[发明专利]多通道多目标星载AIS侦察信号模拟系统

权利要求书

1.多通道多目标星载AIS侦察信号模拟系统，包括一台CPCI工控机、信号产生卡、两块DAC子卡，

所述CPCI工控机上运行有场景数据产生软件、数据加载软件，其特征在于，

所述场景数据产生软件根据用户设定场景模拟生成卫星接收的多目标多通道AIS基带信号数据文件，对于海面上的多艘船只发射AIS信号场景，按照如下步骤模拟：第一步，读取用户选择的包含卫星位置、速度的卫星星历文件，在卫星可视视场海面上随机产生K艘船的位置、速度、航行状态；第二步，第一艘船按照ITU-R M.1371-5技术规范根据其航行速度和状态决定其发射间隔Tr，在其发射间隔Tr内随机选择一个时隙时刻进行发射，然后根据发射间隔和首次发射时隙，依次确定该艘船后面所有的时隙发射时刻；第三步，对后续第k艘船，首先判断是否有船在其视场小区范围内；第四步，第k艘船随机选择首次发射时隙并根据发射间隔确定后面时隙；第五步，判断第k艘船的所有发射时隙与其视场小区内船已分配时隙是否冲突；若不冲突，则进行下一艘船生成，若冲突，则重新回到第四步，直至不冲突；第六步，判断所有船的时隙分配是否完毕，即k是否大于K，若否，则重复第三步，若是，则记录下每艘船的发射时刻和占用的时隙号，根据时隙号和发射时刻，生成该时隙的AIS数据；

所述数据加载软件是选择场景与基带信号生成软件产生的数据文件，下载到信号生成母板上，用于播放所生成的数据文件波形。

2.根据权利要求1所述的多通道多目标星载AIS侦察信号模拟系统，其特征在于，所述信号产生卡是基于66MHz、64位PCI总线的CPCI插卡，用于连接DAC子卡并完成部分数字信号处理功能。

3.根据权利要求1所述的多通道多目标星载AIS侦察信号模拟系统，其特征在于，根据时隙号和发射时刻，生成该时隙的AIS数据，具体过程如下：

根据第k艘船第i个时隙号对应的时隙时刻t_k,i以及ITU-R M.1371-5技术规范，生成采样率f_s1为38.4kHz的GMSK调制的AIS基带信号其中表示取整运算，将多个时隙的信号数据乘以船载发射天线增益、星载接收天线增益和多普勒频移后按照每个时隙的对应时刻进行时域叠加，即可得星载AIS基带信号数据：

上式C为幅度归一化因子，式中P_rk,i为每一个时隙的接收信号功率，f_dk,i为每一个时隙的多普勒频移，τ_k,i为每一个时隙的时间延迟量，φ_k,i为每一个时隙的通道间的相位差，I_k为时隙序号；

各量的计算方式如下所示：

a)功率的计算

在(1)式中P_rk,i为接收信号功率，根据侦察方程其计算功率如下

(2)式中P_T为已知的船载AIS发射功率，λ为AIS信号波长，G_tk,i为船载AIS发射天线在t_k,i时刻卫星指向方向上的增益，典型的船载AIS天线增益的经验计算公式如下

其中θ_t,i为卫星所在船的当地仰角，其计算公式为

其中x_sk,i＝[x_sk,i,y_sk,i,z_sk,i]^T和x_tk,i＝[x_tk,i,y_tk,i,z_tk,i]^T分别为卫星和第k艘船在t_k,i时刻地心地固坐标系下的三维位置，||·||表示2范数，r_k,i为卫星和船的距离：

r_k,i＝||x_sk,i-x_tk,i|| (5)

(6)式中的G_rk,i为星载接收天线在t_k,i时刻第k艘船指向方向上的增益，其典型的经验计算公式为

其中u_ak,i为星载天线在地心地固坐标系中的指向单位矢量，根据卫星姿态和安装能够事先已知且假定在星体坐标系中固定，

b)多普勒频移的计算

(7)式中的f_dk,i为多普勒频移，其计算公式如下

为T时刻船舶与卫星相对速度分量，λ_k,i为信号波长；

c)双通道天线相位差的计算

由于双通道天线的连线方向与卫星运动方向一致，计算两个通道天线之间的相位差为

其中d为两通道之间的距离，v_sk,i为水平速度分量、v_si,i为垂直速度分量；

d)信号时间延迟的计算

根据每个目标到达卫星的距离，计算得到每个时隙信号的信号时间延迟为

其中c为光速；

根据(2)～(9)式生成(1)式中计算每一个时隙的参数，通过(1)式计算出多目标叠加的信号波形数据，将信号波形数据写为二进制文件到磁盘文件，即得到基带信号数据文件。