AIS信號解調算法研究與實現

張焱　馬金鑫

摘要：星載AIS分系統為海事管理機構及船舶運營商提供大范圍、高效率的船舶狀態數據，彌補了岸站AIS系統可視范圍受限的缺陷，實現了海上船舶的全球性實時監控。本文簡單介紹了星載AIS分系統的實現原理，詳細介紹了AIS解調算法。

關鍵詞：AIS;解調算法;信號

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）02-0121-02

1 AIS系統概述

AIS分系統由AIS天線、AIS前置放大器、AIS接收機和高頻電纜組成。衛星進入在軌飛行段時，AIS分系統開機。AIS天線負責接收海面船臺發送的AIS信號，AIS分系統接收機主要完成AIS信號的接收、處理和數據轉發[1]。船舶臺站發出的VHF頻段信號經由星載AIS天線接收后，經過放大器，濾波、下變頻處理后，實現AIS信號的捕獲、跟蹤、解調功能，并生成AIS數字電文[2]。

2 算法實現

2.1 頻偏粗估計

首先32bit本地訓練序列與延遲一個碼元周期的訓練序列共軛相乘得：

以不同的起始位，將采樣得到的輸入信號與同樣延遲一個碼元周期的采樣信號共軛相乘得：

其中，T為碼元周期。

求Δ中的最大值Δmax，該最大值所對應的位置即為32bit訓練序列的位置，同時可得粗估計頻偏值：

其中，，

2.2 頻偏補償

利用2.1得到的訓練序列的位置截取有用信號255bit，并將2.1中計算所得的頻偏值fre補償到基帶信號中。

2.3 FFT頻偏精確估計

取2.2節頻偏補償后的信號的32bit固定數據位（降4倍采樣取值），與本訓練地序列作共軛相乘（T為碼元周期）：

將上式值做2048點的FFT變換，得到相應的精確估計頻偏。

2.4 FFT頻偏補償

將2.3FFT得到的頻偏值fre，再次補償到基帶信號中，然后把補償后的基帶信號經過低通濾波[3]。進入濾波前的數據如圖1所示，過濾波器后的數據如圖2所示。

經過濾波器后，對接收數據進行降4倍采樣，進入相位估計模塊，進行相位補償。

2.5 相位估計

區經濾波器并降4倍采樣后的信號的32bit固定數據位，與本地32bit訓練序列積分累積求反正切，估算信號初相位：

其中：

然后將估計所得相位值補償到基帶信號中。

2.6 鎖相環

將FFT估計補償后的信號仍有誤差存在，對相干解調來說，如果不能完全將載波頻率提取出來，消除頻偏的影響，則誤碼情況將會嚴重惡化，故將估計的精確頻偏和初相補償到基帶信號后，定點化處理，進入2階鎖相環進行跟蹤修正，將修正后的信號按一包數據248bit（含同相支路和正交支路）輸出。

其中，輸出

初始值有：cosu = 8192，sinu = 0，其余各初始值均0，且有系數，，，經此環路修正后信號輸出如圖3所示，圖3分別為I路與Q路。

3 結語

本文主要介紹了AIS信號解調算法的實現，對于工程實現具有一定的參考價值。

參考文獻

[1] 王艷軍，王曉峰.AIS和北斗終端組合在船舶動態監控中的應用[J].上海海事大學學報，2011，32（04）：17-21.

[2] 計科峰，趙和鵬，邢相薇，鄒煥新.小衛星載AIS海洋監視技術研究進展[J].雷達科學與技術，2013，11（01）：9-15+20.

[3] 賀超峰，徐鐵，胡勤友，葛依東.應用北斗衛星導航系統的船舶AIS數據采集[J].上海海事大學學報，2013，34（01）：5-9.

AIS Signal Demodulation Algorithms research and Implementation

ZHANG Yan，MA Jin-xin

（Shanghai Aerospace Electronic Technology Institute，Shanghai? 201109）

Abstract：The satellite-borne AIS subsystem provides maritime authorities and ship operators with a wide range of efficient ship status data， which can make up for the limitation of the visual range of the AIS system at the shore station and realize the global real-time monitoring of the marine vessel. This article briefly introduces the principle of the satellite-borne AIS subsystem. The AIS demodulation algorithm is introduced in detail.

Key words：AIS;demodulation algorithm;signal