[发明专利]基于海森矩阵预估计的星载AIS/ADS-B碰撞信号分离方法

说明书

本发明公开了一种基于海森矩阵预估计的星载AIS/ADS‑B碰撞信号分离方法，具体为：对接收AIS/ADS‑B射频信号进行放大滤波以及模数转换，然后分别对它们进行数字下变频和信道分离处理，分别得到AIS的混合信号矩阵和ADS‑B的混合信号矩阵；之后对AIS/ADS‑B的混合信号矩阵并行处理，首先将其中心化和白化，再采用海森矩阵预估计改进的信号分离算法进行解碰撞处理，得到N路分离信号；得到的AIS/ADS‑B分离信号将进入后续解调解码流程，最终生成有效数据帧。本发明利用海森矩阵预估计改进拟牛顿迭代算法，在提高分离矩阵的估计精度的同时加速收敛，减少了分离矩阵寻优与解碰撞所需时间，实时性更好，更适用于星载AIS/ADS‑B系统。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体为一种基于海森矩阵预估计的星载AIS/ADS-B碰撞信号分离方法。

背景技术

船载自动识别系统(Automatic Identification System，AIS)是船舶之间以及船舶与基站之间进行航行信息、位置信息交换的系统。广播式自动相关监视(AutomaticDependent Surveillance-Broadcast,ADS-B)是当前航空监视领域的一大重要监视技术。目前AIS和ADS-B系统中主要采用的是地面接收机，虽然地面接收机的建设最为简单，但是它的覆盖范围受视距影响，部署的地点也受到地形的限制，这制约着系统完成全球无死角覆盖。而若是将接收机部署到卫星上，将能够很好地解决这些问题。卫星的覆盖范围理论上可以达到3000km，通过合理规划卫星组网，可以实现目标监视的全球覆盖和快速回放。然而，由于卫星覆盖范围更广，同一个接收机收到的数据帧大大增加，当不同目标的数据帧同时到达接收机，那么时隙冲突的问题一定不能被忽视，必须找到行之有效的方法对信号进行分离以确保后续解调的正常进行。

对于混合信号分离的研究一直是信号处理领域的热点问题。Cardoso在1993年提出了基于四阶累积量的联合近似特征矩阵对角化(Joint ApproximativeDiagonalization of Eigen Matrix,JADE)算法；Pierre Common在1994年将主分量分析(Principle Component Analysis，PCA)算法加以扩展，清楚陈述了独立成分分析(Independent Components Analysis，ICA)的概念；Tony Bell和Terry Sejnowski于1995年提出了保证信息最大化的随机梯度方法，即信息极大化(Infomax)算法。

专利申请号为CN201410228651.6，发明名称为“一种可用于星载AIS系统的冲突信号处理方法”的中国专利，对初始信号做同步检测获得一单路信号，对该单路信号进行重构获得一重构信号，从初始信号中减去该重构信号获得剩余信号对得到的信号重复上述步骤直至检测不出信号为止，该方法对信号功率差要求苛刻且不适用于解决多路信号碰撞分离问题。

专利申请号CN201410502475，发明名称为“星载AIS基于接收盲波束成形的同信道干扰抑制方法”的中国专利，在星载AIS接收机的信号检测模块进行信号检测之前利用恒模算法对用户信号实现盲波束成形，使期望信号和干扰信号分离并恢复出期望信号，该方法对于需要恢复多路期望信号的情况并不适用，无法切实解决信号碰撞问题。

专利申请号为CN201711344183.9，发明名称为“ADS-B信号的分离方法”的中国专利，令信号依次通过带状滤波模块、信号细化分离模块、定时频偏估计模块、非相干解调模块和CRC校验模块，在信号细化分离模块进行ADS-B信号的单通道分离和多通道分离，该方法仅能提取功率较大的信号且对碰撞信号的频率偏移有较高要求，无法有效解决三路及以上多路信号碰撞问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于海森矩阵预估计的星载AIS/ADS-B系统碰撞信号分离方法。

实现本发明目的的技术方案为：一种基于海森矩阵预估计的星载AIS/ADS-B碰撞信号分离方法，包括以下步骤：