基于USRP B210的星载AIS接收机研究

发布时间：2020-03-27 00:12

【摘要】：星载AIS接收机面临着诸多挑战,比如传输时延较大、消息冲突较严重、信噪比较低以及多普勒频移较大等。针对上述挑战,本文主要研究了星载AIS接收机的关键技术,提出一种新的星载AIS接收机的设计方案,并在通用软件无线电平台中建立系统,然后使用实验仪器对系统进行性能测试。本文主要工作如下:(1)对星载AIS接收机的关键技术进行了研究,提出一种新的星载AIS接收机的设计方案。该方案使用USRP作为硬件平台,GNU Radio作为软件平台;详细分析各信号处理算法的基本原理,并给出其仿真结果。特别地,传统的基于FFT的频偏估计算法的估计范围无法满足星载AIS系统的需要,为解决该问题,对自相关-FFT算法进行改进。改进算法通过构造辅助函数以确定信号频偏的正负号,从而扩大频偏估计范围,实现对大的多普勒频移的估计。仿真结果表明,改进扩大了频偏估计范围,且具有较高的估计精度。(2)星载AIS接收机的实现及通过性测试。该系统使用USRP接收射频信号,将其转换成基带信号后经USB传输线传输至计算机中进行参数估计、解调等信号处理。在GNU Radio中使用C++语言构建各算法的信号处理模块,并搭建星载AIS接收机系统。(3)模拟星载AIS信号,对星载AIS系统的各项性能指标进行测试。实验结果表明,该系统在一定程度上能够解决时隙冲突,并能准确估计出大的多普勒频偏。同时,为了实时且准确捕捉并处理接收信号,需准确找到一个时隙的起始点,以便将数据流以时隙为单位进行划分。故而利用时间标签的原理,提出一种基于时间标签的时隙划分算法。该算法通过获取时间标签中的时间信息判断接收信号第一个采样点所处时隙,从而准确找到下一个时隙的起始点。实验结果表明,该算法可准确找到一个时隙的起始点,从而对数据流进行准确的时隙划分,使系统能够实时且正确处理信号。
【图文】：

示意图,AIS系统,星载,示意图

图 1-1 星载 AIS 系统的示意图AIS 船载系统由自组织区域内的船舶组成，在每条船上均搭载 AIS 设备，实现自动播发本船信息，以便被星载 AIS 接收机、基站及其他船台捕获。虽然在卫星上装备 AIS 设备可实现对远海进行监控，但星载 AIS 接收机也面临着诸多难题[8]，比如严重的时隙冲突、较大的多普勒频偏、难以接受的传输时延以及较低的信噪比等因素。1.1.2 课题研究的意义星载 AIS 接收机可接收远海域船舶发射的信号，经解调、解码等操作后，将相关数据回传至地面基站，供地面基站进一步处理，以便获得船舶的运行状态，实现基站对船舶的实时监控。因此，星载 AIS 接收机就是最关键的一环，必须研发出性能稳定、接收能力强的接收机，才能将船舶发送的信号正确解出并回送至地面基站。本文对星载 AIS 接收机的关键技术进行深入探讨，详细介绍星载 AIS 接收机的主要信号处理模块，解决星载 AIS 接收机面临的主要挑战，并最终在通用软件无线电平台中搭建系统；本系统可作为星载 AIS 关键技术的研究平台，将新的算法在软件无线电平台中实现，从而构建新系统，并对其进行性能测试，，以便找到适合星载 AIS 接收环境的算

序列,调制原理,时隙

为了获得一个时隙的码元序列，需要进行如下步骤：⑴将报文消息按照 ITU-R M.1371-4 协议[4]转化成二进制序列，通常一个时隙的为 168bits。⑵根据 ISO/IEC3309:1993 协议[42]求出 168bits 数据部分的 16bits 帧校验位，同验位列于数据部分之后，两者构成一个序列。⑶将产生的新序列进行位填充，若在此序列中存在 5 个连续的“1”，则在 5“1”后插入一个零；以免与开始和结束标志（即 01111110）相混淆。⑷按照时隙结构，在⑶产生的序列前后加上开始和结束标志，然后再在其前ts 的训练序列（即010101 010101），最后将剩余位补零即可，共有 256bit列，也即一个时隙。⑸使用 NRZI 编码方式修正该时隙序列[43]。即遇“1”保持，遇“0”反转。经过以上五步，便可产生一个时隙的 AIS 码元序列，若需产生不同的信号，则数据部分即可，便可产生不同的时隙，经调制后得到不同的 AIS 信号。.2 星载 AIS 信号模型AIS 信号采用高斯滤波最小移频键控（Gaussian Filtered Minimum Shift KK）调制[44]，其调制原理如图 2-1 所示，
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U675.7

【参考文献】