本發(fā)明衛(wèi)星通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于相關(guān)性的星載AIS信號接收處理方法及裝置。

背景技術(shù)：

衛(wèi)星AIS(Automatic Identification System，船舶自動識別系統(tǒng))是一種船舶定位技術(shù)，其通過低軌道的衛(wèi)星接收船舶發(fā)送的AIS報文信息，衛(wèi)星將接收和解碼AIS報文信息轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的地球站，從而讓陸地管理機(jī)構(gòu)掌握船舶的相關(guān)動態(tài)信息，實現(xiàn)對遠(yuǎn)海海域航行船舶的監(jiān)控。

星載AIS系統(tǒng)的工作頻率為VHF波段的CH87B(161.875MHz)和CH88B(162.025MHz)兩個頻道，其信息速率為9.6kbps，星載AIS信號相較于普通AIS信號具有較大多普勒頻偏的特點，在低信噪比下，大范圍時延與多普勒頻移極易導(dǎo)致信號無法解碼，很難直接滿足常規(guī)GMSK調(diào)制信號采用差分采樣判決的載頻條件，因此，在使用差分檢測譯碼算法對AIS接收信號譯碼時需要進(jìn)行多普勒頻偏的補(bǔ)償。由于AIS信號為一種突發(fā)信號具有特定的信號格式，具有很好的相關(guān)性，所以通常采用基于差分相關(guān)的星載AIS信號頻偏估計的方法來有效解決星載AIS接收機(jī)接收信號具有較大多普勒頻偏的問題。

然而，現(xiàn)有技術(shù)中尚無對基于相關(guān)性的星載AIS信號捕獲、解調(diào)的完整性方法提出，而且，由于星載AIS信號的一個時隙為26.67ms，信號量為256bit，信號時間短，因而星載AIS接收機(jī)存在AIS信號丟失及誤捕的可能，即星載AIS接收機(jī)存在AIS信號漏捕及誤捕的情況出現(xiàn)。另外，現(xiàn)有方法通過基于差分相關(guān)算法來實現(xiàn)幀同步及信號的粗估計時，由于最優(yōu)采樣點的不確定而應(yīng)用n個采樣點串行搜索的方式來達(dá)到對信號的正確解調(diào)，這樣極大地增加了星載AIS接收機(jī)的計算量，給星載AIS接收機(jī)增加了負(fù)荷。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

技術(shù)問題

有鑒于此，本發(fā)明實施例提供一種基于相關(guān)性的星載AIS信號接收處理方法及裝置，解決的技術(shù)問題為星載AIS接收機(jī)存在AIS信號漏捕及誤捕的情況，以及星載AIS接收機(jī)的計算負(fù)荷較大。

問題的解決方案

一種基于相關(guān)性的星載AIS信號接收處理方法，包括以下步驟：

將經(jīng)過下變頻的AIS信號依次循環(huán)存儲于第一存儲區(qū)、第二存儲區(qū)及第三存儲區(qū)；

讀取所述第一存儲區(qū)、第二存儲區(qū)及第三存儲區(qū)中的AIS信號，分別計算所述AIS信號在預(yù)設(shè)碼元長度的信號功率和、功率最大值、所述AIS信號在4T碼元間隔下的第一相關(guān)信號能量值以及所述AIS信號在2T碼元間隔下的第二相關(guān)信號能量值，并根據(jù)所述信號功率和、功率最大值、第一相關(guān)信號能量值及第二相關(guān)信號能量值判斷得到真實AIS信號；

根據(jù)本地同步碼與所述真實AIS信號進(jìn)行差分相關(guān)計算得到真實AIS信號的幀頭位置及粗估計頻偏值；

根據(jù)所述真實AIS信號的幀頭位置及四倍碼元的同步碼序列確定最優(yōu)抽取樣點，根據(jù)所述最優(yōu)抽取樣點截取得到真實AIS信號的有效數(shù)據(jù)；將所述粗估計頻偏值以復(fù)數(shù)形式補(bǔ)償?shù)秸鎸岮IS信號的有效數(shù)據(jù)中；

將補(bǔ)償后的有效數(shù)據(jù)經(jīng)過FFT頻偏補(bǔ)償、鎖相環(huán)跟蹤及差分采樣判決后輸出二進(jìn)制數(shù)據(jù)碼元。

優(yōu)選地，所述將經(jīng)過下變頻的AIS信號依次循環(huán)存儲于第一存儲區(qū)、第二存儲區(qū)及第三存儲區(qū)的步驟包括：

初始狀態(tài)下，將接收到的經(jīng)過下變頻的AIS信號中1024個數(shù)據(jù)存儲于第一存儲區(qū)的前半?yún)^(qū)中；

下一個時刻狀態(tài)時，將此時接收的經(jīng)過下變頻的AIS信號1024個數(shù)據(jù)同時存入第一存儲區(qū)的后半?yún)^(qū)以及第二存儲區(qū)的前半?yún)^(qū)中；

再下一個時刻狀態(tài)時，將此時接收的經(jīng)過下變頻的AIS信號1024個數(shù)據(jù)同時存入第二存儲區(qū)的后半?yún)^(qū)以及第三存儲區(qū)的前半?yún)^(qū)中；

下一個時刻狀態(tài)時，將此時接收的經(jīng)過下變頻的AIS信號1024個數(shù)據(jù)同時存入第三存儲區(qū)的后半?yún)^(qū)以及第一存儲區(qū)的前半?yún)^(qū)中，重復(fù)上述步驟將經(jīng)過下變頻的AIS信號依次循環(huán)存儲于第一存儲區(qū)、第二存儲區(qū)及第三存儲區(qū)；其中，所述一個時刻為AIS信號的一個時隙。

優(yōu)選地，所述讀取所述第一存儲區(qū)、第二存儲區(qū)及第三存儲區(qū)中的AIS信號的步驟包括：

初始狀態(tài)下，判斷所述第三存儲區(qū)中AIS信號數(shù)據(jù)容量是否大于預(yù)設(shè)值；

非初始狀態(tài)下，判斷所述第一存儲區(qū)、第二存儲區(qū)或第三存儲區(qū)中AIS信號數(shù)據(jù)容量是否大于預(yù)設(shè)值，若是，則輸出讀取標(biāo)志，并從第一存儲區(qū)、第二存儲區(qū)或第三存儲區(qū)中讀取AIS信號數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，所述分別計算所述AIS信號在預(yù)設(shè)碼元長度的信號功率和、功率最大值、所述AIS信號在4T碼元間隔下的第一相關(guān)信號能量值以及所述AIS信號在2T碼元間隔下的第二相關(guān)信號能量值，并根據(jù)所述信號功率和、功率最大值、第一相關(guān)信號能量值及第二相關(guān)信號能量值判斷得到真實AIS信號的步驟包括：

并行的步驟A、步驟B及步驟C；

所述步驟A包括：

計算所述AIS信號中L個碼元度的信號功率和s及功率最大值val：

val＝max{x_I²(nT)+x_Q²((n)T)}；

其中，L為預(yù)設(shè)碼元長度，x_I(nT)與x_Q(nT)分別表示AIS信號的實部與虛部；

判斷s＞a·val是否成立，若否，則直接舍棄所述AIS信號，其中，a為第一預(yù)設(shè)閾值；

所述步驟B包括：

計算所述AIS信號在4T碼元間隔下的第一相關(guān)信號能量值：

h_m＝g_mI²+g_mQ²；

m為相關(guān)步長，m為4，求出g₄及h₄；

判斷h₄＞b·s²是否成立，若否，則直接舍棄所述AIS信號；其中，b為第二預(yù)設(shè)閾值；

所述步驟C包括：

計算所述AIS信號在2T碼元間隔下的第二相關(guān)信號能量值：

h_m＝g_mI²+g_mQ²；

m為相關(guān)步長，m為2，求出g₂及h₂；

判斷h₂＜c·s²是否成立，若否，則直接舍棄所述AIS信號，其中，c為第三預(yù)設(shè)閾值；

在所述步驟A中判斷條件s＞a·val、所述步驟B中判斷條件h₄＞b·s²及所述步驟C中判斷條件h₂＜c·s²均成立的情況下，判斷所述AIS信號為真實AIS信號。

優(yōu)選地，所述根據(jù)本地同步碼與所述真實AIS信號進(jìn)行差分相關(guān)計算得到真實AIS信號的幀頭位置及粗估計頻偏值的步驟之前還包括：

在所述AIS信號的預(yù)設(shè)碼元長度小于AIS信號同步訓(xùn)練序列長度的情況下，計算當(dāng)前存儲區(qū)中當(dāng)前時刻的AIS信號的幀頭位置P_n及上一時刻輸出讀取標(biāo)志的存儲區(qū)中AIS信號的幀頭位置P_p，在判斷P_p-P_n>1024-L成立的情況下，直接舍棄當(dāng)前存儲區(qū)中當(dāng)前時刻的AIS信號。

優(yōu)選地，所述根據(jù)本地同步碼與所述真實AIS信號進(jìn)行差分相關(guān)計算得到真實AIS信號的幀頭位置及粗估計頻偏值的步驟包括：

P_t＝max{R(n)}，

fre＝arg{max|R(n)|}·9600/2π；

其中，L為AIS信號同步序列長度，m為延遲1bit的真實AIS信號在特定采樣速率下所對應(yīng)的點數(shù),x(n)為接收真實AIS信號數(shù)據(jù)，序列b為本地生成同步碼序列的AIS信號，R(n)為本地同步碼與所述真實AIS信號的差分相關(guān)值，Pt為本地同步碼與所述真實AIS信號的最大差分相關(guān)值，Pt所對應(yīng)的n即為AIS信號幀頭位置，fre表示真實AIS信號的粗估計頻偏值。

優(yōu)選地，所述根據(jù)所述真實AIS信號的幀頭位置及四倍碼元的同步碼序列確定最優(yōu)抽取樣點的步驟包括：

本地生成四倍采樣的真實AIS信號的同步碼序列；

在四倍采樣速率下，將真實AIS信號從其幀頭位置前后再各取兩采樣點，分別以上述三個采樣點為起始位置的AIS信號序列與所述本地生成同步碼進(jìn)行差分相關(guān)計算確定最優(yōu)抽取樣點。

優(yōu)選地，所述分別以上述三個采樣點為起始位置的AIS信號序列與所述本地生成同步碼進(jìn)行差分相關(guān)計算確定最優(yōu)抽取樣點步驟包括：

S_perfect＝max{R(n)}；

其中，n＝1,2,3，L₀為四倍采樣下的同步序列長度，m為延遲1bit的真實AIS信號在特定采樣速率下所對應(yīng)的點數(shù)，R(n)為四倍采樣下所述三個采樣點的同步碼序列與所述真實AIS信號的差分相關(guān)值，x(n)為接收真實AIS信號數(shù)據(jù)，序列b₄為四倍采樣下本地生成同步碼序列的AIS信號，R(n)為本地同步碼與所述真實AIS信號的差分相關(guān)值，Sperfect為最優(yōu)抽取樣點。

優(yōu)選地，所述將補(bǔ)償后的有效數(shù)據(jù)經(jīng)過FFT頻偏補(bǔ)償、鎖相環(huán)跟蹤及差分采樣判決后輸出二進(jìn)制數(shù)據(jù)碼元的步驟包括：

將補(bǔ)償后的有效數(shù)據(jù)與本地同步碼計算得到FFT頻偏值并將所述FFT頻偏值補(bǔ)償?shù)接行?shù)據(jù)中；

以四倍抽取經(jīng)FFT頻偏補(bǔ)償后有效數(shù)據(jù)的前32bit有效值與本地同步碼積分累加值得到信號初相位，以所述信號初相位作為鎖相環(huán)NCO初相值，將所述有效數(shù)據(jù)經(jīng)二階鎖相環(huán)補(bǔ)償AIS信號殘留的頻偏；

將經(jīng)過鎖相環(huán)補(bǔ)償后的有效數(shù)據(jù)進(jìn)行差分采樣判決后輸出二進(jìn)制數(shù)據(jù)碼元。

另，本發(fā)明還提供一種基于相關(guān)性的星載AIS信號接收處理裝置，所述裝置包括：

信號存儲單元，用于將經(jīng)過下變頻的AIS信號依次循環(huán)存儲于第一存儲區(qū)、第二存儲區(qū)及第三存儲區(qū)；

信號讀取單元，用于讀取所述第一存儲區(qū)、第二存儲區(qū)及第三存儲區(qū)中的AIS信號；

第一計算單元，用于分別計算所述AIS信號在預(yù)設(shè)碼元長度的信號功率和、功率最大值、所述AIS信號在4T碼元間隔下的第一相關(guān)信號能量值以及所述AIS信號在2T碼元間隔下的第二相關(guān)信號能量值，并根據(jù)所述信號功率和、功率最大值、第一相關(guān)信號能量值及第二相關(guān)信號能量值判斷得到真實AIS信號；

第二計算單元，用于根據(jù)本地同步碼與所述真實AIS信號進(jìn)行差分相關(guān)計算得到真實AIS信號的幀頭位置及粗估計頻偏值；

最優(yōu)抽取樣點估計單元，用于根據(jù)所述真實AIS信號的幀頭位置及四倍碼元的同步碼序列確定最優(yōu)抽取樣點，根據(jù)所述最優(yōu)抽取樣點截取得到真實AIS信號的有效數(shù)據(jù)；

粗估計頻偏補(bǔ)償單元，用于將所述粗估計頻偏值以復(fù)數(shù)形式補(bǔ)償?shù)秸鎸岮IS信號的有效數(shù)據(jù)中；

處理判決單元，用于將補(bǔ)償后的有效數(shù)據(jù)經(jīng)過FFT頻偏補(bǔ)償、鎖相環(huán)跟蹤及差分采樣判決后輸出二進(jìn)制數(shù)據(jù)碼元。

本發(fā)明的有益效果

采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明至少可取得下述技術(shù)效果：

通過循環(huán)存儲及讀取方式避免了星載AIS信號的漏捕，通過捕獲位置的判斷增加實現(xiàn)了防誤捕策略，避免了AIS信號的誤捕；在星載AIS接收機(jī)上并行捕獲AIS信號，并應(yīng)用線性相干方式正確解調(diào)信號，解調(diào)過程中增加多采樣點下的同步碼參與差分相關(guān)計算，獲得最優(yōu)采樣點，避免了多采樣點串行搜索通過CRC校驗判斷最優(yōu)采樣點的計算量繁重的問題，提高了星載AIS信號接收解調(diào)的精度及效率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對本發(fā)明實施例描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)本發(fā)明實施例的內(nèi)容和這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本實施例所述的基于相關(guān)性的星載AIS信號接收處理方法的具體流程圖；

圖2是本實施例所述的AIS信號的循環(huán)存儲的示意圖；

圖3是本實施例所述的AIS信號防誤捕的示意圖；

圖4是本實施例所述AIS信號格式的示意圖；

圖5是本實施例所述的基于相關(guān)性的星載AIS信號接收處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

貫穿附圖，應(yīng)該注意的是，相似的標(biāo)號用于描繪相同或相似的元件、特征和結(jié)構(gòu)。

具體實施方式

提供以下參照附圖的描述來幫助全面理解由權(quán)利要求及其等同物限定的本公開的各種實施例。以下描述包括幫助理解的各種具體細(xì)節(jié)，但是這些細(xì)節(jié)將被視為僅是示例性的。因此，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識到，在不脫離本公開的范圍和精神的情況下，可對本文所述的各種實施例進(jìn)行各種改變和修改。另外，為了清晰和簡潔，公知功能和構(gòu)造的描述可被省略。

以下描述和權(quán)利要求書中所使用的術(shù)語和詞匯不限于文獻(xiàn)含義，而是僅由發(fā)明人用來使本公開能夠被清晰和一致地理解。因此，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言應(yīng)該明顯的是，提供以下對本公開的各種實施例的描述僅是為了示例性目的，而非限制由所附權(quán)利要求及其等同物限定的本公開的目的。

應(yīng)該理解，除非上下文明確另外指示，否則單數(shù)形式也包括復(fù)數(shù)指代。因此，例如，對“組件表面”的引用包括對一個或更多個這樣的表面的引用。

本發(fā)明提供一種基于相關(guān)性的星載AIS信號接收處理方法，包括以下步驟：將經(jīng)過下變頻的AIS信號依次循環(huán)存儲于第一存儲區(qū)、第二存儲區(qū)及第三存儲區(qū)；讀取所述第一存儲區(qū)、第二存儲區(qū)及第三存儲區(qū)中的AIS信號，分別計算所述AIS信號在預(yù)設(shè)碼元長度的信號功率和、功率最大值、所述AIS信號在4T碼元間隔下的第一相關(guān)信號能量值以及所述AIS信號在2T碼元間隔下的第二相關(guān)信號能量值，并根據(jù)所述信號功率和、功率最大值、第一相關(guān)信號能量值及第二相關(guān)信號能量值判斷得到真實AIS信號；根據(jù)本地同步碼與所述真實AIS信號進(jìn)行差分相關(guān)計算得到真實AIS信號的幀頭位置及粗估計頻偏值；根據(jù)所述真實AIS信號的幀頭位置及四倍碼元的同步碼序列確定最優(yōu)抽取樣點，根據(jù)所述最優(yōu)抽取樣點截取得到真實AIS信號的有效數(shù)據(jù)；將所述粗估計頻偏值以復(fù)數(shù)形式補(bǔ)償?shù)秸鎸岮IS信號的有效數(shù)據(jù)中；將補(bǔ)償后的有效數(shù)據(jù)經(jīng)過FFT頻偏補(bǔ)償、鎖相環(huán)跟蹤及差分采樣判決后輸出二進(jìn)制數(shù)據(jù)碼元。

請參考圖1，圖1是本實施例基于相關(guān)性的星載AIS信號接收處理方法的具體流程圖。本實施例所述的基于相關(guān)性的星載AIS信號接收處理方法包括如下步驟：

步驟101：將經(jīng)過下變頻的AIS信號依次循環(huán)存儲于第一存儲區(qū)、第二存儲區(qū)及第三存儲區(qū)。

在具體實現(xiàn)時，星載AIS接收機(jī)通過天線接收到AIS信號，并將所述AIS信號經(jīng)下變頻處理，以降低AIS信號的載波頻率或是直接去除載波頻率得到基帶信號；同時，所述星載AIS接收機(jī)中FPGA設(shè)置三個存儲區(qū)RAM，以用于循環(huán)存儲的方式存儲經(jīng)過下變頻的AIS信號。

請參閱圖2，所述一個時隙(25.67ms)的星載AIS信號的大小為256bit，經(jīng)四倍采樣(在下變頻的最后時刻用38.4kHz的采樣率去采碼元速率為9.6kHz的AIS信號，得到基帶信號)后，所述一個時隙的星載AIS信號有效值為1024，其在存儲時占用三個存儲區(qū)域，即第一存儲區(qū)、第二存儲區(qū)及第三存儲區(qū)，所述第一存儲區(qū)、第二存儲區(qū)及第三存儲區(qū)的存儲量為2048。

所述步驟101具體包括：

初始狀態(tài)下，將接收到的經(jīng)過下變頻的AIS信號中1024個數(shù)據(jù)存儲于第一存儲區(qū)的前半?yún)^(qū)RAM1_a中；

下一個時刻狀態(tài)S1時，將此時接收的經(jīng)過下變頻的AIS信號1024個數(shù)據(jù)同時存入第一存儲區(qū)的后半?yún)^(qū)RAM1_b以及第二存儲區(qū)的前半?yún)^(qū)RAM2_a中；

再下一個時刻狀態(tài)S2時，將此時接收的經(jīng)過下變頻的AIS信號1024個數(shù)據(jù)同時存入第二存儲區(qū)的后半?yún)^(qū)RAM2_b以及第三存儲區(qū)的前半?yún)^(qū)RAM3_a中；

再下一個時刻狀態(tài)S2時，將此時接收的經(jīng)過下變頻的AIS信號1024個數(shù)據(jù)同時存入第三存儲區(qū)的后半?yún)^(qū)RAM3_b以及第一存儲區(qū)的前半?yún)^(qū)RAM1_a中，重復(fù)上述步驟將經(jīng)過下變頻的AIS信號依次循環(huán)存儲于第一存儲區(qū)、第二存儲區(qū)及第三存儲區(qū)，其中，所述一個時刻為星載AIS信號的一個時隙，即所述星載AIS接收機(jī)存儲的時間間隔為星載AIS信號的一個時隙。

步驟102：讀取所述第一存儲區(qū)、第二存儲區(qū)及第三存儲區(qū)中的AIS信號。

在具體實現(xiàn)時，在將AIS信號存儲于第一存儲區(qū)、第二存儲區(qū)及第三存儲區(qū)后需要讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行并行捕獲計算。所述步驟102具體包括：

初始狀態(tài)下，判斷所述第三存儲區(qū)RAM3中AIS信號數(shù)據(jù)容量是否大于預(yù)設(shè)值；

非初始狀態(tài)下，判斷所述第一存儲區(qū)RAM1、第二存儲區(qū)RAM2或第三存儲區(qū)RAM3中AIS信號數(shù)據(jù)容量是否大于預(yù)設(shè)值，若是，則輸出讀取標(biāo)志，并從第一存儲區(qū)RAM1、第二存儲區(qū)RAM2或第三存儲區(qū)RAM3中讀取AIS信號數(shù)據(jù)。

本實施例中，所述預(yù)設(shè)值為1256，即為參與解調(diào)運(yùn)算的有效數(shù)據(jù)，每一時刻從第一存儲區(qū)RAM1、第二存儲區(qū)RAM2或第三存儲區(qū)RAM3中讀取AIS信號數(shù)據(jù)大小為1024。

步驟103：分別計算所述AIS信號在預(yù)設(shè)碼元長度的信號功率和、功率最大值、所述AIS信號在4T碼元間隔下的第一相關(guān)信號能量值以及所述AIS信號在2T碼元間隔下的第二相關(guān)信號能量值，并根據(jù)所述信號功率和、功率最大值、第一相關(guān)信號能量值及第二相關(guān)信號能量值判斷得到真實AIS信號。

在具體實現(xiàn)時，本發(fā)明利用AIS信號的同步碼自身及AIS信號在4倍碼元周期間隔下高度相關(guān)，而AIS信號在2倍碼元周期間隔下相關(guān)性最差的特點，從信號能量的角度應(yīng)用能量相關(guān)的方法來度量AIS信號序列間的差異程度，設(shè)定三個門限值判斷識別到真實AIS信號，并且，對接收到的AIS信號采用并行處理捕獲(捕獲即指步驟103中判斷識別AIS信號的過程)。

所述步驟103具體包括：并行的步驟A、步驟B及步驟C；

所述步驟A包括：

計算所述AIS信號中L個碼元度的信號功率和s及功率最大值val：

val＝max{x_I²(nT)+x_Q²((n)T)}；

其中，L為預(yù)設(shè)碼元長度，x_I(nT)與x_Q(nT)分別表示AIS信號的實部與虛部(下變頻得到的信號本身為復(fù)數(shù)形式)；

判斷s＞a·val是否成立，若否，則直接舍棄所述AIS信號，其中，a為第一預(yù)設(shè)閾值；

本實施例中，經(jīng)實際工程仿真驗證a取值9。

上述該判斷條件s＞a·val由AIS信號本身形式?jīng)Q定的，若滿足該判斷條件，則表明所計算的L長度的碼元可能為AIS幀頭部分；若不滿足則可直接舍棄該接收的信號。

所述步驟B包括：

計算所述AIS信號在4T碼元間隔下的第一相關(guān)信號能量值：

h_m＝g_mI²+g_mQ²；

m為相關(guān)步長，m為4，求出g₄及h₄；(h₄是AIS信號在4T碼元間隔下的第一相關(guān)信號能量值)

判斷h₄＞b·s²是否成立，其中，b為第二預(yù)設(shè)閾值。

本實施例中，經(jīng)實際工程仿真驗證b取值0.75。

其中，4T碼元間隔下的AIS信號為完全相同的碼元，其相關(guān)性最大，所以在滿足上述判斷條件h₄＞b·s²時，表明所接收信號滿足4T碼元間隔下相關(guān)性較大的特點，所接收AIS信號可能為真實AIS信號；若不滿足上述判斷條件h₄＞b·s²時，則可直接舍棄該接收的信號。

所述步驟C包括：

計算所述AIS信號在2T碼元間隔下的第二相關(guān)信號能量值：

h_m＝g_mI²+g_mQ²；

m為相關(guān)步長，m為2，求出g₂及h₂；(h₂是AIS信號在2T碼元間隔下的第二相關(guān)信號能量值)

判斷h₂＜c·s²是否成立，若否，則直接舍棄所述AIS信號；其中，c為第三預(yù)設(shè)閾值。

本實施例中，經(jīng)實際工程仿真驗證c取值0.2。

其中，2T元間隔下的AIS信號為完全相反的碼元，其功率相關(guān)性最小，在滿足上述判斷條件h₂＜c·s²時，表明所接收信號滿足2T碼元間隔下相關(guān)性較小的特點，所接收信號可能為AIS信號；若不滿足上述判斷條件h₂＜c·s²時，則可直接舍棄該接收的信號。

在所述步驟A中判斷條件s＞a·val、所述步驟B中判斷條件h₄＞b·s²及所述步驟C中判斷條件h₂＜c·s²均成立的情況下，判斷所述AIS信號為真實AIS信號。

需要說明的是，上述步驟A、B、C中三個過程在計算過程中的同時進(jìn)行，同時取數(shù)，同時計算，三個閾值滿足情況并行判斷，通過三個判斷條件均滿足的條件篩選，從而得到真實AIS信號。

步驟104：在所述AIS信號的預(yù)設(shè)碼元長度小于AIS信號同步訓(xùn)練序列長度的情況下，計算當(dāng)前存儲區(qū)中當(dāng)前時刻的AIS信號的幀頭位置P_n及上一時刻輸出讀取標(biāo)志的存儲區(qū)中AIS信號的幀頭位置P_p，在判斷P_p-P_n>1024-L成立的情況下，直接舍棄當(dāng)前存儲區(qū)中當(dāng)前時刻的AIS信號。

在具體實現(xiàn)時，請參閱圖3及圖4，在AIS信號捕獲過程中參與計算的預(yù)設(shè)碼元長度L小于AIS信號同步訓(xùn)練序列長度的情況下，如圖3所示，當(dāng)前存儲區(qū)假定為RAM_n中數(shù)據(jù)進(jìn)行捕獲，計算當(dāng)前時刻的所得AIS信號的幀頭位置為P_n，而上一時刻輸出讀取標(biāo)志的RAM_p中數(shù)據(jù)進(jìn)行粗捕所得AIS信號的幀頭位置P_p；判斷P_p-P_n>1024-L是否成立，若是，則表示此時截取到同一個時隙數(shù)據(jù)，直接舍棄當(dāng)前存儲區(qū)中當(dāng)前時刻的AIS信號，然后對下一個出現(xiàn)讀取標(biāo)志的數(shù)據(jù)進(jìn)行捕獲運(yùn)算，所述捕獲即指步驟103中判斷識別AIS信號的過程，所述時刻指的是輸出讀取標(biāo)志狀態(tài)，當(dāng)前時刻與上一時刻的間隔為AIS信號的一個時隙。

這樣，本發(fā)明通過從存儲區(qū)中讀取數(shù)據(jù)時增加判斷條件來判斷是否截取到同一個時隙數(shù)據(jù)，避免了AIS信號的誤捕，通過捕獲位置的判斷增加實現(xiàn)了防誤捕策略。

步驟105：根據(jù)本地同步碼與所述真實AIS信號進(jìn)行差分相關(guān)計算得到真實AIS信號的幀頭位置及粗估計頻偏值；

在具體實現(xiàn)時，請參閱圖4，圖4為AIS信號格式，其中，24bit訓(xùn)練序列與8bit開始標(biāo)志構(gòu)成32bit的本地同步碼，所述本地同步碼經(jīng)NRZ編碼之后由01010101……01111110變?yōu)?0110011……00000001，基于該本地同步碼的與所述真實AIS信號進(jìn)行差分相關(guān)計算求得真實AIS信號的幀頭位置與粗估計頻偏值如下：

P_t＝max{R(n)}，

fre＝arg{max|R(n)|}·9600/2π；

其中，L為AIS信號同步序列長度，m為延遲1bit的真實AIS信號在特定采樣速率下所對應(yīng)的點數(shù),x(n)為接收真實AIS信號數(shù)據(jù)，序列b為本地生成同步碼序列的AIS信號，R(n)為本地同步碼與所述真實AIS信號的差分相關(guān)值，Pt為本地同步碼與所述真實AIS信號的最大差分相關(guān)值，Pt所對應(yīng)的n即為AIS信號幀頭位置，fre表示真實AIS信號的粗估計頻偏值。

步驟106：根據(jù)所述真實AIS信號的幀頭位置及四倍碼元的同步碼序列確定最優(yōu)抽取樣點。

在具體實現(xiàn)時，在上述步驟105中利用本地同步碼與真實AIS信號由差分相關(guān)算法可得真實AIS信號的幀頭位置，而輸入四倍采樣數(shù)據(jù)下，有效數(shù)據(jù)截取應(yīng)從最優(yōu)采樣點開始。

所以步驟106具體包括：

本地生成四倍采樣的真實AIS信號的同步碼序列；

在四倍采樣速率下，將真實AIS信號從其幀頭位置前后再各取兩采樣點，分別以上述三個采樣點為起始位置的AIS信號序列與所述本地生成同步碼進(jìn)行差分相關(guān)計算確定最優(yōu)抽取樣點。

即：

S_perfect＝max{R(n)}；

其中，n＝1,2,3，L₀為四倍采樣下的同步序列長度，m為延遲1bit的真實AIS信號在特定采樣速率下所對應(yīng)的點數(shù)，R(n)為四倍采樣下所述三個采樣點的同步碼序列與所述真實AIS信號的差分相關(guān)值，x(n)為接收真實AIS信號數(shù)據(jù)，序列b₄為四倍采樣下本地生成同步碼序列的AIS信號，R(n)為本地同步碼與所述真實AIS信號的差分相關(guān)值，Sperfect為最優(yōu)抽取樣點。

步驟107：根據(jù)所述最優(yōu)抽取樣點截取得到真實AIS信號的有效數(shù)據(jù)。

在具體實現(xiàn)時，在確定最優(yōu)抽取樣點后，即由最優(yōu)抽取樣點S_perfect對接收數(shù)據(jù)進(jìn)行有效截取。

步驟108：將所述粗估計頻偏值以復(fù)數(shù)形式補(bǔ)償?shù)秸鎸岮IS信號的有效數(shù)據(jù)中。

在具體實現(xiàn)時，將所述粗估計頻偏值以復(fù)數(shù)形式補(bǔ)償?shù)秸鎸岮IS信號的有效數(shù)據(jù)中，避免混入高頻雜波。

步驟109：將補(bǔ)償后的有效數(shù)據(jù)與本地同步碼計算得到FFT頻偏值并將所述FFT頻偏值補(bǔ)償?shù)接行?shù)據(jù)中。

在具體實現(xiàn)時，考慮到線性相關(guān)算法要求收發(fā)兩端的載波要完全一致且星載AIS信號具有較大的多普勒情況，在頻偏粗估計補(bǔ)償完成后需要由FFT再次計算AIS信號的頻偏并補(bǔ)償。

所述步驟109具體為：

對補(bǔ)償后的有效數(shù)據(jù)四倍抽取前32bit同步碼與本地同步碼共軛相乘由FFT精確估計得到FFT頻偏值頻偏值，并將所述FFT頻偏值補(bǔ)償?shù)接行?shù)據(jù)中。

z(n)＝x(nT)·b^*(nT),n＝1……32；

其中，x(nT)為以碼元速率為采樣率的接收數(shù)據(jù)，b(nT)為本地生成GMSK調(diào)制32bitAIS同步碼，T為碼元周期，b^*(nT)是b(nT)的共軛運(yùn)算，對z(n)做FFT計算得頻偏并補(bǔ)償。

步驟110：以四倍抽取經(jīng)FFT頻偏補(bǔ)償后有效數(shù)據(jù)的前32bit有效值與本地同步碼積分累加值得到信號初相位，以所述信號初相位作為鎖相環(huán)NCO初相值，將所述有效數(shù)據(jù)經(jīng)二階鎖相環(huán)補(bǔ)償AIS信號殘留的頻偏。

其中，θ為信號初相位，x(nT)為以碼元速率為采樣率的接收數(shù)據(jù)，b(nT)為本地生成GMSK調(diào)制32bitAIS同步碼，T為碼元周期，b^*(nT)是b(nT)的共軛運(yùn)算。

步驟111：將經(jīng)過鎖相環(huán)補(bǔ)償后的有效數(shù)據(jù)進(jìn)行差分采樣判決后輸出二進(jìn)制數(shù)據(jù)碼元。

采用上述技術(shù)方案，該實施例可取得以下的技術(shù)效果：

本發(fā)明提出了一種基于相關(guān)性的星載AIS信號捕獲、解調(diào)的完整的信號處理方法，通過循環(huán)存儲及讀取方式避免了星載AIS信號的漏捕，通過捕獲位置的判斷增加實現(xiàn)了防誤捕策略，避免了AIS信號的誤捕；在星載AIS接收機(jī)上并行捕獲AIS信號，并應(yīng)用線性相干方式正確解調(diào)信號，解調(diào)過程中增加多采樣點下的同步碼參與差分相關(guān)計算，獲得最優(yōu)采樣點，避免了多采樣點串行搜索通過CRC校驗判斷最優(yōu)采樣點的計算量繁重的問題，提高了星載AIS信號接收解調(diào)的精度及效率。

另，請參閱圖5，圖5為本發(fā)明基于相關(guān)性的星載AIS信號接收處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。所述裝置包括：

信號存儲單元10，用于將經(jīng)過下變頻的AIS信號依次循環(huán)存儲于第一存儲區(qū)、第二存儲區(qū)及第三存儲區(qū)；

信號讀取單元20，用于讀取所述第一存儲區(qū)、第二存儲區(qū)及第三存儲區(qū)中的AIS信號；

第一計算單元30，用于分別計算所述AIS信號在預(yù)設(shè)碼元長度的信號功率和、功率最大值、所述AIS信號在4T碼元間隔下的第一相關(guān)信號能量值以及所述AIS信號在2T碼元間隔下的第二相關(guān)信號能量值，并根據(jù)所述信號功率和、功率最大值、第一相關(guān)信號能量值及第二相關(guān)信號能量值判斷得到真實AIS信號；

第二計算單元40，用于根據(jù)本地同步碼與所述真實AIS信號進(jìn)行差分相關(guān)計算得到真實AIS信號的幀頭位置及粗估計頻偏值；

最優(yōu)抽取樣點估計單元50，用于根據(jù)所述真實AIS信號的幀頭位置及四倍碼元的同步碼序列確定最優(yōu)抽取樣點，根據(jù)所述最優(yōu)抽取樣點截取得到真實AIS信號的有效數(shù)據(jù)；

粗估計頻偏補(bǔ)償單元60，用于將所述粗估計頻偏值以復(fù)數(shù)形式補(bǔ)償?shù)秸鎸岮IS信號的有效數(shù)據(jù)中；

處理判決單元70，用于將補(bǔ)償后的有效數(shù)據(jù)經(jīng)過FFT頻偏補(bǔ)償、鎖相環(huán)跟蹤及差分采樣判決后輸出二進(jìn)制數(shù)據(jù)碼元。

應(yīng)該注意的是，如上所述的本公開的各種實施例通常在一定程度上涉及輸入數(shù)據(jù)的處理和輸出數(shù)據(jù)的生成。此輸入數(shù)據(jù)處理和輸出數(shù)據(jù)生成可在硬件或者與硬件結(jié)合的軟件中實現(xiàn)。例如，可在移動裝置或者相似或相關(guān)的電路中采用特定電子組件以用于實現(xiàn)與如上所述本公開的各種實施例關(guān)聯(lián)的功能。另選地，依據(jù)所存儲的指令來操作的一個或更多個處理器可實現(xiàn)與如上所述本公開的各種實施例關(guān)聯(lián)的功能。如果是這樣，則這些指令可被存儲在一個或更多個非暫時性處理器可讀介質(zhì)上，這是在本公開的范圍內(nèi)。處理器可讀介質(zhì)的示例包括只讀存儲器(ROM)、隨機(jī)存取存儲器(RAM)、CD-ROM、磁帶、軟盤和光學(xué)數(shù)據(jù)存儲裝置。另外，用于實現(xiàn)本公開的功能計算機(jī)程序、指令和指令段可由本公開所屬領(lǐng)域的程序員容易地解釋。

盡管已參照本公開的各種實施例示出并描述了本公開，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，在不脫離由所附權(quán)利要求及其等同物限定的本公開的精神和范圍的情況下，可對其進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種改變。