【摘要】：星載AIS接收機(jī)面臨著諸多挑戰(zhàn),比如傳輸時(shí)延較大、消息沖突較嚴(yán)重、信噪比較低以及多普勒頻移較大等。針對(duì)上述挑戰(zhàn),本文主要研究了星載AIS接收機(jī)的關(guān)鍵技術(shù),提出一種新的星載AIS接收機(jī)的設(shè)計(jì)方案,并在通用軟件無(wú)線電平臺(tái)中建立系統(tǒng),然后使用實(shí)驗(yàn)儀器對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行性能測(cè)試。本文主要工作如下:(1)對(duì)星載AIS接收機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究,提出一種新的星載AIS接收機(jī)的設(shè)計(jì)方案。該方案使用USRP作為硬件平臺(tái),GNU Radio作為軟件平臺(tái);詳細(xì)分析各信號(hào)處理算法的基本原理,并給出其仿真結(jié)果。特別地,傳統(tǒng)的基于FFT的頻偏估計(jì)算法的估計(jì)范圍無(wú)法滿足星載AIS系統(tǒng)的需要,為解決該問題,對(duì)自相關(guān)-FFT算法進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)算法通過構(gòu)造輔助函數(shù)以確定信號(hào)頻偏的正負(fù)號(hào),從而擴(kuò)大頻偏估計(jì)范圍,實(shí)現(xiàn)對(duì)大的多普勒頻移的估計(jì)。仿真結(jié)果表明,改進(jìn)擴(kuò)大了頻偏估計(jì)范圍,且具有較高的估計(jì)精度。(2)星載AIS接收機(jī)的實(shí)現(xiàn)及通過性測(cè)試。該系統(tǒng)使用USRP接收射頻信號(hào),將其轉(zhuǎn)換成基帶信號(hào)后經(jīng)USB傳輸線傳輸至計(jì)算機(jī)中進(jìn)行參數(shù)估計(jì)、解調(diào)等信號(hào)處理。在GNU Radio中使用C++語(yǔ)言構(gòu)建各算法的信號(hào)處理模塊,并搭建星載AIS接收機(jī)系統(tǒng)。(3)模擬星載AIS信號(hào),對(duì)星載AIS系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該系統(tǒng)在一定程度上能夠解決時(shí)隙沖突,并能準(zhǔn)確估計(jì)出大的多普勒頻偏。同時(shí),為了實(shí)時(shí)且準(zhǔn)確捕捉并處理接收信號(hào),需準(zhǔn)確找到一個(gè)時(shí)隙的起始點(diǎn),以便將數(shù)據(jù)流以時(shí)隙為單位進(jìn)行劃分。故而利用時(shí)間標(biāo)簽的原理,提出一種基于時(shí)間標(biāo)簽的時(shí)隙劃分算法。該算法通過獲取時(shí)間標(biāo)簽中的時(shí)間信息判斷接收信號(hào)第一個(gè)采樣點(diǎn)所處時(shí)隙,從而準(zhǔn)確找到下一個(gè)時(shí)隙的起始點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該算法可準(zhǔn)確找到一個(gè)時(shí)隙的起始點(diǎn),從而對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行準(zhǔn)確的時(shí)隙劃分,使系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)且正確處理信號(hào)。
【圖文】：

圖 1-1 星載 AIS 系統(tǒng)的示意圖AIS 船載系統(tǒng)由自組織區(qū)域內(nèi)的船舶組成，在每條船上均搭載 AIS 設(shè)備，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)播發(fā)本船信息，以便被星載 AIS 接收機(jī)、基站及其他船臺(tái)捕獲。雖然在衛(wèi)星上裝備 AIS 設(shè)備可實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)海進(jìn)行監(jiān)控，但星載 AIS 接收機(jī)也面臨著諸多難題[8]，比如嚴(yán)重的時(shí)隙沖突、較大的多普勒頻偏、難以接受的傳輸時(shí)延以及較低的信噪比等因素。1.1.2 課題研究的意義星載 AIS 接收機(jī)可接收遠(yuǎn)海域船舶發(fā)射的信號(hào)，經(jīng)解調(diào)、解碼等操作后，將相關(guān)數(shù)據(jù)回傳至地面基站，供地面基站進(jìn)一步處理，以便獲得船舶的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)基站對(duì)船舶的實(shí)時(shí)監(jiān)控。因此，星載 AIS 接收機(jī)就是最關(guān)鍵的一環(huán)，必須研發(fā)出性能穩(wěn)定、接收能力強(qiáng)的接收機(jī)，才能將船舶發(fā)送的信號(hào)正確解出并回送至地面基站。本文對(duì)星載 AIS 接收機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入探討，詳細(xì)介紹星載 AIS 接收機(jī)的主要信號(hào)處理模塊，解決星載 AIS 接收機(jī)面臨的主要挑戰(zhàn)，并最終在通用軟件無(wú)線電平臺(tái)中搭建系統(tǒng)；本系統(tǒng)可作為星載 AIS 關(guān)鍵技術(shù)的研究平臺(tái)，將新的算法在軟件無(wú)線電平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)，從而構(gòu)建新系統(tǒng)，并對(duì)其進(jìn)行性能測(cè)試，，以便找到適合星載 AIS 接收環(huán)境的算

為了獲得一個(gè)時(shí)隙的碼元序列，需要進(jìn)行如下步驟：⑴將報(bào)文消息按照 ITU-R M.1371-4 協(xié)議[4]轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制序列，通常一個(gè)時(shí)隙的為 168bits。⑵根據(jù) ISO/IEC3309:1993 協(xié)議[42]求出 168bits 數(shù)據(jù)部分的 16bits 幀校驗(yàn)位，同驗(yàn)位列于數(shù)據(jù)部分之后，兩者構(gòu)成一個(gè)序列。⑶將產(chǎn)生的新序列進(jìn)行位填充，若在此序列中存在 5 個(gè)連續(xù)的“1”，則在 5“1”后插入一個(gè)零；以免與開始和結(jié)束標(biāo)志（即 01111110）相混淆。⑷按照時(shí)隙結(jié)構(gòu)，在⑶產(chǎn)生的序列前后加上開始和結(jié)束標(biāo)志，然后再在其前ts 的訓(xùn)練序列（即010101 010101），最后將剩余位補(bǔ)零即可，共有 256bit列，也即一個(gè)時(shí)隙。⑸使用 NRZI 編碼方式修正該時(shí)隙序列[43]。即遇“1”保持，遇“0”反轉(zhuǎn)。經(jīng)過以上五步，便可產(chǎn)生一個(gè)時(shí)隙的 AIS 碼元序列，若需產(chǎn)生不同的信號(hào)，則數(shù)據(jù)部分即可，便可產(chǎn)生不同的時(shí)隙，經(jīng)調(diào)制后得到不同的 AIS 信號(hào)。.2 星載 AIS 信號(hào)模型AIS 信號(hào)采用高斯濾波最小移頻鍵控（Gaussian Filtered Minimum Shift KK）調(diào)制[44]，其調(diào)制原理如圖 2-1 所示，
【學(xué)位授予單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U675.7

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2602154