《星載AIS信號(hào)分析與處理》全面系統(tǒng)地介紹了星載AIS(Automatic Identification System)信號(hào)的基本原理、信號(hào)分析模型、解調(diào)處理的新理論和新算法、實(shí)踐應(yīng)用和發(fā)展方向等。全書(shū)共7章,內(nèi)容包括緒論、星載AIS信號(hào)概述、基于聯(lián)合差分反饋的AIS重疊信號(hào)抗干擾解調(diào)、基于波形重構(gòu)的AIS重疊信號(hào)單通道盲分離、基于時(shí)頻變換的AIS重疊信號(hào)單通道盲分離、星載AIS信號(hào)解碼糾錯(cuò)研究、結(jié)論與展望等。
《星載AIS信號(hào)分析與處理》內(nèi)容全面,集系統(tǒng)理論與應(yīng)用研究為一體。
《星載AIS信號(hào)分析與處理》研究的算法均具有很強(qiáng)的實(shí)用性與指導(dǎo)性,有些算法已經(jīng)應(yīng)用于工程實(shí)踐中。
《星載AIS信號(hào)分析與處理》可作為航天電子偵察、通信與信息系統(tǒng)類(lèi)專(zhuān)業(yè)本科生或研究生學(xué)習(xí)星載AIS信號(hào)處理的實(shí)用書(shū)籍,對(duì)國(guó)防工業(yè)部門(mén)、航天航空系統(tǒng)、海洋漁政部門(mén)等從事遠(yuǎn)洋運(yùn)輸管理、教學(xué)、科研的人員也具有重要的實(shí)用價(jià)值。
挪威防御研究組織在2003年第四屆IAA小型地球觀測(cè)衛(wèi)星研討會(huì)上最早提出了星載AIS概念,并在該次研討會(huì)上做了星載AIS可行性研究的報(bào)告。后來(lái),星載AIS這個(gè)概念又在多次會(huì)議上被進(jìn)行交流,且于2005年2月被正式提交到國(guó)際海事組織。近年來(lái),各國(guó)爭(zhēng)相發(fā)展星載AIS技術(shù)。低軌衛(wèi)星具有信號(hào)覆蓋寬、傳播時(shí)延小和損耗低等優(yōu)點(diǎn),因此采用低軌衛(wèi)星搭載AIS接收系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)對(duì)全球范圍內(nèi)的海域進(jìn)行監(jiān)視,滿(mǎn)足了對(duì)遠(yuǎn)海海域內(nèi)船舶目標(biāo)識(shí)別、跟蹤、監(jiān)管的需要,進(jìn)一步提高了海上運(yùn)輸安全。我國(guó)海域遼闊,也是世界航運(yùn)大國(guó),并在全球航運(yùn)市場(chǎng)占有舉足輕重的地位,保障海上航運(yùn)安全、保護(hù)人民生命和財(cái)產(chǎn)安全,迫切需要對(duì)遠(yuǎn)洋甚至全球海域進(jìn)行實(shí)時(shí)的船舶監(jiān)管。星載AIS的應(yīng)用是解決當(dāng)前世界海域內(nèi)船舶監(jiān)管的有效途徑。因此,我國(guó)也與時(shí)俱進(jìn),在對(duì)星載AIS技術(shù)關(guān)注和跟蹤的基礎(chǔ)上開(kāi)展具體的研究和實(shí)驗(yàn)。
自2010年開(kāi)始,在重點(diǎn)基金項(xiàng)目“星載AIS盲分離技術(shù)”及與兄弟單位合作課題“AIS信號(hào)地面解調(diào)算法”“多目標(biāo)AIS信號(hào)模型設(shè)計(jì)”“星載AIS載荷全鏈路仿真與船舶檢測(cè)概率評(píng)估系統(tǒng)”等支撐下,本書(shū)作者將星載AIS信號(hào)理論分析與工程實(shí)踐相結(jié)合,系統(tǒng)地研究了星載AIS信號(hào)的特點(diǎn)與規(guī)律,一些研究成果已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外重要的學(xué)術(shù)期刊和學(xué)術(shù)會(huì)議上發(fā)表。本書(shū)作為這些研究成果的總結(jié)與提煉,反映了目前國(guó)內(nèi)外星載AIS信號(hào)處理的最新動(dòng)態(tài),集中介紹了單通道AIS信號(hào)分離算法,對(duì)突破星載AIS重疊信號(hào)單通道處理系統(tǒng)發(fā)展所遇到的技術(shù)瓶頸,提高船舶檢測(cè)概率(在一定區(qū)域內(nèi)及一定時(shí)間段內(nèi)船舶被偵察設(shè)備發(fā)現(xiàn)的概率),最終生成態(tài)勢(shì)情報(bào),具有十分重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。
本書(shū)共分為7章。
第1章為緒論,介紹了星載AIS信號(hào)分析與處理的背景和意義,同時(shí)給出了本書(shū)的主要結(jié)構(gòu)和內(nèi)容。
第2章為星載AIS信號(hào)概述,對(duì)不同星載AIS重疊信號(hào)之間的多普勒頻移、功率差、時(shí)延、重疊概率、重疊方式、信噪比、信干比等接收特征進(jìn)行分析,研究重疊信號(hào)之間的功率差、頻率差,時(shí)延等參數(shù)對(duì)處理性能的影響,給出重疊信號(hào)的特征分布概率圖;同時(shí)分析盲分離算法對(duì)提高星載AIS船舶檢測(cè)概率的影響;最后引入信號(hào)分離因子,并基于該因子建立了AIS重疊信號(hào)處理能力與星載AIS性能的直觀聯(lián)系。
第3章針對(duì)重疊AIS信號(hào)處理需求,提出了聯(lián)合差分反饋抗干擾解調(diào)算法,該算法分離信號(hào)時(shí)具有良好的抗干擾性能。針對(duì)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(guān)鍵問(wèn)題,本書(shū)提出了一種動(dòng)態(tài)反饋因子選取方法,并詳細(xì)分析了反饋因子對(duì)解調(diào)性能的影響,驗(yàn)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(diào)算法、二比特差分解調(diào)算法性能進(jìn)行比較。
朱守中,男,工學(xué)博士,博士后,現(xiàn)任長(zhǎng)沙無(wú)源定位工程技術(shù)研究院副院長(zhǎng)兼總工程師,研究方向?yàn)楹教祀娮訉?duì)抗、無(wú)源定位技術(shù)、要地低空防護(hù)等,主持完成裝備預(yù)研項(xiàng)目6項(xiàng)、配套型號(hào)項(xiàng)目15項(xiàng),安徽省優(yōu)秀碩士學(xué)位論文獎(jiǎng)獲得者,2019年湖南省百名科技創(chuàng)新人才人選,申報(bào)并獲得國(guó)防專(zhuān)利1項(xiàng),發(fā)明專(zhuān)利6項(xiàng),發(fā)表學(xué)術(shù)論文20余篇。
前言
第1章 緒論 1
1.1 星載AIS信號(hào)處理的背景及意義 1
1.2 星載AIS發(fā)展歷史及應(yīng)用現(xiàn)狀 3
1.3 星載AIS分析與處理研究現(xiàn)狀 5
1.3.1 星載AIS信號(hào)分析處理的主要內(nèi)容 5
1.3.2 AIS重疊信號(hào)分析處理算法研究現(xiàn)狀 7
1.3.3 AIS重疊信號(hào)抗干擾解調(diào)研究現(xiàn)狀 9
1.4 本書(shū)主要工作及內(nèi)容安排 13
第2章 星載AIS信號(hào)概述 16
2.1 引言 16
2.2 AIS信號(hào) 17
2.2.1 相關(guān)概念 17
2.2.2 信號(hào)數(shù)學(xué)模型 18
2.2.3 信號(hào)產(chǎn)生流程 21
2.2.4 數(shù)據(jù)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(shù)難點(diǎn) 29
2.4 重疊信號(hào)接收特征 30
2.4.1 星載AIS重疊信號(hào) 30
2.4.2 多普勒頻移 32
2.4.3 Faraday偏轉(zhuǎn) 33
2.4.4 鏈路增益 34
2.4.5 時(shí)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(hào)重疊概率 40
2.5.2 信號(hào)重疊特征 42
2.6 重疊信號(hào)盲分離對(duì)檢測(cè)性能的影響 44
2.6.1 正確分離因子的計(jì)算 44
2.6.2 正確分離因子對(duì)檢測(cè)概率的影響 45
2.6.3 檢測(cè)概率仿真 46
2.7 本章小結(jié) 47
第3章 基于聯(lián)合差分反饋的AIS重疊信號(hào)抗干擾解調(diào) 48
3.1 引言 48
3.2 聯(lián)合差分反饋抗干擾解調(diào)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(shí)驗(yàn)與分析 66
3.3.1 數(shù)據(jù)采集 66
3.3.2 誤碼率 68
3.3.3 單信號(hào)誤包率 69
3.3.4 重疊信號(hào)誤包率 70
3.3.5 運(yùn)算時(shí)間比較 72
3.4 本章小結(jié) 74
第4章 基于波形重構(gòu)的AIS重疊信號(hào)單通道盲分離 76
4.1 引言 76
4.2 基于波形重構(gòu)的AIS重疊信號(hào)單通道盲分離 77
4.2.1 波形重構(gòu)原理分析 77
4.2.2 抵消準(zhǔn)則與性能分析 87
4.2.3 實(shí)驗(yàn)與分析 89
4.2.4 算法小結(jié) 93
4.3 基于稀疏重構(gòu)的AIS重疊信號(hào)盲分離 93
4.3.1 重疊信號(hào)稀疏性分析 94
4.3.2 重構(gòu)分離算法基本思想 95
4.3.3 重構(gòu)算法性能分析 98
4.3.4 實(shí)驗(yàn)與分析 102
4.4 本章小結(jié) 105
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