PDF《潘宝凤,梁先明》

文章编号:1001 - 893X( 2011)

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05 星载 AIS 接收系统设计及关键技术 潘宝凤,梁先明(中国西南电子技术研究所,成都610036) 摘要 : 针对星载AIS( 船舶自动识别系统)接收系统覆盖范围广、运动速度快等特点,提出了三种实现信号有效接收的总体方案.

采 用盲分离阵列信号处理方法、非线性测频和非相干解调方法解决了星载AIS 接收系统中面临的信号碰撞、多普勒频移信号解调等关键技术问题,仿真和外场实验验证了方案的有效性和可行性.关键词:星载AIS;

接收系统;

信息碰撞;

多普勒频移;

盲源分离中图分类号:TN971 文献标识码:Adoi: 10.3969 / j. issn.1001 - 893x.2011.05.001 Satellite - based AIS Receiver System Design and Related Key Techniques PAN Baofeng,LIANG Xian - ming ( Southwest China Institute of Electronic Technology, Chengdu 610036, China) Abstract: According to the characters of the space - based AIS( Automatic Identification System)receiver with wide coverage and fast moving speed, three system design schemes are proposed to realize the efficient receiving of signal. The blind source separation array signal processing method,nonlinear frequency measuring and non - coherence demodulation method are used to solve the problems of signal overlapping and the demodulation of Doppler frequency shift signal. Simulations and outfield experiment are presented to verify the validity and feasi bility of the proposed scheme. Key words: satellite - based AIS;

receiver system;

message collision;

Doppler frequency shift;

blind source separation

1 引言 船舶自动识别系统(Automatic Identification Sys tem, AIS)是国际海事组织(IMO) 、国际航标协会(IALA) 、 国际电信联盟(ITU - R) 于2000 年共同强力推广的一个具有船舶自动识别、通信和导航功能的新型助航电子系统.安 装AIS 应答机的船舶能自动和连续地播发出本船静态、动态、航次及安全短消息;

同时,也自动地接收周围船舶发出的类似信息,并与海岸AIS 基站进行信息交互,达到规避船舶碰撞、领航调度和航运管理等航行决策的目的[1] . 随着全球经济一体化进程,海上运输和贸易高速增长,而海盗活动、走私等也愈演愈烈.如 果利用AIS 信息和雷达等其它信息综合判证,能及时发现海盗、走私等可疑船只,可在一定程度上遏制海上犯罪.虽 然当前船台、岸站AIS 系统支持确定船舶信息,但传输距离仅约40 nmile, 迫切需要创建一个系统来实现对全球海域的监控.卫 星平台由于覆盖范围广,星载AIS 系统可以实现对全球范围内海域的监视,近年来得到各国的重视.美 国、德国、加拿大都先后发射了载有AIS 接收设备的卫星.要发展星载AIS 系统,不可避免要应对新的技术挑战,其中重点要解决的是AIS 信息碰撞时如何・1・第51 卷第5期2011 年5月电讯技术Telecommunication Engineering Vol.51 No.5 May

2011 收稿日期:2011 -

04 - 07;

修回日期:2011 -

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17 提高卫星对舰船的检测概率问题.通 常采用延长卫星观测时间、增加对感兴趣区域的访问频度和减少天线覆盖范围的方法,但以上方法仅当观测区域内舰船密度较低时,可以达到比较好的检测效果,其时效性和卫星利用率较低.文 献[2] 提出利用3副正交的偶极子天线,采用干扰对消的方法,可将2000 艘船的检测概率从35% 提高到71%.加拿大发射的NTS 卫星[3] , 利用COM DEV Ltd. AIS 接收机,通过信号分离技术使时频重叠AIS 信号的检测概率大大增加,但具体技术细节不详.关 于碰撞AIS 信号的分离技术研究,国内刚刚处于起步阶段.另 外,由于卫星的快速运动,星载AIS 接收机还面临对大多谱勒频移信号的解调问题.此 外,还有星载AIS 天线的适应性设计、AIS 信号衰减等问题.2星载AIS 接收系统总体方案设想星载AIS 接收系统主要用于接收AIS 信号,高效地完成对舰船目标的检测,并将收到的舰船信息下发到地面相关接收系统,实现对全球海域内舰船目标的监视.星载AIS 接收系统实现方案大体上可分为3种,下面分别介绍.(1) 方案1星载AIS 接收系统对接收到的AIS 信号进行低噪声放大后,送到后端的信号处理模块,完成信号的采集、存储,当卫星过顶时,再将存储的数据进行编码、调制和调频,通过卫星下行链路,转发到地面接收处理系统,事后完成AIS 信号的解调、解译.该方案的优点是:星上AIS 接收系统的设计简单、可靠性高;