一種解決ais信號時隙沖突的信號處理方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種解決AIS信號時隙沖突的信號處理方法，包括如下步驟：初始步驟：設(shè)置至少兩根天線，所有天線同時接收AIS信號，天線的數(shù)量與發(fā)生時隙沖突的AIS信號數(shù)量相同；信號處理步驟：保留一根天線接收到的信號不變，將其他天線接收到的信號均增加一個相位；對經(jīng)相位處理后的所有天線接收到的信號進(jìn)行分離，每次分離其中一路AIS信號時去除其他路AIS信號，僅保留需要分離出的AIS信號。本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明能有效地分離多重沖突的AIS信號，避免了多艘船舶同時發(fā)射AIS信號造成的時隙沖突問題；本發(fā)明方法步驟簡單，易于實(shí)現(xiàn)。
【專利說明】—種解決AIS信號時隙沖突的信號處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于船舶自動識別系統(tǒng)(AIS)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種解決AIS信號時隙沖突的信號處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]2002年國際海事組織(IMO)提出船舶自動識別系統(tǒng)(Automatic IdentificationSystem,AIS)并強(qiáng)制在船舶上應(yīng)用，AIS是一種安裝在船上的電子通訊設(shè)備。AIS系統(tǒng)可不間斷的廣播本船的位置等信息并接收周邊船只廣播的信號，這樣船只就能掌握周邊航行的船舶狀況，從而保證航行的安全。
[0003]船舶自動識別系統(tǒng)(AIS)使用SOTDMA通信協(xié)議，該協(xié)議將一分鐘等效為一幀，每中貞分為2250個時隙,一個時隙的時間寬度為26.67ms,每艘船每次利用一個時隙來廣播信號。為了避免兩艘船舶的AlS設(shè)備同時發(fā)射信號，每一個SOTDMA通信區(qū)域都被限制在約20海里范圍內(nèi)，在該區(qū)域內(nèi)的所有船舶都可按SOTDMA協(xié)議進(jìn)行通信，而不會發(fā)生多艘船舶同時發(fā)射信號的情況。
[0004]但衛(wèi)星平臺接收AIS信號時，普通衛(wèi)星天線不可能做到接收天線波束恰好僅覆蓋一個SOTDMA通信區(qū)域，接收天線波束通常同時覆蓋數(shù)十、甚至數(shù)百個SOTDMA通信區(qū)域，如圖3所示。
[0005]此時，來自接收天線波束覆蓋范圍內(nèi)不同SOTDMA通信區(qū)域的AIS信號發(fā)生時隙沖突的情況是不可避免的，即天線會同時接收到多個AIS信號，如圖3a和圖3b所示。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供一種解決AIS信號時隙沖突的信號處理方法，具體的技術(shù)方案如下:
[0007]一種解決AIS信號時隙沖突的信號處理方法，包括如下步驟:
[0008]初始步驟:設(shè)置至少兩根天線，所有天線同時接收AIS信號，天線的數(shù)量與發(fā)生時隙沖突的AIS信號數(shù)量相同；每根天線接收到的信號中包含所有發(fā)生時隙沖突的AIS信號，每根天線接收到的某一 AIS信號相對于其他天線接收到的相同的AIS信號具有不同的相位差;
[0009]信號處理步驟:保留一根天線接收到的信號不變，將其他天線接收到的信號均增加一個相位；對經(jīng)相位處理后的所有天線接收到的信號進(jìn)行分離，分離時去除其他路AIS信號，僅保留一路AIS信號。
[0010]作為優(yōu)化方案，初始步驟具體為:
[0011]設(shè)置第一天線和第二天線，設(shè)發(fā)生時隙沖突的兩個AIS信號分別為第一 AIS信號和第二 AIS信號；設(shè)第一天線接收到的信號為第一接收信號，第二天線接收到的信號為第二接收信號；其中，第一接收信號如公式(I)所示:
[0012]Y1 = XJX2 (I)[0013]其中，Y1為第一接收信號，X1為第一 AIS信號，X2為第二 AIS信號；
[0014]第二天線接收到的第一 AIS信號相對于第一天線接收到的第一 AIS信號具有一相位差，第二天線接收到的第二 AIS信號相對于第一天線接收到的第二 AIS信號也具有一相位差，則第二接收信號如公式(2)所示:
[0015]Y2 = X1GjVX2Gjb (2)
[0016]其中，Y2為第二接收信號，A為第二天線接收到的第一 AIS信號相對于第一天線接收到的第一 AIS信號的相位差，B為第二天線接收到的第二 AIS信號相對于第一天線接收到的第二 AIS信號的相位差。
[0017]作為優(yōu)化方案，信號處理步驟具體為:保留第一接收信號不變，將第二接收信號增加一個相位P，即Y2ejP ；
[0018]對經(jīng)相位處理后的第一接收信號和第二接收信號進(jìn)行分離，如式(3)所示:
[0019]Y = Y「Y2eJP (3)
[0020]其中Y為分離后獲得的信號；
[0021 ] 利用增加的相位P抵消相位差A(yù)或相位差B，使得分離后獲得的信號Y只保留第一AIS信號或第二 AIS信號。
[0022]作為優(yōu)化方案，信號分離步驟之后還包括解調(diào)步驟:采用基于相干解調(diào)的最大似然序列檢測器對分離后獲得的信號進(jìn)行解調(diào)。
[0023]作為優(yōu)化方案，解決AIS信號時隙沖突的信號處理方法進(jìn)一步包括:重復(fù)執(zhí)行信號處理步驟，直至分離出每一個AIS信號。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0025](I)本發(fā)明能有效地分離多重沖突的AIS信號，避免了多艘船舶同時發(fā)射AIS信號造成的時隙沖突問題；
[0026](2)本發(fā)明方法步驟簡單，易于實(shí)現(xiàn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明的總流程圖；
[0028]圖2為衛(wèi)星接收天線覆蓋區(qū)域示意圖；
[0029]圖3a為時隙沖突示意圖一；
[0030]圖3b為時隙沖突示意圖二。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖以實(shí)施例的方式詳細(xì)描述本發(fā)明。
[0032]實(shí)施例1:
[0033]如圖1所示，一種解決AIS信號時隙沖突的信號處理方法，包括如下步驟:
[0034]初始步驟:設(shè)置至少兩根天線，所有天線同時接收AIS信號，天線的數(shù)量與發(fā)生時隙沖突的AIS信號數(shù)量相同。本發(fā)明對天線的數(shù)量不作限制，天線個數(shù)可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)定，理論上要解多少重沖突(即同時收到多少個AIS信號)就要用多少個接收天線。要解的沖突重數(shù)多，接收天線個數(shù)越多，信號處理算法復(fù)雜度越大，整個系統(tǒng)的復(fù)雜度也越大，因此要綜合考慮系統(tǒng)指標(biāo)來設(shè)定接收天線個數(shù)。每根天線接收到的信號中包含所有發(fā)生時隙沖突的AIS信號，由于信號傳播路徑不同，不同天線接收到的AIS信號相位也會不同，因此，每根天線接收到的某一 AIS信號相對于其他天線接收到的相同的AIS信號具有不同的相位差。
[0035]在本實(shí)施例中，初始步驟具體為:設(shè)置兩根天線，即設(shè)置第一天線和第二天線，設(shè)發(fā)生時隙沖突的兩個AIS信號分別為第一 AIS信號和第二 AIS信號；設(shè)第一天線接收到的信號為第一接收信號，第二天線接收到的信號為第二接收信號；其中，第一接收信號如公式(I)所示:
[0036]Y1 = X^X2 ( I)
[0037]其中，Y1為第一接收信號，X1為第一 AIS信號，X2為第二 AIS信號；
[0038]第二天線接收到的第一 AIS信號相對于第一天線接收到的第一 AIS信號具有一相位差，第二天線接收到的第二 AIS信號相對于第一天線接收到的第二 AIS信號也具有一相位差，則第二接收信號如公式(2)所示:
[0039]Y2 = X1Gj^X2Gjb (2)
[0040]其中，Y2為第二接收信號，A為第二天線接收到的第一 AIS信號相對于第一天線接收到的第一 AIS信號的相位差，B為第二天線接收到的第二 AIS信號相對于第一天線接收到的第二 AIS信號的相位差，j為虛數(shù)單位。
[0041]信號處理步驟:保留一根天線接收到的信號不變，將其他天線接收到的信號均增加一個相位；對經(jīng)相位處理后的所有天線接收到的信號進(jìn)行分離，每次分離出其中一路AIS信號時，去除其他路AIS信號，僅保留需要分離出的一路AIS信號。
[0042]本步驟即是利用不同天線接收的AIS信號的相位差異性來分離重疊AIS信號
[0043]在本實(shí)施例中，信號處理步驟具體為:保留第一接收信號不變，將第二接收信號增加一個相位P，即Y2ejP ；
[0044]對經(jīng)相位處理后的第一接收信號和第二接收信號進(jìn)行分離，如式(3)所示:
[0045]Y = Y1-Y2Sjp (3)
[0046]其中Y為分離后獲得的信號；
[0047]利用增加的相位P抵消相位差A(yù)或相位差B，使得分離后獲得的信號Y只保留第一AIS信號或第二 AIS信號，下面舉例進(jìn)行具體說明:
[0048]假設(shè)A = π/4,Β= π /2，Ρ = -\則分離后獲得的信號Y如式(4)所示:
,.Tl.Tl
[0049]Y = y\- Y1C 々=^2(1l^)( 4 )
[0050]由式(4)可見，分離后獲得的信號Y去除了第一 AIS信號X1，僅保留了第二 AIS信號\。再采用相同的方法去除第二 AIS信號X2，僅保留第一 AIS信號X1,從而實(shí)現(xiàn)重疊AIS信號的分離。
[0051]本實(shí)施例僅以雙重沖突的AIS信號的分離為例進(jìn)行說明，多重沖突的情形均可通過類似方法進(jìn)行分離。
[0052]在本實(shí)施例中，信號分離步驟之后還包括解調(diào)步驟:采用基于相干解調(diào)的最大似然序列檢測器對分離后獲得的信號進(jìn)行解調(diào)。采用該檢測器使得信號的抗噪聲和抗干擾性能最強(qiáng)。[0053]以上公開的僅為本申請的具體實(shí)施例，但本申請并非局限于此任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員能思之的變化，都應(yīng)落在本申請的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種解決AIS信號時隙沖突的信號處理方法，其特征在于，包括如下步驟: 初始步驟:設(shè)置至少兩根天線，所有天線同時接收AIS信號，天線的數(shù)量與發(fā)生時隙沖突的AIS信號數(shù)量相同；每根天線接收到的信號中包含所有發(fā)生時隙沖突的AIS信號，每根天線接收到的某一 AIS信號相對于其他天線接收到的相同的AIS信號具有不同的相位差；信號處理步驟:保留一根天線接收到的信號不變，將其他天線接收到的信號均增加一個相位；對經(jīng)相位處理后的所有天線接收到的信號進(jìn)行分離，分離時去除其他路AIS信號，僅保留一路AIS信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種解決AIS信號時隙沖突的信號處理方法，其特征在于，所述初始步驟具體為: 設(shè)置第一天線和第二天線，設(shè)發(fā)生時隙沖突的兩個AIS信號分別為第一 AIS信號和第二 AIS信號；設(shè)第一天線接收到的信號為第一接收信號，第二天線接收到的信號為第二接收信號；其中，第一接收信號如公式(I)所示: Y1 = X1+X2 (1) 其中，Y1為第一接收信號，X1為第一 AIS信號，X2為第二 AIS信號； 第二天線接收到的第一 AIS信號相對于第一天線接收到的第一 AIS信號具有一相位差，第二天線接收到的第二 AIS信號相對于第一天線接收到的第二 AIS信號也具有一相位差，則第二接收信號如公式(2)所示:
Y2 = XieJA+X2eJB (2) 其中，Y2為第二接收信號，A為第二天線接收到的第一 AIS信號相對于第一天線接收到的第一 AIS信號的相位差，B為第二天線接收到的第二 AIS信號相對于第一天線接收到的第二 AIS信號的相位差。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種解決AIS信號時隙沖突的信號處理方法，其特征在于， 所述信號處理步驟具體為:保留第一接收信號不變，將第二接收信號增加一個相位P，即 Y2eff ； 對經(jīng)相位處理后的第一接收信號和第二接收信號進(jìn)行分離，如式(3)所示:
Y = Y1-Y2Sjp (3) 其中Y為分離后獲得的信號； 利用增加的相位P抵消相位差A(yù)或相位差B，使得分離后獲得的信號Y只保留第一 AIS信號或第二 AIS信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的一種解決AIS信號時隙沖突的信號處理方法，其特征在于，所述信號分離步驟之后還包括解調(diào)步驟:采用基于相干解調(diào)的最大似然序列檢測器對分離后獲得的信號進(jìn)行解調(diào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1任一項所述的一種解決AIS信號時隙沖突的信號處理方法，其特征在于，進(jìn)一步包括:重復(fù)執(zhí)行信號處理步驟，直至分離出每一個AIS信號。
【文檔編號】H04B7/04GK103546204SQ201310492497
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月18日
【發(fā)明者】方詩峰, 張喆, 劉婧, 李洪星 申請人:上海航天測控通信研究所