星载AIS信号接收技术的研究

摘要

近年来，海上交通运输发展迅猛，海航的监测与安全保障机制越来越得到各国的关注，星载船舶自动识别系统(AIS)应运而生，星载AIS系统在卫星平台上安装AIS接收设备，可以完成全球范围的海域监视。然而，由于卫星视场覆盖多个AIS自组织网络，从而导致分属不同自组网中的AIS信号发生冲突，影响接收机性能。本文针对星载AIS信号接收技术进行研究，在研究了正常信号接收的基础上，重点讨论了冲突信号的接收，主要工作如下:
　　1)研究了星载AIS无冲突信号的非相干解调。以2bit差分解调为代表研究了差分解调的性能，分析了2 bit差分解调性能受限的原因。仿真分析了基于最大似然理论的维特比译码算法，其误码性能比2 bit差分解调有明显提升。研究了适用于AIS信号的基于软输出的维特比算法，仿真表明其误码性能比维特比算法进一步提升，并将其应用到冲突信号分离后的解调译码。
　　2)针对星载AIS冲突信号，提出了一种基于压缩感知的星载AIS冲突信号分离算法。建立了基于压缩感知的星载AIS冲突信号欠定盲源分离模型，利用接收信号维度稀疏性，以正交匹配追踪算法实现冲突信号分离，以分离信号维度稀疏性和最小互相关性作为优化目标，采用粒子群算法实现了冲突信号的最优分离。仿真结果表明该算法相对于维特比算法具有更好的冲突信号分离效果和更高的误码性能。
　　3)针对基于FastICA星载AIS冲突信号分离算法因牛顿迭代初值随机选取易陷入局部最优，提出了一种改进FastICA的星载AIS冲突信号分离算法。该分离算法针对传统FastICA算法中牛顿迭代初值随机选取、易于陷入局部最优的缺点，利用布谷鸟算法以全局搜索的方式对牛顿迭代的初值进行全局最优搜索优化，实现了星载AIS冲突信号分离性能最优，仿真结果表明，相较FastICA而言，改进算法具有更好的误码性能以及具有对接收信号功率、频率等参数的一定不敏感性和实时性好的优点。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文主要内容及章节安排

2 星AIS概述

2．1 AIS简介

2．2 星载AIS简介

2．3 星载AIS技术标准

2．3．1 AIS的消息特性

2．3．2 AIS发射端信号处理

2．3．3 自组织时分多址技术

2．4 星载AIS的关键问题

2．4．1 多普勒频移问题

2．4．2 接收信号时隙冲突问题

2．5 本章小结

3 基于非相干解调的星载AIS无冲突信号接收技术

3．1 GMSK信号的差分解调

3．2 基于维特比算法的非相干解调

3．3 基于软输出AIS维特比算法的非相干解调

3．4 仿真设计与结果分析

3．5 本章小结

4 基于压缩感知的星载AIS冲突信号接收技术

4．1 压缩感知信号重构模型

4．2 星载AIS冲突信号欠定盲源分离模型

4．3 基于压缩感知的星载AIS冲突信号接收技术

4．3．1 基于压缩感知的星载AIS冲突信号欠定盲源分离模型

4．3．2 分离信号的稀疏性和最小互相关性

4．3．3 基于压缩感知的冲突信号接收技术

4．4 仿真设计与结果分析

4．5 本章小结

5 基于布谷鸟算法改进FastICA的星载AIS冲突信号接收技术

5．1 ICA盲源分离的基本原理

5．1．1 基于ICA的盲源分离基本理论

5．1．2 基于ICA的盲源分离经典算法

5．2 基于FastICA的盲源分离

5．2．1 信号预处理

5．2．2 FastICA分离算法

5．3 基于布谷鸟算法改进FastICA的星载AIS冲突信号接收技术

5．3．1 布谷鸟搜索算法

5．3．2 布谷鸟算法相对于其他智能优化算法的全局寻优性能

5．3．3 基于布谷鸟算法改进FastICA的冲突信号接收技术

5．4 仿真设计与结果分析

5．5 本章小结

6 总结和展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间参与的科研项目及取得的学术成果