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    3.4 本章小结 30

    结  论 31

    致  谢 32

    参考文献33

    1. 引言

    1.1 研究背景

    现代海运事业蓬勃发展,各国无论是船只的保有量,港口数目和港口的吞吐量,都提升到了一个前所未有的新高度。海量的船舶运行信息,如果不能得到及时的获取、处理及反馈,这势必会给海运安全蒙上一层阴影。目前国际所达成的共识是,出海船只装有通用船舶自动识别系统/ Automatic Identification System(AIS),能有效减少海事事故的发生。《国际海上人命安全公约》中,安装该船载系统,被作为一项国际协议约定确定下来。

    由于船用AIS系统受到通信距离约束,船舶只能对自身有限范围内海域的情况有所了解,岸上基站也仅能掌握近岸船舶的运行情况。而基于卫星的AIS系统方案将可以实现全球范围的覆盖,可以进一步提升观测范围和通信范围;还可以在全球海洋范围内实现一体化,甚至能够建立起一个船舶实时位置数据库。

    不妨试举一个实例。假定现有一个运行在近地空间的小卫星,其装有VHF天线,则该卫星覆盖的视野范围跨度数千海里。如若这架卫星携带接收机,就组成一套星载AIS系统。但这一方案会存在缺陷[ ]:

    由于所选择的是低地球轨道,在设计接收机时需要考虑到多普勒频移。当卫星系统处于其最低高度时,最坏情况的多普勒频移在±4kHz左右。考虑到一个发射机引起的额外的200Hz的漂移,接收机的频率偏移范围必须被设计为±4.2kHz。这即是多普勒范围。另一个关注的重点是干扰,干扰很大的可能是由大型的卫星天线引起的,也有可能是视野范围的限制引起的。然而,额外的链路余量是分配给应对非AIS信号干扰的,给定的余量并没有考虑到来自两个不同的AIS发射机的信号可能在卫星接收处发生碰撞这一事实。

    面对新出现的技术挑战,卫星上显然不能沿用传统的船用AIS接收机,必须研发全新工作机制的星载AIS接收机来解决上述难题。

    1.2 研究现状

    1.3 本文工作和章节安排

    本文的目标是给出更优的AIS信号解调算法。围绕这一目标,本文在行文安排上,首先给出星载AIS的全局架构,然后细分讨论星载AIS各模块的功能;接着,用Matlab对为接收机设计的相关算法进行性能分析、选择和简化。为便于编程时的逻辑理解,一并给出了给出了编程各模块时所基于的逻辑图。本毕业设计所构建的算法包括以下几个方面的:

    (1)给出星载AIS接收机的数字下变频与信道分离结构及其算法。降低了原信号的频率,且将信号数字化,可以减少温度漂移和噪声的干扰,提高系统精度。

    (2)选择了适用符号定时同步算法。亮点是在定时误差估计算法之后,加有插值滤波功能。

    (3)研究星载AIS接收机的解调算法。为实现解调信号的恢复,将系统前段已知的频率粗略估计,与最大似然序列(MLSE)估计相结合,使载波频率偏移的估计更加精确。

    (4)设计出CRC校验模块。通过该模块检测的AIS信号,可视为正确传输。

    (5)给出简化AIS信号处理的方法。运用Laurent展开处理AIS信号,截短信号可以大大简化算法结构和计算工作量。

    论文的章节安排如下:

    第一章 本课题的研究背景,国外发展进程和国内发展现状

    第二章 星载AIS系统简介。介绍星载AIS系统全局架构和各模块的功能。

    第三章 星载AIS数字接收机的数学原理、逻辑架构和算法仿真。对接收机的结构进行设计,依据是的各模块具体分析GMSK信号时所用的数学公式。对解调算法通过仿真,选择适合实现的算法,并对其进行简化。

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