《星載AIS信號分析與處理》全面系統地介紹了星載AIS(Automatic Identification System)信號的基本原理、信號分析模型、解調處理的新理論和新算法、實踐應用和發(fā)展方向等。全書共7章,內容包括緒論、星載AIS信號概述、基于聯合差分反饋的AIS重疊信號抗干擾解調、基于波形重構的AIS重疊信號單通道盲分離、基于時頻變換的AIS重疊信號單通道盲分離、星載AIS信號解碼糾錯研究、結論與展望等。
《星載AIS信號分析與處理》內容全面,集系統理論與應用研究為一體。
《星載AIS信號分析與處理》研究的算法均具有很強的實用性與指導性,有些算法已經應用于工程實踐中。
《星載AIS信號分析與處理》可作為航天電子偵察、通信與信息系統類專業(yè)本科生或研究生學習星載AIS信號處理的實用書籍,對國防工業(yè)部門、航天航空系統、海洋漁政部門等從事遠洋運輸管理、教學、科研的人員也具有重要的實用價值。
挪威防御研究組織在2003年第四屆IAA小型地球觀測衛(wèi)星研討會上最早提出了星載AIS概念,并在該次研討會上做了星載AIS可行性研究的報告。后來,星載AIS這個概念又在多次會議上被進行交流,且于2005年2月被正式提交到國際海事組織。近年來,各國爭相發(fā)展星載AIS技術。低軌衛(wèi)星具有信號覆蓋寬、傳播時延小和損耗低等優(yōu)點,因此采用低軌衛(wèi)星搭載AIS接收系統,可以實現對全球范圍內的海域進行監(jiān)視,滿足了對遠海海域內船舶目標識別、跟蹤、監(jiān)管的需要,進一步提高了海上運輸安全。我國海域遼闊,也是世界航運大國,并在全球航運市場占有舉足輕重的地位,保障海上航運安全、保護人民生命和財產安全,迫切需要對遠洋甚至全球海域進行實時的船舶監(jiān)管。星載AIS的應用是解決當前世界海域內船舶監(jiān)管的有效途徑。因此,我國也與時俱進,在對星載AIS技術關注和跟蹤的基礎上開展具體的研究和實驗。
自2010年開始,在重點基金項目“星載AIS盲分離技術”及與兄弟單位合作課題“AIS信號地面解調算法”“多目標AIS信號模型設計”“星載AIS載荷全鏈路仿真與船舶檢測概率評估系統”等支撐下,本書作者將星載AIS信號理論分析與工程實踐相結合,系統地研究了星載AIS信號的特點與規(guī)律,一些研究成果已經在國內外重要的學術期刊和學術會議上發(fā)表。本書作為這些研究成果的總結與提煉,反映了目前國內外星載AIS信號處理的最新動態(tài),集中介紹了單通道AIS信號分離算法,對突破星載AIS重疊信號單通道處理系統發(fā)展所遇到的技術瓶頸,提高船舶檢測概率(在一定區(qū)域內及一定時間段內船舶被偵察設備發(fā)現的概率),最終生成態(tài)勢情報,具有十分重要的理論意義和工程應用價值。
本書共分為7章。
第1章為緒論,介紹了星載AIS信號分析與處理的背景和意義,同時給出了本書的主要結構和內容。
第2章為星載AIS信號概述,對不同星載AIS重疊信號之間的多普勒頻移、功率差、時延、重疊概率、重疊方式、信噪比、信干比等接收特征進行分析,研究重疊信號之間的功率差、頻率差,時延等參數對處理性能的影響,給出重疊信號的特征分布概率圖;同時分析盲分離算法對提高星載AIS船舶檢測概率的影響;最后引入信號分離因子,并基于該因子建立了AIS重疊信號處理能力與星載AIS性能的直觀聯系。
第3章針對重疊AIS信號處理需求,提出了聯合差分反饋抗干擾解調算法,該算法分離信號時具有良好的抗干擾性能。針對算法中反饋因子的合理性極大地影響著算法的性能這一關鍵問題,本書提出了一種動態(tài)反饋因子選取方法,并詳細分析了反饋因子對解調性能的影響,驗證該算法在反饋條件下的誤碼率與解包正確率,分析分離性能受頻率差和功率差的影響,并與一比特差分解調算法、二比特差分解調算法性能進行比較。
朱守中,男,工學博士,博士后,現任長沙無源定位工程技術研究院副院長兼總工程師,研究方向為航天電子對抗、無源定位技術、要地低空防護等,主持完成裝備預研項目6項、配套型號項目15項,安徽省優(yōu)秀碩士學位論文獎獲得者,2019年湖南省百名科技創(chuàng)新人才人選,申報并獲得國防專利1項,發(fā)明專利6項,發(fā)表學術論文20余篇。
前言
第1章 緒論 1
1.1 星載AIS信號處理的背景及意義 1
1.2 星載AIS發(fā)展歷史及應用現狀 3
1.3 星載AIS分析與處理研究現狀 5
1.3.1 星載AIS信號分析處理的主要內容 5
1.3.2 AIS重疊信號分析處理算法研究現狀 7
1.3.3 AIS重疊信號抗干擾解調研究現狀 9
1.4 本書主要工作及內容安排 13
第2章 星載AIS信號概述 16
2.1 引言 16
2.2 AIS信號 17
2.2.1 相關概念 17
2.2.2 信號數學模型 18
2.2.3 信號產生流程 21
2.2.4 數據封包與解包流程 23
2.2.5 多址方式及工作原理 26
2.3 星載AIS 28
2.3.1 星載AIS工作原理 28
2.3.2 星載AIS技術難點 29
2.4 重疊信號接收特征 30
2.4.1 星載AIS重疊信號 30
2.4.2 多普勒頻移 32
2.4.3 Faraday偏轉 33
2.4.4 鏈路增益 34
2.4.5 時延與重疊方式 37
2.4.6 信噪比 39
2.5 重疊概率與重疊特征 40
2.5.1 信號重疊概率 40
2.5.2 信號重疊特征 42
2.6 重疊信號盲分離對檢測性能的影響 44
2.6.1 正確分離因子的計算 44
2.6.2 正確分離因子對檢測概率的影響 45
2.6.3 檢測概率仿真 46
2.7 本章小結 47
第3章 基于聯合差分反饋的AIS重疊信號抗干擾解調 48
3.1 引言 48
3.2 聯合差分反饋抗干擾解調算法 49
3.2.1 算法的基本思想 50
3.2.2 算法性能分析 57
3.3 實驗與分析 66
3.3.1 數據采集 66
3.3.2 誤碼率 68
3.3.3 單信號誤包率 69
3.3.4 重疊信號誤包率 70
3.3.5 運算時間比較 72
3.4 本章小結 74
第4章 基于波形重構的AIS重疊信號單通道盲分離 76
4.1 引言 76
4.2 基于波形重構的AIS重疊信號單通道盲分離 77
4.2.1 波形重構原理分析 77
4.2.2 抵消準則與性能分析 87
4.2.3 實驗與分析 89
4.2.4 算法小結 93
4.3 基于稀疏重構的AIS重疊信號盲分離 93
4.3.1 重疊信號稀疏性分析 94
4.3.2 重構分離算法基本思想 95
4.3.3 重構算法性能分析 98
4.3.4 實驗與分析 102
4.4 本章小結 105
……