[发明专利]一种用于星载AIS信号接收系统的时隙同步方法

说明书

技术领域

本发明属于信号时隙同步技术领域，具体涉及一种用于星载AIS信号接收系统的时隙同步方法。

背景技术

2002年国际海事组织(IMO)提出船舶自动识别系统(Automatic Identification System，AIS)并强制在船舶上应用，AIS是一种安装在船上的电子通讯设备。AIS系统可不间断的广播本船的位置等信息并接收周边船只广播的信号，这样船只就能掌握周边航行的船舶状况，从而保证航行的安全。

船舶自动识别系统(AIS)使用SOTDMA通信协议，该协议将一分钟等效为一帧，每帧分为2250个时隙，一个时隙的时间宽度为26.67ms，每艘船每次利用一个时隙来广播信号。

每个时隙发送的消息格式如图1所示，其中，(同步码元)Training sequence一共24位(bit)，开始标识(Start flag)是8位(bit),可用作接收机的同步参考。由AIS系统的消息格式可知，AIS信号的发送是以消息包信号(burst)的形式发送的，每次发射发送一个消息包。相邻两个消息包的数据来自于不同的信号源。这样的特性，决定了AIS的接收也只能采用消息包信号(burst)的形式，也即只能对每一消息包信号单独接收，这就要求对每一消息包信号进行同步。这里所说的时隙同步也就是对每一个消息包信号(burst)的同步。

在太空接收AIS信号不可避免地要应对新的技术挑战，对于通信系统的同步来说，主要是由于卫星的速度很快，接收到的来自地面的AIS信号有较大的多普勒频偏。对于运行在离海平面600km、速度为7.56km/s的AIS星载系统，其最大频偏可达4.082kHz，而实际AIS系统的bit速率是9600bit/s，多普勒频偏将严重影响AIS系统的同步性能和接收性能。所以频率偏移的估计和同步即载波同步也是星载AIS信号接收系统同步的重要方面。

载波同步是通信系统特别是无线通信系统非常关键的环节。一般地，接收系统采用锁相技术来对接收信号进行载波同步，但锁相环同步适用于有一定时间长度的信号，因为锁相环完成同步需要一定的时间对于AIS这种短时突发信号，锁相环无法完成载波同步。本专利所述同步算法则是为解决AIS信号的时隙和频率同步而设计。

发明内容

本发明提供一种用于星载AIS信号接收系统的时隙同步方法，具体的技术方案如下：

一种用于星载AIS信号接收系统的时隙同步方法，包括如下步骤：

初始化步骤，在一个AIS时隙内，从接收到的连续信号上，每隔一段时间，取出一定长度的信号段，共M个信号段，对每个信号段分别进行离散傅里叶变换，将时域信号变换为频域信号，获得M个频域信号；

相关运算步骤，预设N个本地参考频域信号，将M个频域信号分别与N个本地参考频域信号进行相关运算，获得M×N个相关值；其中，本地参考频域信号包括无频率偏移参考信号序列以及循环移位序列，循环移位序列由无频率偏移参考信号序列进行循环移位获得；

同步结果获取步骤，从获得的M×N个相关值中取最大值，将最大值对应的接收时刻作为同步时间，将最大值对应的频率偏移值作为同步频率点；根据同步时间和同步频率点进行时隙同步。

作为优化方案，相关运算具体为：

设S_k为第k个频域信号对应的一组数据，C_l为第l个本地参考频域信号对应的一组信号序列，将数据S_k与信号序列C_l进行相关运算，如公式(2)所示：