【摘要】：星載AIS接收機面臨著諸多挑戰(zhàn),比如傳輸時延較大、消息沖突較嚴(yán)重、信噪比較低以及多普勒頻移較大等。針對上述挑戰(zhàn),本文主要研究了星載AIS接收機的關(guān)鍵技術(shù),提出一種新的星載AIS接收機的設(shè)計方案,并在通用軟件無線電平臺中建立系統(tǒng),然后使用實驗儀器對系統(tǒng)進行性能測試。本文主要工作如下:(1)對星載AIS接收機的關(guān)鍵技術(shù)進行了研究,提出一種新的星載AIS接收機的設(shè)計方案。該方案使用USRP作為硬件平臺,GNU Radio作為軟件平臺;詳細分析各信號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的頻偏估計算法的估計范圍無法滿足星載AIS系統(tǒng)的需要,為解決該問題,對自相關(guān)-FFT算法進行改進。改進算法通過構(gòu)造輔助函數(shù)以確定信號頻偏的正負號,從而擴大頻偏估計范圍,實現(xiàn)對大的多普勒頻移的估計。仿真結(jié)果表明,改進擴大了頻偏估計范圍,且具有較高的估計精度。(2)星載AIS接收機的實現(xiàn)及通過性測試。該系統(tǒng)使用USRP接收射頻信號,將其轉(zhuǎn)換成基帶信號后經(jīng)USB傳輸線傳輸至計算機中進行參數(shù)估計、解調(diào)等信號處理。在GNU Radio中使用C++語言構(gòu)建各算法的信號處理模塊,并搭建星載AIS接收機系統(tǒng)。(3)模擬星載AIS信號,對星載AIS系統(tǒng)的各項性能指標(biāo)進行測試。實驗結(jié)果表明,該系統(tǒng)在一定程度上能夠解決時隙沖突,并能準(zhǔn)確估計出大的多普勒頻偏。同時,為了實時且準(zhǔn)確捕捉并處理接收信號,需準(zhǔn)確找到一個時隙的起始點,以便將數(shù)據(jù)流以時隙為單位進行劃分。故而利用時間標(biāo)簽的原理,提出一種基于時間標(biāo)簽的時隙劃分算法。該算法通過獲取時間標(biāo)簽中的時間信息判斷接收信號第一個采樣點所處時隙,從而準(zhǔn)確找到下一個時隙的起始點。實驗結(jié)果表明,該算法可準(zhǔn)確找到一個時隙的起始點,從而對數(shù)據(jù)流進行準(zhǔn)確的時隙劃分,使系統(tǒng)能夠?qū)崟r且正確處理信號。
【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，實現(xiàn)自動播發(fā)本船信息，以便被星載 AIS 接收機、基站及其他船臺捕獲。雖然在衛(wèi)星上裝備 AIS 設(shè)備可實現(xiàn)對遠海進行監(jiān)控，但星載 AIS 接收機也面臨著諸多難題[8]，比如嚴(yán)重的時隙沖突、較大的多普勒頻偏、難以接受的傳輸時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 接收機可接收遠海域船舶發(fā)射的信號，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，供地面基站進一步處理，以便獲得船舶的運行狀態(tài)，實現(xiàn)基站對船舶的實時監(jiān)控。因此，星載 AIS 接收機就是最關(guān)鍵的一環(huán)，必須研發(fā)出性能穩(wěn)定、接收能力強的接收機，才能將船舶發(fā)送的信號正確解出并回送至地面基站。本文對星載 AIS 接收機的關(guān)鍵技術(shù)進行深入探討，詳細介紹星載 AIS 接收機的主要信號處理模塊，解決星載 AIS 接收機面臨的主要挑戰(zhàn)，并最終在通用軟件無線電平臺中搭建系統(tǒng)；本系統(tǒng)可作為星載 AIS 關(guān)鍵技術(shù)的研究平臺，將新的算法在軟件無線電平臺中實現(xiàn)，從而構(gòu)建新系統(tǒng)，并對其進行性能測試，，以便找到適合星載 AIS 接收環(huán)境的算

為了獲得一個時隙的碼元序列，需要進行如下步驟：⑴將報文消息按照 ITU-R M.1371-4 協(xié)議[4]轉(zhuǎn)化成二進制序列，通常一個時隙的為 168bits。⑵根據(jù) ISO/IEC3309:1993 協(xié)議[42]求出 168bits 數(shù)據(jù)部分的 16bits 幀校驗位，同驗位列于數(shù)據(jù)部分之后，兩者構(gòu)成一個序列。⑶將產(chǎn)生的新序列進行位填充，若在此序列中存在 5 個連續(xù)的“1”，則在 5“1”后插入一個零；以免與開始和結(jié)束標(biāo)志（即 01111110）相混淆。⑷按照時隙結(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），最后將剩余位補零即可，共有 256bit列，也即一個時隙。⑸使用 NRZI 編碼方式修正該時隙序列[43]。即遇“1”保持，遇“0”反轉(zhuǎn)。經(jīng)過以上五步，便可產(chǎn)生一個時隙的 AIS 碼元序列，若需產(chǎn)生不同的信號，則數(shù)據(jù)部分即可，便可產(chǎn)生不同的時隙，經(jīng)調(diào)制后得到不同的 AIS 信號。.2 星載 AIS 信號模型AIS 信號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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U675.7

【參考文獻】

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本文編號：2602154