星载AIS接收系统关键技术研究

摘要

自动识别系统(Automatic Identification System，简称AIS)是国际海洋组织强制规定使用的一种新型的助航系统，已被广泛应用于船舶通信与卫星通信等领域。船舶 AIS系统已发展成通用船舶自动识别系统，但是其通信范围比较有限。星载AIS系统是在船舶 AIS系统的基础上发展起来的新型系统，它可以在更大范围内接收AIS信号。星载AIS系统的主要功能是对截获的AIS信号进行分析和处理，这在军事和民用领域都有重大的意义。
　　在发达国家，对星载 AIS系统的研究已渐渐成熟，有些已经成功应用于实际卫星。而在国内，对于这方面的研究还处于起步阶段，很多研究人员的重心集中在某一模块，目前并没有形成一个完整的系统。本文在国内外研究成果的基础上，结合科研项目的具体要求，构建了一个完整的星载AIS接收系统。
　　本文构建的星载 AIS接收系统包括四个模块，分别为突发信号存在性检测、混合信号盲分离、AIS信号模式识别和AIS信息恢复。信号存在性检测，即对截获的信号检测其中存在信号。本文通过分析信号的频谱形式，提出了一种平均值截取法，在信噪比大于10dB的时候，检测概率可达98％以上。由于星载平台接收AIS信号时，有可能存在时隙冲突的情况，即接收的信号可能是多个 AIS信号的混合形式，为了提高星载 AIS接收系统的工作效率，本文对接收信号进行了盲分离。盲信号分离算法分为多通道分离和单通道分离两类：多通道分离一般采用ICA（独立分量分析）的方法，本文实现了其中的两种算法（JADE和FastICA），其系统矩阵均接近单位阵；对于单通道分离，本文实现了基于正交采样的单通道分离算法，分离后误码率较低。为了排除 AIS信号频段内其它通信信号的干扰，本文需要将AIS信号从通信信号集中识别出来，即进行AIS信号模式识别。本文提出了一种基于高阶累积量和频谱的联合识别算法，并对由AM、FM、BPSK、2FSK、QPSK、16QAM和AIS（即GMSK）信号组成的信号集进行了识别，在信噪比大于10dB的时候，各信号识别率达90%以上。AIS信息恢复包括 AIS信号解调和AIS信号解帧两个部分。对于 AIS信号解调，本文实现了差分解调法、鉴频解调法和相干解调法，并进行了性能分析；AIS信号解帧，即根据 HDLC协议恢复信号的原始意义，本文以信号类型识别码为1的AIS信号为例，对结果进行了分析。
　　本文对星载AIS系统的各个模块的算法均用MATLAB和C语言实现，并对每个算法的性能进行了分析，最后在Visual Studio平台下实现了整个系统，最终完成了对整个星载AIS接收系统基本模块算法的研究。

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第一章 绪论

1.1 概述

1.2 AIS研究背景与发展现状

1.3 本文研究意义

1.4 本文研究内容及组织结构

第二章 AIS信号产生与突发信号存在性检测

2.1 AIS信号产生

2.2突发信号存在性检测

2.3 本章小结

第三章 混合信号盲分离算法研究

3.1 混合信号盲分离概述

3.2 多通道盲信号分离

3.3 基于正交采样的单通道分离算法

3.4 算法仿真及性能评价

3.5 本章小结

第四章 AIS信号识别与恢复

4.1 AIS信号识别

4.2 AIS信号解调

4.3 AIS信号解帧

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 研究总结

5.2 研究展望

参考文献

致谢

作者简介

1.基本情况

2.教育背景

3.攻读硕士学位期间的研究成果