專利名稱：數(shù)據(jù)輔助下的星載ais信號(hào)同步參數(shù)估計(jì)方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)(Automatic Identification System, AIS)通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種數(shù)據(jù)輔助下的星載AIS信號(hào)同步參數(shù)估計(jì)方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
:在星載AIS接收機(jī)中往往出現(xiàn)多路信號(hào)混合的情況，在將混合信號(hào)進(jìn)行分離的同時(shí)要保證其他信號(hào)不被破壞，需要在已知信號(hào)解碼序列基礎(chǔ)上，較精確的還原出該路信號(hào)，因此就要求精度較高的信號(hào)參數(shù)估計(jì)。這種估計(jì)方式屬于數(shù)據(jù)輔助下的同步參數(shù)估計(jì)，星載AIS信號(hào)分離時(shí)，對(duì)于這一步的估計(jì)精度較盲估計(jì)要求更高。由于AIS信號(hào)采用高斯濾波最小頻移鍵控(Gaussian Minimum ShiftKeying，GMSK)調(diào)制，對(duì)于星載AIS接收機(jī)的信號(hào)的參數(shù)估計(jì)問(wèn)題也就主要針對(duì)GMSK調(diào)制信號(hào)的相應(yīng)參數(shù)估計(jì)。文獻(xiàn)(Michael Rice, “Data-Aided Carrier Phase Estimation forGMSK，，, IEEE International Conference on Communications [J].2003 (5)，3560-3564)中提出了一種數(shù)據(jù)輔助下的相移估計(jì)，該技術(shù)主要采用最大似然運(yùn)算，但只能對(duì)相移進(jìn)行估計(jì)，文獻(xiàn)(Tuan Feng Wu, “New Data-Aided Frequency Estimation Algorithm Based onDiscriminator for GMSK Signals，，, Proceedings of the2003International Conferenceon [J].2003，12(2):1706-1709)用原有KAY工作方式和Fitz工作方式對(duì)GMSK信號(hào)頻偏進(jìn)行估計(jì)，運(yùn)算精度較低，不能達(dá)到星載AIS接收機(jī)的要求，(MICHAEL RICE, “EstimationTechniques for GMSK using Linear Detectors in Satellite Communications，，，IEEETransactions on Aerospace &Electronics Systems[J].2007, 4(43):1484-1495)和(ffenli Shen, “Data Aided Symbol Timing Estimation in Space-Time Coded CPMSystems over Rayleigh Fading Channels，，,Vehicular Technology Conference[J].2007，9(66):556-560)分別用了自相關(guān)運(yùn)算和最大似然運(yùn)算，但是估計(jì)范圍較小，只能估計(jì)IKHz以內(nèi)的頻偏。

發(fā)明內(nèi)容:本發(fā)明的目的在于提供一種數(shù)據(jù)輔助下的星載AIS信號(hào)同步參數(shù)估計(jì)方法及系統(tǒng)，它可以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，可以實(shí)現(xiàn)在星載AIS接收機(jī)上的同步參數(shù)精細(xì)估計(jì)。本發(fā)明的技術(shù)方案:一種數(shù)據(jù)輔助下的星載AIS信號(hào)同步參數(shù)估計(jì)方法，其特征在于它包括以下步驟:①由天線接收地面船舶AIS系統(tǒng)發(fā)射的射頻信號(hào)給接收機(jī)；②接收機(jī)將接收到的射頻信號(hào)解調(diào)成基帶信號(hào)輸入FPGA數(shù)據(jù)采集模塊；③FPGA數(shù)據(jù)采集模塊將接收到的基帶信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字基帶信號(hào)，輸入信號(hào)處理模塊；
④信號(hào)處理模塊對(duì)接收到的數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行處理，得到正確的AIS船舶信息輸入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊；
⑤數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)接收到的AIS船舶信息。所述步驟④中數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)數(shù)字基帶信號(hào)的處理方法由以下步驟構(gòu)成:⑴首先，解碼模塊對(duì)接收到的數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行解碼，解碼后得到的二進(jìn)制碼元信息送入CRC校驗(yàn)?zāi)K進(jìn)行校驗(yàn)；⑵CRC校驗(yàn)?zāi)K對(duì)步驟⑴解碼后的二進(jìn)制信息進(jìn)行校驗(yàn)，校驗(yàn)后的二進(jìn)制信息一路輸入到數(shù)據(jù)輔助下的同步參數(shù)估計(jì)模塊，另一路輸入到報(bào)文解析模塊；⑶數(shù)據(jù)輔助下的同步參數(shù)估計(jì)模塊利用接收到的二進(jìn)制碼元信息和數(shù)字基帶信號(hào)估計(jì)數(shù)字基帶信號(hào)中的同步參數(shù)，估計(jì)的同步參數(shù)輸入多用戶分離模塊；⑷報(bào)文解析模塊對(duì)接收到的二進(jìn)制碼元信息解析處理，得到AIS船舶信息輸入到存儲(chǔ)模塊；(5)多用戶分離模塊利用接收到的數(shù)字基帶信號(hào)同步參數(shù)對(duì)信號(hào)分離，分離后的信號(hào)輸入解碼模塊；(6)解碼模塊對(duì)接收到的分離信號(hào)再次解碼，并重復(fù)步驟⑴。所述步驟⑶中的數(shù)據(jù)輔助下的同步參數(shù)估計(jì)方法包括以下步驟:(a)數(shù)據(jù)輔助下的同步參數(shù)估計(jì)模塊接收到的數(shù)字基帶信號(hào)按如下要求降采樣，得到降采樣序列:將在加性白高斯噪聲(Additive White Gaussian Noise, AWGN)信道下接收到信號(hào)的復(fù)包絡(luò)可以表示為
權(quán)利要求
1.一種數(shù)據(jù)輔助下的星載Ais信號(hào)同步參數(shù)估計(jì)方法，其特征在于它包括以下步驟: ①由天線接收地面船舶AIS系統(tǒng)發(fā)射的射頻信號(hào)給接收機(jī)； ②接收機(jī)將接收到的射頻信號(hào)解調(diào)成基帶信號(hào)輸入FPGA數(shù)據(jù)采集模塊； ③FPGA數(shù)據(jù)采集模塊將接收到的基帶信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字基帶信號(hào)，輸入信號(hào)處理模塊； ④信號(hào)處理模塊對(duì)接收到的數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行處理，得到正確的AIS船舶信息輸入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊； ⑤數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)接收到的AIS船舶信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種數(shù)據(jù)輔助下的星載AIS信號(hào)同步參數(shù)估計(jì)方法，其特征在于所述步驟④中數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)數(shù)字基帶信號(hào)的處理方法由以下步驟構(gòu)成: ⑴首先，解碼模塊對(duì)接收到的數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行解碼，解碼后得到的二進(jìn)制碼元信息送入CRC校驗(yàn)?zāi)K進(jìn)行校驗(yàn)； ⑵CRC校驗(yàn)?zāi)K對(duì)步驟⑴解碼后的二進(jìn)制信息進(jìn)行校驗(yàn)，校驗(yàn)后的二進(jìn)制信息一路輸入到數(shù)據(jù)輔助下的同步參數(shù)估計(jì)模塊，另一路輸入到報(bào)文解析模塊； ⑶數(shù)據(jù)輔助下的同步參數(shù)估計(jì)模塊利用接收到的二進(jìn)制碼元信息和數(shù)字基帶信號(hào)估計(jì)數(shù)字基帶信號(hào)中的同步參數(shù)，估計(jì)的同步參數(shù)輸入多用戶分離模塊； ⑷報(bào)文解析模塊對(duì)接收到的二進(jìn)制碼元信息解析處理，得到AIS船舶信息輸入到存儲(chǔ)模塊； (5)多用戶分離模塊利用接收到的數(shù)字基帶信號(hào)同步參數(shù)對(duì)信號(hào)分離，分離后的信號(hào)輸入解碼模塊； (6)解碼模塊對(duì)接收到的分離信號(hào)再次解碼，并重復(fù)步驟⑴。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種數(shù)據(jù)輔助下的星載AIS信號(hào)同步參數(shù)估計(jì)方法，其特征在于所述步驟⑶中的數(shù)據(jù)輔助下的同步參數(shù)估計(jì)方法包括以下步驟: (a)數(shù)據(jù)輔助下的同步參數(shù)估計(jì)模塊接收到的數(shù)字基帶信號(hào)按如下要求降采樣，得到降采樣序列: 將在加性白高斯噪聲(Additive White Gaussian Noise, AWGN)信道下接收到信號(hào)的復(fù)包絡(luò)可以表示為x(t)=AeJ(2"vt+e)S(t-T)+n(t)其中，A為幅度，V是載波頻偏，Θ為相移，n (t)為加性噪聲，s (t)為對(duì)應(yīng)的GMSK基帶調(diào)制信號(hào)，τ為時(shí)延；對(duì)于數(shù)字基帶信號(hào)以碼元速率降采樣后得到降采樣序列，記為|x(k)}； (b)數(shù)據(jù)輔助下的同步參數(shù)估計(jì)模塊利用接收到的二進(jìn)制碼元信息，按如下方式構(gòu)造出洛朗級(jí)數(shù)的系數(shù): 以正確碼元序列對(duì)應(yīng)調(diào)制信號(hào)的洛朗級(jí)數(shù)展開形式:
4.一種實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輔助下的星載AIS信號(hào)同步參數(shù)估計(jì)方法的系統(tǒng)，由AIS接收機(jī)構(gòu)成，其特征在于它包括天線、接收機(jī)、FPGA數(shù)據(jù)采集模塊、信號(hào)處理模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊；其中，所述天線接收地面船舶AIS系統(tǒng)發(fā)射的射頻信號(hào)數(shù)據(jù)并送入接收機(jī)中；所述接收機(jī)輸出端連接FPGA數(shù)據(jù)采集模塊的輸入端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4一種實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輔助下的星載AIS信號(hào)同步參數(shù)估計(jì)方法的系統(tǒng)，其特征在于所述信號(hào)處理模塊是由DSP單元、FLASH單元、RS232單元和RAM單元組成；其中所述DSP單元分別與FLASH單元以及RAM單元呈雙相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5—種實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輔助下的星載AIS信號(hào)同步參數(shù)估計(jì)方法的系統(tǒng)，其特征在于所述DSP單元是由解碼模塊、CRC校驗(yàn)?zāi)K、報(bào)文解析模塊、數(shù)據(jù)輔助下的同步參數(shù)估計(jì)模塊以及多用戶分離模塊組成；其中，所述解碼模塊的輸入端接收數(shù)字基帶信號(hào)，其輸出端連接CRC校驗(yàn)?zāi)K的輸入端；所述報(bào)文解析模塊的輸入端接收CRC校驗(yàn)?zāi)K的輸出信號(hào)，其輸出端輸出A IS船舶信息給RS232單元；所述數(shù)據(jù)輔助下的同步參數(shù)估計(jì)模塊的輸入端接收CRC校驗(yàn)?zāi)K的輸出信號(hào)以及數(shù)字基帶信號(hào)，其輸出端連接多用戶分離模塊的輸入端。
全文摘要
一種數(shù)據(jù)輔助下的星載AIS信號(hào)同步參數(shù)估計(jì)方法由天線接收地面船舶AIS系統(tǒng)發(fā)射的射頻信號(hào)給接收機(jī)；接收機(jī)將接收到的射頻信號(hào)解調(diào)成基帶信號(hào)輸入FPGA數(shù)據(jù)采集模塊；FPGA數(shù)據(jù)采集模塊將接收到的基帶信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換得到數(shù)字基帶信號(hào)，輸入信號(hào)處理模塊；信號(hào)處理模塊對(duì)接收到的數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行處理，得到正確的AIS船舶信息輸入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)接收到的AIS船舶信息。優(yōu)越性在信號(hào)降采樣下，通過(guò)引入自相關(guān)運(yùn)算和最大似然運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)了對(duì)星載AIS信號(hào)的頻偏估計(jì)范圍大，估計(jì)誤差小的性能；通過(guò)累加求幅角運(yùn)算和累加求模值運(yùn)算實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確度較高的定時(shí)估計(jì)、相移估計(jì)和幅度估計(jì)。
文檔編號(hào)H04L25/03GK103209143SQ20131002032
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月21日
發(fā)明者劉曉娟, 馬社祥, 孟鑫, 宮銘舉 申請(qǐng)人:天津理工大學(xué)