星载AIS接收机的多用户分离算法研究

摘要

星载船舶自动识别系统(AutomaticIdentificationSystem，AIS)是各国竞相发展的船舶动态监控系统，在军事、经济和政治等领域均具有重要的意义。多用户分离是星载AIS中的一个核心技术，直接影响到信号的接收效果和检测性能，该课题的研究对其它卫星通信系统同样具有重要的价值。本文以星载AIS为应用背景，对时隙碰撞概率、信号分离算法和接收机的多用户分离等方面进行研究。
　　建立了星载AIS接收信号时隙碰撞概率分析模型。该模型以泊松分布为基础，为了使概率分析更加贴近实际情况，模型建立的过程中考虑到了:A、B类船台的消息发送间隔是不同的;不同航行状态的船舶消息发射间隔是不同的;信号混叠程度对信息完整性的影响是不同的。
　　提出了变步长的复值快速独立分量分析(FastIndependentComponentAnalysis，FastICA)分离算法。以非高斯性为基础建立了表示混合信号独立性的目标函数，并采用具有较高收敛速度的牛顿迭代法对目标函数进行优化。为使目标函数始终朝着最优解的方向收敛，迭代过程采用可变步长的牛顿迭代法，同时，为了保持算法收敛速度，基于Wolfe-Powell准则确定迭代步长的搜索范围。仿真实验对混合的信号进行了提取，并对不同的FastICA算法进行对比，证明基于Wolfe-Powell准则的FastICA，仅增加很少的计算量就解决了收敛性的问题。
　　针对AIS信号的空间传输特点，提出了一种卫星接收机的多用户分离方法。首先采用三交叉的二元线阵对不同极化方向的信号进行接收，基于极化分集减小时隙碰撞的概率;然后利用数字波束形成，将卫星的视场划分为多个带状区域，基于空间分集减小时隙碰撞的概率;最后结合变步长的复值FastICA分离算法对时隙碰撞的AIS信号进行逐个提取。仿真实验模拟了接收机接收前端的主要信号处理流程，证明该方法是切实可行的。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究意义与目的

1．3 国内外研究现状

1．3．1 星载AIS研究现状

1．3．2 信号分离研究现状

1．4 本文研究内容与结构安排

第二章 星载AIS技术基础

2．1 AIS相关技术指标

2．1．1 信号模型

2．1．2 消息格式

2．1．3 报告时间间隔

2．1．4 信道接入算法

2．2 星载AIS架构

2．2．1 星载AIS基本组成

2．2．2 星上载荷系统

2．3 本章小结

第三章 AIS信号时隙碰撞分析及分离算法

3．1 时隙碰撞分析

3．2 独立分量分析

3．2．1 独立分量分析理论

3．2．2 独立分量分析典型算法

3．3 基于可变步长的复值FastICA

3．3．1 非高斯性最大化

3．3．2 FastICA算法

3．3．3 复值FastICA算法

3．3．4 变步长复值FastICA算法

3．4 仿真实验

3．4．1 FastICA仿真

3．4．2 复值FastICA仿真

3．4．3 变步长复值FastICA仿真

3．5 本章小结

第四章 星载AIS接收机的多用户分离

4．1 卫星接收天线

4．1．1 天线单元

4．1．2 天线阵列

4．2 多波束的形成

4．2．1 数字波束形成原理

4．2．2 星载AIS的波束划分

4．3 星载AIS信号处理

4．3．1 信号处理流程

4．3．2 仿真实验

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 工作总结

5．2 展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢