星载AIS接收机中同步算法的研究

发布时间：2017-10-30 12:28

  本文关键词：星载AIS接收机中同步算法的研究

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【摘要】：星载AIS(Automatic Identification System,AIS)一种新型的船舶动态调控和助航避碰的海事航行安全保障系统,利用低轨近地卫星搭载AIS接收机,在高空中接收和解码船舶播发的AIS报文,扩展了通用AIS系统的工作半径,成为国家政府部门掌握国际航运业的发展趋势和海洋经济贸易脉搏的重要手段,有效地对我国的航运和经济贸易进行宏观调控,促进我国航运业和国民经济的快速发展。作为星载AIS接收机中的关键环节,AIS信号的时间和频率同步问题一直是国内外专家学者的研究热点。本文对经典同步算法进行仿真分析,并针对算法的不足提出以下方案:(1)针对经典算法估计精度和复杂度的缺陷,提出了基于相位响应重构的时间同步算法。基于最小二乘原理对相位脉冲响应进行简化重构,再对接收信号进行相位展开,从频域辐角中得到时延。该算法具有较高的精度,在低信噪比的情况下较经典的二阶自相关算法有较大的提升,运算复杂度也大大降低。(2)针对项目组设计的星载AIS接收机中频接收方案,提出基于FFT谱线插值的频偏估计算法。接收信号在中频上经过时间同步后,在先验序列的辅助下消除接收信号中调制信息的影响,通过信号频谱中的谱线最大值和相邻的谱线进行频率插值,估计得到高精度的频偏。理论分析和仿真实验表明该算法具有较大的频偏估计范围,估计精度较高,在高信噪比下算法与MCRB相差1.7dB。(3)通过分析二阶自相关函数中求和因子和算法性能的关系,提出一种两步求精的频偏估计算法,利用一个较小的求和因子获得大范围频偏下的频偏粗估计值,对信号进行频偏补偿,降低接收信号的频偏,然后通过一个较大的求和因子得到高精度的频偏估计值。仿真表明改进算法的估计范围可达2bR,估计精度较经典算法有大幅提升,十分接近MCRB。为检验同步算法的实际性能,对AIS系统中的VDL信号链路进行模拟,基于VDL链路信号对时间和频率同步算法的性能进行测试。
【关键词】：星载AIS接收机 参数同步 最小二乘 频谱插值 频率补偿
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U675.7
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 课题研究背景9-12
• 1.1.1 AIS的相关背景9-10
• 1.1.2 星载AIS技术10-12
• 1.2 参数同步算法意义及现状12-14
• 1.2.1 研究意义12
• 1.2.2 研究现状12-14
• 1.3 论文的主要内容及创新点14-16
• 1.3.1 本文的主要内容14-15
• 1.3.2 本文的创新点15-16
• 第二章 AIS信号的结构与模型16-22
• 2.1 AIS信号的结构16-19
• 2.1.1 AIS的技术特点16-17
• 2.1.2 AIS的数据结构17-19
• 2.2 AIS的信号模型19-21
• 2.2.1 AIS信号的编码19
• 2.2.2 AIS信号的调制19-21
• 2.3 本章小结21-22
• 第三章 星载AIS接收机中的时间同步算法22-38
• 3.1 经典的时间同步算法22-32
• 3.1.1 基于二阶自相关的时延估计算法及其性能22-27
• 3.1.2 ALG算法及其性能27-29
• 3.1.3 一比特差分相关算法及其性能29-32
• 3.2 基于相位响应重构的时间同步算法32-37
• 3.2.1 算法的基本理论32-34
• 3.2.2 算法的性能仿真与对比34-37
• 3.3 本章小结37-38
• 第四章 星载AIS接收机中的频率同步算法38-59
• 4.1 经典的频率同步算法38-43
• 4.1.1 KS算法及其性能38-40
• 4.1.2 自相关-FFT算法及其性能40-43
• 4.2 基于FFT插值的中频频率同步算法43-50
• 4.2.1 算法的基本理论43-46
• 4.2.2 算法的性能仿真与对比46-50
• 4.3 两步迭代求精的频率同步算法50-58
• 4.3.1 算法的基本理论50-54
• 4.3.2 算法的性能仿真与对比54-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第五章 时间频率同步算法的性能检测59-73
• 5.1 VDL链路的生成与AIS信号的采集59-68
• 5.1.1 AIS系统中VDL链路的生成59-65
• 5.1.2 AIS信号的采集65-68
• 5.2 时间频率同步算法的性能测试68-72
• 5.2.1 时间同步算法的性能测试68-71
• 5.2.2 频率同步算法的性能测试71-72
• 5.3 本章小结72-73
• 第六章 总结与展望73-75
• 6.1 总结73-74
• 6.2 展望74-75
• 参考文献75-80
• 发表论文和科研情况说明80-81
• 致谢81-82

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