基于AIS接收机增强接收卫星信号的设计

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1、基于AIS接收机增强接收卫星信号的设计摘要为航路建设低地球轨道(LEO)卫星后，从自动识别系统(AIS)可以检测到多数未知的新服务。在跟踪全球船舶、监控海上交通、使用大数据分析船舶航线、海洋监测这几个领域，卫星辅助AIS是有益的。AIS卫星接收机是基于船舶交流和避碰为设计的，而在船舶密集的海域发挥的作用却很少。这要求开发先进的卫星接收机，能够改善AIS解码功能。在这种背景下，我们的贡献集中在引进一个新型增强AIS接收机设计及其性能评估。增强接收机利用相干接收机的低信噪比地区，而对于中等到高信噪比，使用微分维特比接收机。我们新颖的工作是开发以前的解码包，提高

2、处于低轨道卫星覆盖范围内船舶的探测能力。普通接收机性能评估是在媒介接收层（MAC）做简单微小的使用模型和物理层的多包接收(MPR)矩阵。测试结果表明，当取消连续干扰的绑定时，这种性能增强对接收机有好处。关键词：AIS卫星海事1引言通过地球低轨道卫星可以检测到使用自动识别系统(AIS)标准的船位置信息。通过这种方式，低轨道卫星可以实时监控全球船舶，可以用作多种其目的。以海洋监测，船舶航线和货物监测，针对于渔区和保护水域，只使用在与利益相关的场景。卫星辅助AIS作为海上安全标识，现已处于专家们关于海上通信热门讨论的话题。研究人员已经与标准化机构加强合作，考虑利

3、用卫星组件开发AIS系统。虽然，卫星接收AIS信息是可行的并已经证明，AIS最初开发是基于国际船舶无线通讯的需要。具体来说，船舶播发AIS信息只能通知给周围船只本船位置、速度和方向。通过这种方式，可以增强安全意识，减少船舶之间的碰撞概率。此类消息播发的频率取决于船的速度，即船速越高，通过AIS广播更新位置越频繁。AIS介质访问协议(MAC)自组织时分多址(SOTDMA)是以一个分布式的方式设计的。在开始阶段后，AIS发射机了解邻近船舶的存在及其选择传输频道，该船会选择另一个没被占用子频道广播自己的位置信息。通过这种方式，-20-该系统可以避免大部分数据包之

4、间的碰撞，船舶互惠无线电接收范围，范围约20海里。虽然，这种方法已经被证明是加强了船船和船岸通信，其有效性明显信息降低当卫星试图收集AIS交通。事实上，卫星的视野数量级大于船舶无线电接收范围，如对于一个典型的1350海里或2500公里全向天线操作的低轨道卫星。因此，它容易在不同船舶间发生破坏性碰撞，船只相距远不能使用通道传感，选择槽远离干扰。特别是船舶密集的水域，这个现象会显著影响卫星辅助AIS系统的跟踪性能。在将来，这个问题将会更加突出，考虑其他海事沟通服务稳步增加，提高分配甚高频带和船舶AIS收发器性能就更为紧迫。设计更高级的接收器，提高数据包的译码能

5、力成为主要问题。在卫星通信的情况尤其如此，很大程度上增加了路径损耗，增加的干扰水平必须被抵消。目前，最先进的AIS接收器通常采用非相干性的包检测。相反，对于卫星接收机，需要工作在中度信号干扰噪声比区域，相干接收机的设计尤其有益。相干接收机的主要缺点是需要信道状态信息。在很难获得AIS信息的情况下，波形相位噪声影响是由于不同发射机振荡器产生的。信道估计通常需要飞行符号插入，但AIS不使用它们。在我们以前工作中，提出一个新颖的开发卫星AIS接收机，利用这个想法开发几位AIS信息的事是很难知道。在哈桑宁等人研究中，他展示了如何使用飞行符号来提高接收机的性能。与我

6、们之前的工作对比，在这个工作中，我们提出对接收机的进一步改善。具体地说，我们提出了两个分支，第一个用于相干接收机，第二个使用软微分检测维特比解码。评估接收机的性能，我们将使用通用框架开发。费德里科等人的工作表明，由于AIS的介质访问协议MAC协议被采用，卫星可以近似采用随机访问，例如时隙ALOHA(SA)。这个结果特别有趣，因为它允许通过单通道流量系数来刻画抽象自组织时分多址（SOTDMA）非平凡细节和MAC层的特征。交通流代表了卫星接收范围内的船舶数量以及其速度。然而，在简化的物理层里，所谓的破坏性通道冲突模型，是假设发生碰撞事故时所有数据包都已丢失，而

7、在无碰撞位置接收到消息解码概率为1。尽管是数字指标，这种抽象并不总是现实的，同时也可能不够详细。在这方面，扩展通用物理层一直在被追求，使用多重接收包矩阵（MRP），在施瓦兹等人研究中首次提出，一直被使用至今。多重接收包矩阵描述一个或多个接收包可以成功解码，习惯于不同形状碰撞，同时在一个插槽多个传输的数据包。因为这种简洁紧凑的表述方式便于输出，第一遍通过船舶接收机-20-就能被检测出来。解除连续的干扰就能增强附加的性能，来自于接收波连续解码的连续干扰被取消，可能会增加解码包的碰撞。进一步改善性能，可以观察到船舶可见卫星数的后项AIS帧。当一帧AIS信息被接收

8、时，在连续帧内来自于相同船舶的其他信息也会被接收。此外，该消息内容