星载AIS信号解调算法研究

摘要

星载AIS接收端会产生信号混叠问题。混叠信号在接收方向上接近、在时域上重合、在频域上产生混叠，采用简单的接收滤波器、干扰对消等方法难以得到期望信号，提高混叠信号分离性能是扩充AIS系统容量及更全面大范围监测船舶的关键技术，差分解调是星上处理数据的广泛采用的方法。同时，最大似然接收能满足混叠信号高效分离的目的，可以利用少量先验信息或者突发式帧头信息难以获得的情况下完成解调。从星载AIS混叠信号分离的实际需求出发，研究了同道干扰条件下GMSK混信号分离及解调问题。主要的完成工作如下:
　　1.研究了AIS混叠信号的参数估计问题。根据GMSK信号的平方谱特性，进行非平稳随机信号的中心频率和码元速率估计。根据AIS消息帧头的固定码元比特流的调制信号与接收信号的相关性估计帧头位置和频偏，该算法的复杂程度较低、其估计精度高，对突发通信模式下进行混叠信号的参数估计性能较优。
　　2.提出了一种l、2、3比特联合差分反馈的AIS信号非相干解调算法。该算法基于贝叶斯线性模型建立了最大似然估计的l、2、3比特联合差分解调结构，验证了在加性高斯信道中该算法比传统非相干解调算法有更好的抗信号混叠能力。仿真实验表明:该算法的解调误码率与1、2比特联合差分及2、3比特联合差分相比，当BER等于10-2时，在加性高斯信道(AWGN)下具有1.5dB的性能优势，同道干扰信道(CCI)下具有1-2dB的性能优势。
　　3.提出了一种基于最大似然接收原理抗频偏的混叠相位状态跟踪算法，充分利用混叠信号参数估计和GMSK的调制特性的先验知识，与传统方法相比，存在同等频偏误差的条件下，信道响应估计能更好的收敛，既降低了算法复杂度，又具有较好的解调性能。
　　4.提出了AIS信号星上处理和地面处理相结合的解调方案，相对于直采数据存储转发方式的下行链路数据速率下降了l倍，能极大地降低卫星下行链路的压力。构建一个基于计算机集群的处理系统来满足大数据量处理的实时性要求的地面处理系统。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景

1．2 星载AIS信号解调研究现状

1．2．1 星载AIS发展现状

1．2．2 星载AIS信号单通道分离

1．2．3 未来的研究方向

1．3 本文研究思路及主要完成工作

1．4 论文整体结构

第二章 星载AIS接收模型及解调原理

2．1 星载AIS接收模型

2．2 AIS基带信号

2．2．1 AIS技术简介

2．2．2 AIS信息结构

2．3 星载AIS信号的接收特性

2．3．1 信号混叠概率

2．3．2 多普勒频偏大

2．3．3 相对时间迟延大

2．4 星载AIS信号模型

2．5 本章小结

第三章 单通道混叠AIS信号联合差分解调

3．1 AIS信号参数估计

3．1．1 信号载频估计

3．1．2 AIS信号频偏估计技术

3．2 联合差分反馈算法

3．2．1 差分反馈

3．2．2 联合差分反馈

3．3 算法性能分析

3．3．1 变量定义

3．3．2 误码率分析

3．4 仿真实验与分析

3．4．1 AWGN中的解码效果

3．4．2 CCI条件下的解码效果

3．5 本章小结

第四章 单通道混叠AIS信号维特比解调

4．1 星载AIS调制参数分析

4．2 基于最大似然序列检测的星载AIS信号解调

4．2．1 混叠信号最大似然接收

4．2．2 基于viterbi算法的GMSK混叠信号联合检测

4．2．3 算法复杂度分析

4．3 抗频偏的单通道分离

4．3．1 相位跟踪方法

4．3．2 抗频偏的单通道混合信号解调方法实现

4．4 仿真结果

4．5 本章小结

第五章 系统关键参数分析计算

5．1 星载AIS信号处理与数据存储转发

5．2 星载AIS信号地面处理系统并行处理技术

5．2．1 星载AIS信号地面处理并行性分析

5．2．2 并行处理框架设计

5．3 计算机模拟与软件化实现

5．3．1 基于数据冗余的并行化‘

5．3．2 系统软件化实现

5．3．3 解调实时性能分析

5．4 本章小结

结束语

1 本文工作总结

2 工作展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间发表的论文目录

附录B 攻读硕士学位期间参加的相关课题