一种解决AIS信号时隙冲突的信号处理方法

摘要

本发明公开了一种解决AIS信号时隙冲突的信号处理方法，包括如下步骤：初始步骤：设置至少两根天线，所有天线同时接收AIS信号，天线的数量与发生时隙冲突的AIS信号数量相同；信号处理步骤：保留一根天线接收到的信号不变，将其他天线接收到的信号均增加一个相位；对经相位处理后的所有天线接收到的信号进行分离，每次分离其中一路AIS信号时去除其他路AIS信号，仅保留需要分离出的AIS信号。本发明具有以下有益效果：本发明能有效地分离多重冲突的AIS信号，避免了多艘船舶同时发射AIS信号造成的时隙冲突问题；本发明方法步骤简单，易于实现。

说明书

技术领域

本发明属于船舶自动识别系统（AIS）技术领域，具体涉及一种解决AIS 信号时隙冲突的信号处理方法。

背景技术

2002年国际海事组织（IMO）提出船舶自动识别系统（Automatic  Identification System，AIS）并强制在船舶上应用，AIS是一种安装在船上的 电子通讯设备。AIS系统可不间断的广播本船的位置等信息并接收周边船只广 播的信号，这样船只就能掌握周边航行的船舶状况，从而保证航行的安全。

船舶自动识别系统（AIS）使用SOTDMA通信协议，该协议将一分钟等 效为一帧，每帧分为2250个时隙，一个时隙的时间宽度为26.67ms，每艘船 每次利用一个时隙来广播信号。为了避免两艘船舶的AIS设备同时发射信号， 每一个SOTDMA通信区域都被限制在约20海里范围内，在该区域内的所有 船舶都可按SOTDMA协议进行通信，而不会发生多艘船舶同时发射信号的情 况。

但卫星平台接收AIS信号时，普通卫星天线不可能做到接收天线波束恰 好仅覆盖一个SOTDMA通信区域，接收天线波束通常同时覆盖数十、甚至数 百个SOTDMA通信区域，如图3所示。

此时，来自接收天线波束覆盖范围内不同SOTDMA通信区域的AIS信号 发生时隙冲突的情况是不可避免的，即天线会同时接收到多个AIS信号，如 图3a和图3b所示。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种解决AIS信号时隙冲 突的信号处理方法，具体的技术方案如下：

一种解决AIS信号时隙冲突的信号处理方法，包括如下步骤：

初始步骤：设置至少两根天线，所有天线同时接收AIS信号，天线的数 量与发生时隙冲突的AIS信号数量相同；每根天线接收到的信号中包含所有 发生时隙冲突的AIS信号，每根天线接收到的某一AIS信号相对于其他天线 接收到的相同的AIS信号具有不同的相位差；

信号处理步骤：保留一根天线接收到的信号不变，将其他天线接收到的 信号均增加一个相位；对经相位处理后的所有天线接收到的信号进行分离， 分离时去除其他路AIS信号，仅保留一路AIS信号。

作为优化方案，初始步骤具体为：

设置第一天线和第二天线，设发生时隙冲突的两个AIS信号分别为第一 AIS信号和第二AIS信号；设第一天线接收到的信号为第一接收信号，第二 天线接收到的信号为第二接收信号；其中，第一接收信号如公式（1）所示：

Y₁＝X₁+X₂   （1）

其中，Y₁为第一接收信号，X₁为第一AIS信号，X₂为第二AIS信号；

第二天线接收到的第一AIS信号相对于第一天线接收到的第一AIS信号 具有一相位差，第二天线接收到的第二AIS信号相对于第一天线接收到的第 二AIS信号也具有一相位差，则第二接收信号如公式（2）所示：

Y₂＝X₁e^jA+X₂e^jB   （2）

其中，Y₂为第二接收信号，A为第二天线接收到的第一AIS信号相对于 第一天线接收到的第一AIS信号的相位差，B为第二天线接收到的第二AIS 信号相对于第一天线接收到的第二AIS信号的相位差。

作为优化方案，信号处理步骤具体为：保留第一接收信号不变，将第二 接收信号增加一个相位P，即Y₂e^jP；

对经相位处理后的第一接收信号和第二接收信号进行分离，如式（3）所 示：

Y＝Y₁-Y₂e^jP   （3）

其中Y为分离后获得的信号；

利用增加的相位P抵消相位差A或相位差B，使得分离后获得的信号Y只 保留第一AIS信号或第二AIS信号。

作为优化方案，信号分离步骤之后还包括解调步骤：采用基于相干解调 的最大似然序列检测器对分离后获得的信号进行解调。

作为优化方案，解决AIS信号时隙冲突的信号处理方法进一步包括：重 复执行信号处理步骤，直至分离出每一个AIS信号。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明能有效地分离多重冲突的AIS信号，避免了多艘船舶同时发 射AIS信号造成的时隙冲突问题；

（2）本发明方法步骤简单，易于实现。

附图说明

图1为本发明的总流程图；

图2为卫星接收天线覆盖区域示意图；

图3a为时隙冲突示意图一；

图3b为时隙冲突示意图二。

具体实施方式

下面结合附图以实施例的方式详细描述本发明。

实施例1：

如图1所示，一种解决AIS信号时隙冲突的信号处理方法，包括如下步 骤：

初始步骤：设置至少两根天线，所有天线同时接收AIS信号，天线的数 量与发生时隙冲突的AIS信号数量相同。本发明对天线的数量不作限制，天 线个数可根据实际需要进行设定，理论上要解多少重冲突（即同时收到多少 个AIS信号）就要用多少个接收天线。要解的冲突重数多，接收天线个数越 多，信号处理算法复杂度越大，整个系统的复杂度也越大，因此要综合考虑 系统指标来设定接收天线个数。每根天线接收到的信号中包含所有发生时隙 冲突的AIS信号，由于信号传播路径不同，不同天线接收到的AIS信号相位 也会不同，因此，每根天线接收到的某一AIS信号相对于其他天线接收到的 相同的AIS信号具有不同的相位差。

在本实施例中，初始步骤具体为：设置两根天线，即设置第一天线和第 二天线，设发生时隙冲突的两个AIS信号分别为第一AIS信号和第二AIS信 号；设第一天线接收到的信号为第一接收信号，第二天线接收到的信号为第 二接收信号；其中，第一接收信号如公式（1）所示：

Y₁＝X₁+X₂   （1）

其中，Y₁为第一接收信号，X₁为第一AIS信号，X₂为第二AIS信号；

第二天线接收到的第一AIS信号相对于第一天线接收到的第一AIS信号 具有一相位差，第二天线接收到的第二AIS信号相对于第一天线接收到的第 二AIS信号也具有一相位差，则第二接收信号如公式（2）所示：

Y₂＝X₁e^jA+X₂e^jB   （2）

其中，Y₂为第二接收信号，A为第二天线接收到的第一AIS信号相对于 第一天线接收到的第一AIS信号的相位差，B为第二天线接收到的第二AIS 信号相对于第一天线接收到的第二AIS信号的相位差，j为虚数单位。

信号处理步骤：保留一根天线接收到的信号不变，将其他天线接收到的 信号均增加一个相位；对经相位处理后的所有天线接收到的信号进行分离， 每次分离出其中一路AIS信号时，去除其他路AIS信号，仅保留需要分离出 的一路AIS信号。

本步骤即是利用不同天线接收的AIS信号的相位差异性来分离重叠AIS 信号

在本实施例中，信号处理步骤具体为：保留第一接收信号不变，将第二 接收信号增加一个相位P，即Y₂e^jP；

对经相位处理后的第一接收信号和第二接收信号进行分离，如式（3）所 示：

Y＝Y₁-Y₂e^jP   （3）

其中Y为分离后获得的信号；

利用增加的相位P抵消相位差A或相位差B，使得分离后获得的信号Y只 保留第一AIS信号或第二AIS信号，下面举例进行具体说明：

假设A＝π/4，B＝π/2，则分离后获得的信号Y如式（4）所示：

$Y=Y_1-Y_2{e}^{-j\frac{\pi }{4}}=X_2(1-e^{-j\frac{\pi }{4}})---\left(4\right)$

由式（4）可见，分离后获得的信号Y去除了第一AIS信号X₁，仅保留了 第二AIS信号X₂。再采用相同的方法去除第二AIS信号X₂，仅保留第一AIS 信号X₁，从而实现重叠AIS信号的分离。

本实施例仅以双重冲突的AIS信号的分离为例进行说明，多重冲突的情 形均可通过类似方法进行分离。

在本实施例中，信号分离步骤之后还包括解调步骤：采用基于相干解调 的最大似然序列检测器对分离后获得的信号进行解调。采用该检测器使得信 号的抗噪声和抗干扰性能最强。

以上公开的仅为本申请的具体实施例，但本申请并非局限于此任何本领 域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。