、通过两个天线分别接收来自不同AIS小区的报文信号，当在同一时隙接收到不同AIS小区的同一频点的N路AIS报文信号时，对N路所述AIS报文信号进行预处理后通过添加移相因子进行移相处理，N为大于1的正整数；S2、对移相处理后的N路AIS信号进行合成，并通过调整所述移相因子来分别调整N路AIS报文信号所属AIS小区的信号强弱，使N路AIS报文信号所属AIS小区的信号强弱不断变换，从而提高时隙冲突情况下不同AIS小区报文的检测概率。本发明专利技术通过调整加权因子，使信号增强区和信号衰弱区不断地变换，从而可以提高时隙冲突情况下不同小区报文的检测概率。的检测概率。的检测概率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双天线移相合成的抗AIS时隙冲突方法


[0001]本专利技术涉及船舶自动识别系统
，具体涉及一种基于双天线移相合成的抗AIS时隙冲突方法。

技术介绍

[0002]AIS系统是一种通用的船载系统，遵守SOTDMA协议，在大约40海里的范围内自主运行，其主要目的是促进船舶之间以及船舶与岸站之间的有效信息交换，提高导航的安全性和效率。基于球载的AIS系统是实现AIS远程监视应用的一种方式，将极大地扩大AIS监视和管控范围，进一步提高安全和导航监控的效率，也可与雷达信息互补，提高目标识别效率，因而球载AIS成为目前一个热门应用方向。
[0003]然而，球载AIS系统会带来一些技术问题和操作挑战。由于球载AIS的飞行高度通常在3公里到10公里之间，以这样的高度和典型的球载VHF天线的波束宽度，球载视场(Field of View，FOV)跨越几百海里，覆盖几十个AIS小区。虽然每个AIS小区内的船舶都遵守SOTDMA协议，同小区的船舶不会在同一个时隙内发送报文，但整个球载视场内的多个AIS小区之间并不遵守SOTDMA协议，存在多个不同AIS小区在同一时隙发射报文的情况，当球载AIS接收机在同一时隙内接收到来自于不同AIS小区的AIS报文时，就发生了时隙冲突，时隙冲突会极大地降低报文的检测概率。
[0004]目前船用AIS接收机基本上都是使用CML公司的专用AIS调制解调芯片的单天线方案。当出现时隙冲突时，这种方案只能对功率最强的报文进行解调，且只有当功率最强的报文与次强报文的功率差超过解调门限才能成功解调出最强报文，而次强报文却无法解调，因此该方案在发生时隙冲突时的报文检测成功率非常低，这也导致了基于该方案的球载AIS接收机检测概率低，常常出现球载AIS接收机视场内有大量AIS船舶，但AIS接收机却只检测到少量船舶的情况。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种基于双天线移相合成的抗AIS时隙冲突方法，在球载AIS接收机面临严重时隙冲突问题时，使球载接收机能在冲突时隙同时解调出多个报文，显著提高球载AIS接收机的检测概率。
[0006]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0007]一种基于双天线移相合成的抗AIS时隙冲突方法，包括：
[0008]S1、通过两个天线分别接收来自不同AIS小区的报文信号，当在同一时隙接收到不同AIS小区的同一频点的N路AIS报文信号时，对N路所述AIS报文信号进行预处理后通过添加移相因子进行移相处理，N为不小于1的正整数；
[0009]S2、对移相处理后的N路AIS信号进行合成，并通过调整所述移相因子来分别调整N路AIS报文信号所属AIS小区的信号强弱，使N路AIS报文信号所属AIS小区的信号强弱不断变换，从而提高时隙冲突情况下不同AIS小区报文的检测概率。
[0010]作为优化，对N路所述AIS报文信号进行预处理具体包括依次对N路所述AIS报文信号进行去直流、数字AGC、下变频/低通滤波以及抽取处理。
[0011]作为优化，预处理后的N路所述AIS信号分别为：
[0012][0013][0014]其中，x
r1
(t)、x
r2
(t)分别表示t时刻两个天线接收到的相同频点的N路AIS报文信号，A
n
表示第n个AIS报文信号分别到达两个天线的幅度；f
cn
表示第n个AIS报文信号的接收频率；表示第n个AIS报文信号对应的相位信息；Φ
n
和ψ
n
分别表示第n个AIS报文信号到两个天线的初始相位，f0为对两个天线接收的AIS报文信号进行下变频的本地载频，LPF为低通滤波器，Δf
n
为接收频率f
cn
与本地载频f0之间的差值，Δf
n
＝f
cn
‑
f0。
[0015]作为优化，Φ
n
和ψ
n
之间满足如下关系：
[0016][0017]其中，d
n
表示第n个AIS报文信号到达两个天线的路径距离之差，λ表示第n个AIS报文信号的波长，λ≈1.85米。
[0018]作为优化，移相后的AIS报文信号为：
[0019][0020][0021]其中，ξ1和ξ2分别为两个天线对AIS信号的移相因子。
[0022]作为优化，S2中，对移相处理后的N路AIS信号进行合成得到的合成信号为：
[0023][0024]作为优化，S2的具体步骤为：
[0025]S2.1、对移相处理后的N路AIS信号进行合成得到合成信号；
[0026]S2.2、判断是否检测到所述合成信号的同步头，若是，则跳转至S2.3，否则，跳转至S2.9；
[0027]S2.3、对所述合成信号使用定时估计算法和频偏估计算法进行定时估计(确定合成信号的最佳判决点)和频偏估计(确定合成信号的残留频偏)，并根据频偏估计结果对所述合成信号进行频偏补偿，得到第一中间信号；
[0028]S2.4、对所述第一中间信号进行差分调解得到第二中间信号；
[0029]S2.5、对所述第二中间信号进行Viterbi译码得到译码结果，所述译码结果即为功率最强的报文对应的比特信息；
[0030]S2.6、对所述译码结果进行CRC校验；
[0031]S2.7、判断是否完成校验，若是，则分别跳转至S2.8和S2.9，否则，跳转至S2.6；
[0032]S2.8、判断是否校验正确，若是，则将校验正确的AIS报文信号进行上报；否则，跳转至S2.9；
[0033]S2.9、添加新的移相因子对预处理后的N路所述AIS报文信号进行移相处理，返回S2.1。
[0034]作为优化，S2.5的具体步骤为：
[0035]S2.5.1、提取所述第二中间信号的相移φ
k
：
[0036][0037]其中，k为提取相移的时刻，表示第k
‑
i时刻的AIS报文信号对应的比特对第k时刻相位φ
k
的贡献值，ξ
k
为白噪声带来的相移，a
k
表示k时刻的AIS报文信号对应的码元，L为与相位φ
k
相关的码元段；
[0038]定义状态S
k
＝{d
k
‑1‑
L
,d
k
‑
L
,
…
,d
k+L
‑1}，状态S
k+1
＝{d
k
‑
L
,d
k
‑
L+1
,
…
,d
k+L
}，其中d
k
表示k时刻可能的码元，从状态S
k
转移到状态S
k+1
所对应的相移可以表示为
[0039][00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双天线移相合成的抗AIS时隙冲突方法，其特征在于，包括：S1、通过两个天线分别接收来自不同AIS小区的报文信号，当在同一时隙接收到不同AIS小区的同一频点的N路AIS报文信号时，对N路所述AIS报文信号进行预处理后通过添加移相因子进行移相处理，N为不小于1的正整数；S2、对移相处理后的N路AIS信号进行合成，并通过调整所述移相因子来分别调整N路AIS报文信号所属AIS小区的信号强弱，使N路AIS报文信号所属AIS小区的信号强弱不断变换，从而提高时隙冲突情况下不同AIS小区报文的检测概率。2.根据权利要求1所述的一种基于双天线移相合成的抗AIS时隙冲突方法，其特征在于，对N路所述AIS报文信号进行预处理具体包括依次对N路所述AIS报文信号进行去直流、数字AGC、下变频/低通滤波以及抽取处理。3.根据权利要求1所述的一种基于双天线移相合成的抗AIS时隙冲突方法，其特征在于，预处理后的N路所述AIS信号分别为：于，预处理后的N路所述AIS信号分别为：其中，x
r1
(t)、x
r2
(t)分别表示t时刻两个天线接收到的相同频点的N路AIS报文信号，A
n
表示第n个AIS报文信号分别到达两个天线的幅度；f
cn
表示第n个AIS报文信号的接收频率；表示第n个AIS报文信号对应的相位信息；Φ
n
和ψ
n
分别表示第n个AIS报文信号到两个天线的初始相位，f0为对两个天线接收的AIS报文信号进行下变频的本地载频，LPF为低通滤波器，Δf
n
为接收频率f
cn
与本地载频f0之间的差值，Δf
n
＝f
cn
‑
f0。4.根据权利要求3所述的一种基于双天线移相合成的抗AIS时隙冲突方法，其特征在于，Φ
n
和ψ
n
之间满足如下关系：其中，d
n
表示第n个AIS报文信号到达两个天线的路径距离之差，λ表示第n个AIS报文信号的波长。5.根据权利要求3所述的一种基于双天线移相合成的抗AIS时隙冲突方法，其特征在于，移相后的AIS报文信号为：于，移相后的AIS报文信号为：其中，ξ1和ξ2分别为两个天线对AIS信号的移相因子。6.根据权利要求5所述的一种基于双天线移相合成的抗AIS时隙冲突方法，其特征在
于，S2中，对移相处理后的N路AIS信号进行合成得到的合成信号为：7.根据权利要求6所述的一种基于双天线移相合成的抗AIS时隙冲突方法，其特征在于，S2的具体步骤为：S2.1、对移相处理后的N路AIS信号进行合成得到合成信号；S2.2、判断是否检测到所述合成信号的同步头，若是，则跳转至S2.3，否则，跳转至S2.9；S2.3、对所述合成信号使用定时估计算法和频偏估计算法进行定时估计和频偏估计，并根据频偏估计结果对所述合成信号进行频...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚玉超，唐浩，李智，孔维典，
申请(专利权)人：成都天奥信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：