[发明专利]多天线天基AIS接收机

说明书

本发明公开了一种多天线天基AIS接收机，包含天线阵列、射频前端和数字处理单元。天线阵列包含多个单极子天线，接收海洋船舶AIS信号；射频前端包含多个射频接收通道，完成射频信号放大滤波和变频；数字处理单元采用盲分离和差分解调方法，完成多时隙碰撞信号分离解调。本发明优点在于分离时隙碰撞信号数量多、解调方法简单，能够有效监视高船舶密度海域；对阵列构型和孔径没有特殊要求，特别适合小卫星平台。

技术领域

本发明属于卫星通信领域，尤其涉及一种多天线天基AIS接收机。

背景技术

船舶自动识别系统(Automatic Identification System，AIS)是近年来国际海事组织大力推广的一种海事交通管制系统，用于实现船岸间以及船舶之间的交管通信，避免船只碰撞事故的发生。但是AIS信号地面传播受视线限制(典型通信距离在20海里左右)，地面无法实现大范围、远距离接收，而卫星覆盖区域广，可实现远距离AIS信号接收，掌握大范围海区乃至全球区域的海事交通情况。

由于卫星具有高速运动和大范围观测的特点，因此天基观测对AIS信号的接收处理与在地面船载、岸基接收时的情形有很大不同，必须考虑同信道干扰等特殊问题。AIS系统以自组织时分多址(SO-TDMA)方式广播船只信息，在每个自组织区域内，不同船只占据不同时隙进行通信(TDMA)，彼此之间不会发生时隙碰撞，因此地面接收不用考虑同信道干扰问题。而卫星AIS接收系统有较大的观测范围，天线波束往往覆盖多个自组织区域，因此来自不同区域船只的AIS信号到达卫星接收机时可能出现在同一时隙(即时隙碰撞)，尤其在卫星波束覆盖港口附近、繁忙水道等船只密集区域的情形下，AIS信号出现时隙碰撞的概率是较大的。若碰撞信号之间的功率差别(载波干扰比C/I)小于10dB，则接收机由于同信道干扰(CCI)而无法正确解调该时隙的信号，从而导致相应的船只信息丢失。

单天线天基AIS接收技术采用干扰抵消方法，首先利用Viterbi解调方法，从碰撞信号中恢复出强信号的信息序列，并采用参数估计方法精确估计出强信号的相位和频率；然后根据估计的信息序列、相位和频率，采用GMSK调制方法，重新调制出强信号，并将恢复出的强信号与原始碰撞信号相减；最后，对剩余的弱信号进行解调处理。该技术仅能实现2个时隙碰撞的AIS信号的分离与解调，并且要求碰撞信号的功率差大于5dB，所以，无法实现高概率碰撞的繁忙水域的船舶监视。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多天线天基AIS接收机，克服了单天线天基AIS接收机载波干扰比要求高、解时隙碰撞能力弱的缺点，实现了大空域范围内，强同频干扰环境下多AIS信号分离解调，满足高速增长的海上运输和远洋贸易对海上交通大区域、全天候、高概率的监视需求。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种多天线天基AIS接收机，包括依次设置的天线阵列、射频前端和数字处理单元。

所述天线阵列包括并联的N个四分之一波长的单极子天线，N≥2，用于接收海洋船舶发射的AIS信号。

所述射频前端包括M个并联的射频接收模块，M＝N，M个射频接收模块分别对应接收N个单极子天线的AIS信号，并分别将其放大滤波，并一次下变频至中频信号。

所述数字处理单元包括依次连接的A/D采样和接口模块、信号检测和预处理模块、信号分离模块、信号解调模块、数据存储模块和数据传输模块，信号检测和预处理模块再与数据存储模块连接，A/D采样和接口模块接收射频前端的中频信号，将其转换为数字中频信号，并将其送入信号检测和预处理模块，信号检测和预处理模块对数字中频信号进行帧头检测、数字抽取滤波、数字下变频，得到数字基带信号，将数字基带信号送入信号分离模块进行信号分离，之后送入信号解调模块，进行解调，得到有效的AIS报文信息，再通过数据传输模块传输。