CN110943956B - 一种星载自动识别***ais的信号解调方法及*** - Google Patents

一种星载自动识别***ais的信号解调方法及*** Download PDF

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Abstract

本申请实施例的技术方案，通过对AIS业务信息进行GMSK调制，以及将调制后的AIS信号经过带通滤波、数字下变频及低通滤波得到AIS基带信号，通过对AIS基带信号进行帧头检测、频偏估计、频偏补偿、匹配滤波和Viterbi译码，得到所述AIS基带信号的解调信号，既保持了相干解调算法良好的解调性能，又避免了相干解调中的载波恢复和相位盲位估计问题，相比相干解调算法，实现过程较为简单。最终所获得的解调后的AIS基带信号的误码率和误包率较低，能够满足对AIS信号进行解调的需求。

Description

一种星载自动识别***AIS的信号解调方法及***
技术领域
本申请实施例涉及通信领域，尤其涉及一种星载自动识别***AIS的信号解调方法及***。
背景技术
自动识别***(AIS，Automatic Identification System)是工作在海上甚高频(VHF，Very High Frequency)频段，采用开放***互联(OSI，OpenSystemInterconnection)的工作模式，能在所有区域自主、连续工作，利用自组织时分多址技术(SOTDMA，Self-Organized Time Division Multiple Access)通信协议发射和接收船舶动态、静态信息、航行信息和安全信息等的一种船舶导航设备。在船舶的航行过程中，随着位置、速度、航向等信息的改变，AIS会实时更新数据信息发送和接收，并将接收到的信息解调后显示在AIS显示屏上，从而能方便快捷的为监管部门和操控人员提供有效的信息和数据，采取船舶避碰措施。现有技术中，通常采用最小高斯频移键控调制(GMSK，GaussMinimum Shift Keying)调制方式对AIS业务信息进行调制，GMSK是一种特殊的连续相位调制(CPM，Continue Phase Modulation)方式，具有恒包络、非线性相位、带宽窄、带外衰减大和对邻近信道干扰小等优点，但也存在着解调技术的难点。目前GMSK解调技术主要为相干解调技术需要在接收端恢复出与调制时同频同相的载波，实现难度大，对接收频率偏移(Frequency Offset)非常敏感，如果接收机与发射机载波间存在较大的频率偏移，会导致相干解调性能急剧下降。
发明内容
为解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种AIS的信号解调方法及***。
本申请实施例提供的AIS的信号解调方法，包括：
对AIS业务信息进行高斯最小频移键控GMSK调制，得到所述GMSK信号体制的AIS信号；对所述GMSK信号体制的AIS信号进行带通滤波、数字变频和低通滤波处理，获得AIS基带信号；
对所述AIS基带信号的帧头进行检测，获取所述AIS基带信号中的任意一帧AIS基带信号；
将所述任意一帧AIS基带信号与本地同步序列进行相关运算，获取采样输入信号的训练序列位置；其中，所述采样输入信号为所述任意一帧AIS基带信号的采样输入信号；
根据所述采样输入信号的训练序列位置处的采样输入数据确定所述AIS基带信号的频偏估计；
基于所述频偏估计对所述AIS基带信号进行频偏补偿，得到频偏补偿后的AIS基带信号；对所述频偏补偿后的AIS基带信号进行匹配滤波，得到匹配滤波后的AIS基带信号；
根据所述匹配滤波后的AIS基带信号的状态信息，生成所述匹配滤波后的AIS基带信号的用于进行维特比译码的状态表，基于所述状态表和所述匹配滤波后的AIS基带信号确定所述匹配滤波后的AIS基带信号的分支度量增量；基于所述状态表和所述分支度量增量确定所述匹配滤波后的AIS基带信号的分支度量，根据所述分支度量获取对所述AIS基带信号进行解调后的解调信号。
在本申请一可选实施方式中，所述将所述任意一帧AIS基带信号与本地同步序列进行相关运算，获取采样输入信号的训练序列位置；包括：
确定所述任意一帧AIS基带信号的延迟一个码元周期的训练序列；
根据所述任意一帧AIS基带信号的本地训练序列与所述延迟一个码元周期的训练序列进行共轭相乘，得到本地训练序列的共轭相乘值；
根据采样输入信号与延迟一个码元周期的采样输入信号进行共轭相乘，得到采样输入信号的共轭相乘值；
根据所述本地训练序列的共轭相乘值与所述采样输入信号的共轭相乘值对应相乘后的累加值；确定所述采样输入信号的训练序列位置；其中，所述采样输入信号的训练序列位置为所述累加值中的最大值。
在本申请一可选实施方式中，所述根据所述采样输入信号的训练序列位置处的采样输入数据确定所述AIS基带信号的频偏估计，包括：
根据以下公式确定所述AIS基带信号的频偏估计：
fre＝α×arctan(Q÷I)÷(2π)
其中，fre代表所述AIS基带信号的频偏估计，α代表所述采样输入信号的频率，arctan代表反正切运算，Q代表所述采样输入数据的虚部，I代表所述采样输入数据的实部。
在本申请一可选实施方式中，所述基于所述频偏估计对所述AIS基带信号进行频偏补偿，包括：
根据以下公式对所述AIS基带信号进行频偏补偿：
data_comp＝data×ej(2π×fre×t)
其中，data_comp代表所述频偏补偿后的AIS基带信号，data代表所述AIS基带信号，t＝n÷(p×α)，其中，n为1～N之间的整数，N代表一帧AIS信号的有效数据长度。
在本申请一可选实施方式中，所述基于所述状态表和所述分支度量增量确定所述匹配滤波后的AIS基带信号的分支度量，根据所述分支度量获取对所述AIS基带信号进行解调后的解调信号，包括：
基于所述状态表和所述分支度量增量确定所述匹配滤波后的AIS基带信号的至少一个分支度量，从所述至少一个分支度量中具有最大值的分支度量；
设置所述最大值的分支度量对应的路径为幸存路径；确定与所述幸存路径路径的起点对应的状态，根据所述状态确定所述状态所对应的时刻的信息，进而完成对所述匹配滤波后的AIS基带信号的解调。
本申请实施例还提供一种星载自动识别***AIS的信号解调***，所述***包括：
调制单元，用于对AIS业务信息进行高斯最小频移键控GMSK调制，得到GMSK信号体制的AIS信号；对所述GMSK信号体制的AIS信号进行带通滤波、数字变频和低通滤波处理，获得AIS基带信号；
检测单元，用于对所述AIS基带信号的帧头进行检测，获取所述AIS基带信号中的任意一帧AIS基带信号；
获取单元，用于将所述任意一帧AIS基带信号与本地同步序列进行相关运算，获取采样输入信号的训练序列位置；其中，所述采样输入信号为所述任意一帧AIS基带信号的采样输入信号；
确定单元，用于根据所述采样输入信号的训练序列位置处的采样输入数据确定所述AIS基带信号的频偏估计；
补偿单元，用于基于所述频偏估计对所述AIS基带信号进行频偏补偿，得到频偏补偿后的AIS基带信号；
滤波单元，用于对所述频偏补偿后的AIS基带信号进行匹配滤波，得到匹配滤波后的AIS基带信号；
生成单元，用于根据所述匹配滤波后的AIS基带信号的状态信息，生成所述匹配滤波后的AIS基带信号的用于进行维特比译码的状态表，基于所述状态表和所述匹配滤波后的AIS基带信号确定所述匹配滤波后的AIS基带信号的分支度量增量；
解调单元，用于基于所述状态表和所述分支度量增量确定所述匹配滤波后的AIS基带信号的分支度量，根据所述分支度量获取对所述AIS基带信号进行解调后的解调信号。
在本申请一可选实施方式中，所述获取单元具体用于：确定所述任意一帧AIS基带信号的延迟一个码元周期的训练序列；根据所述任意一帧AIS基带信号的本地训练序列与所述延迟一个码元周期的训练序列进行共轭相乘，得到本地训练序列的共轭相乘值；根据采样输入信号与延迟一个码元周期的采样输入信号进行共轭相乘，得到采样输入信号的共轭相乘值；根据所述本地训练序列的共轭相乘值与所述采样输入信号的共轭相乘值对应相乘后的累加值；确定所述采样输入信号的训练序列位置；其中，所述采样输入信号的训练序列位置为所述累加值中的最大值。
在本申请一可选实施方式中，所述确定单元具体用于：根据以下公式确定所述AIS基带信号的频偏估计：
fre＝α×arctan(Q÷I)÷(2π)
其中，fre代表所述AIS基带信号的频偏估计，α代表所述采样输入信号的频率，arctan代表反正切运算，Q代表所述采样输入数据的虚部，I代表所述采样输入数据的实部。
在本申请一可选实施方式中，所述补偿单元具体用于：根据以下公式对所述AIS基带信号进行频偏补偿：
data_comp＝data×ej(2π×fre×t)
其中，data_comp代表所述频偏补偿后的AIS基带信号，data代表所述AIS基带信号，t＝n÷(p×α)，其中，n为1～N之间的整数，N代表一帧AIS信号的有效数据长度。
在本申请一可选实施方式中，所述解调单元具体用于：基于所述状态表和所述分支度量增量确定所述匹配滤波后的AIS基带信号的至少一个分支度量，从所述至少一个分支度量中具有最大值的分支度量；设置所述最大值的分支度量对应的路径为幸存路径；确定与所述幸存路径路径的起点对应的状态，根据所述状态确定所述状态所对应的时刻的信息，进而完成对所述匹配滤波后的AIS基带信号的解调。
本申请实施例的技术方案，通过对AIS业务信息进行高斯最小频移键控GMSK调制，得到GMSK信号体制的AIS信号；对所述GMSK信号体制的AIS信号进行带通滤波、数字变频和低通滤波处理，获得AIS基带信号；对所述AIS基带信号的帧头进行检测，获取所述AIS基带信号中的任意一帧AIS基带信号；将所述任意一帧AIS基带信号与本地同步序列进行相关运算，获取采样输入信号的训练序列位置；其中，所述采样输入信号为所述任意一帧AIS基带信号的采样输入信号；根据所述采样输入信号的训练序列位置处的采样输入数据确定所述AIS基带信号的频偏估计；基于所述频偏估计对所述AIS基带信号进行频偏补偿，得到频偏补偿后的AIS基带信号；对所述频偏补偿后的AIS基带信号进行匹配滤波，得到匹配滤波后的AIS基带信号；根据所述匹配滤波后的AIS基带信号的状态信息，生成所述匹配滤波后的AIS基带信号的用于进行维特比译码的状态表，基于所述状态表和所述匹配滤波后的AIS基带信号确定所述匹配滤波后的AIS基带信号的分支度量增量；基于所述状态表和所述分支度量增量确定所述匹配滤波后的AIS基带信号的分支度量，根据所述分支度量获取对所述AIS基带信号进行解调后的解调信号。如此，能够通过对GMSK信号体制的AIS信号进行带通滤波、数字变频和低通滤波处理，获得AIS基带信号，进而对AIS基带信号进行频偏补偿和匹配滤波，通过维特比译码方式实现对AIS基带信号的解调，既保持了对AIS基带信号的采用相干解调算法进行解调时的良好的解调性能，又避免了采用相干解调算法对AIS基带信号进行解调过程中的载波恢复和相位盲位估计问题，相比相干解调算法，实现过程较为简单。
附图说明
图1为本申请实施例提供的AIS的信号解调方法的流程示意图；
图2为本申请实施例的AIS的信号解调过程的流程图；
图3为本申请实施例提供的AIS的信号解调的误码率曲线图；
图4为本申请实施例提供的AIS的信号解调的误包率曲线图；
图5为本申请实施例提供的AIS的信号解调***的组成结构示意图。
具体实施方式
为了能够更加详尽地了解本申请实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本申请实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本申请实施例。
图1为本申请实施例提供的AIS的信号解调方法的流程示意图，如图1所述，所述方法包括如下步骤：
S101：对AIS业务信息进行高斯最小频移键控GMSK调制，得到所述GMSK信号体制的AIS信号；对所述GMSK信号体制的AIS信号进行带通滤波、数字变频和低通滤波处理，获得AIS基带信号。
具体的，这里，称AIS***接收到的信号为AIS信号，AIS***在接收到AIS信号后，通过对GMSK信号体制的AIS信号进行带通滤波、数字变频和低通滤波处理输出AIS基带信号。
GMSK信号体制的AIS信号可以包括多个不同的频点，利用FPGA实现对多个频点中的每个频点的GMSK信号体制的AIS信号的通道划分，对每个频点所对应的通道的GMSK信号体制的AIS信号，经过带通滤波、数字下变频和低通滤波得到AIS基带信号。
示例性的，可以针对四个不同频点的GMSK信号体制的AIS信号(主信道1：161.975兆赫兹(MHz)，主信道2：162.025MHz；备用信道1：156.775MHz，备用信道2：156.825MHz)，利用FPGA实现并行通道划分，进而通过带通滤波、数字变频和低通滤波得到AIS基带信号，此AIS基带信号可以为4×9.6KHz的采样数据，其中，带通滤波的滤值范围为：25千赫兹(kHz)～8.4MHz。
S102：对所述AIS基带信号的帧头进行检测，获取所述AIS基带信号中的任意一帧AIS基带信号。
S103：将所述任意一帧AIS基带信号与本地同步序列进行相关运算，获取采样输入信号的训练序列位置；其中，所述采样输入信号为所述的任意一帧AIS基带信号的采样输入信号。
本申请一可选实施方式中，所述将所述任意一帧AIS基带信号与本地同步序列进行相关运算，获取采样输入信号的训练序列位置；包括：
确定所述任意一帧AIS基带信号的延迟一个码元周期的训练序列；
根据所述任意一帧AIS基带信号的本地训练序列与所述延迟一个码元周期的训练序列进行共轭相乘，得到本地训练序列的共轭相乘值；
根据采样输入信号与延迟一个码元周期的采样输入信号进行共轭相乘，得到采样输入信号的共轭相乘值；
根据所述本地训练序列的共轭相乘值与所述采样输入信号的共轭相乘值对应相乘后的累加值；确定所述采样输入信号的训练序列位置；其中，所述采样输入信号的训练序列位置为所述累加值中的最大值。
具体的，在AIS信号中，由于同步序列(24比特(bit)，01010101…)与开始标志(8bit，01111110)为确定的数字序列，故取该32bit的数字序列为本地训练序列，将任意一帧AIS基带信号与本地同步序列进行相关运算，进而找到采样输入信号的训练序列位置，以采样输入信号为4×9.6kHz具体方法如下：
首先，将32bit本地训练序列与延迟一个码元周期的训练序列共轭相乘得到本地训练序列的共轭相乘值，如公式(1)所示：
ΔtreSeq(n)＝treSeq(nT)×treSeq*((n+1)T) (1)
其中，ΔtreSeq(n)代表本地训练序列的共轭相乘值，n代表本地训练序列的位置，取值范围为1至31之间的整数，T代表码元周期，treSeq代表本地训练序列，treSeq(nT)代表起始位置为n的本地训练序列，treSeq*((n+1)T)代表延迟一个码元周期的训练序列的共轭。
之后，以不同的起始位，将采样输入信号与同样延迟一个码元周期的采样输入信号共轭相乘得到采样输入信号的共轭相乘值，如公式(2)所示：
Δdata(n,k)＝data(k+nT)×data*(k+(n+1)T) (2)
其中，Δdata(n,k)代表采样输入信号的共轭相乘值，data代表4×9.6kHz的采样输入信号，k代表采样输入信号的起始位。
针对采样输入信号选取不同的起始位k，计算本地训练序列共轭相乘值与采样输入信号共轭相乘值对应相乘后的累加值，如公式(3)所示：
Figure BDA0002301532050000081
之后，寻找不同起始位所对应的累加值中的最大值，该最大值所对应的位置即为采样输入信号的32bit的训练序列位置，将该位置设为m。
需要说明的是，为降低误码率与误包率，在对AIS基带信号进行解调过程中采用三采样点串行搜索方式，在原最佳单采样点捕获解调方案的基础上，加入累加值中的最大值所对应位置的前一个采样点和后一个采样点，形成三次循环计算；并以误码率为判断基准，当信号误码情况为0时，跳出循环，进行下一个时隙的信号处理。
S104：根据所述采样输入信号的训练序列位置处的采样输入数据确定所述AIS基带信号的频偏估计。
在本申请一可选实施方式中，所述根据所述采样输入信号的训练序列位置处的采样输入数据确定所述AIS基带信号的频偏估计，包括：
根据以下公式确定所述AIS基带信号的频偏估计：
fre＝α×arctan(Q÷I)÷(2π) (4)
其中，fre代表所述AIS基带信号的频偏估计，α代表所述采样输入信号的频率，arctan代表反正切运算，Q代表所述采样输入数据的虚部，I代表所述采样输入数据的实部。这里，对于4×9.6KHz的采样数据，α的取值为9600。
S105：基于所述频偏估计对所述AIS基带信号进行频偏补偿，得到频偏补偿后的AIS基带信号。
在本申请一可选实施方式中，所述基于所述频偏估计对所述AIS基带信号进行频偏补偿，包括：
根据以下公式对所述AIS基带信号进行频偏补偿：
data_comp＝data×ej(2π×fre×t) (5)
其中，data_comp代表所述频偏补偿后的AIS基带信号，data代表所述AIS基带信号，t＝n÷(p×α)，其中，n为1～N之间的整数，N代表一帧AIS信号的有效数据长度。
S106：对所述频偏补偿后的AIS基带信号进行匹配滤波，得到匹配滤波后的AIS基带信号。
这里，将洛朗Laurent展开式的第一项作为滤波器参数设计，对频偏补偿后的AIS基带信号进行匹配滤波。匹配滤波器的对应关系式为：
h0(τ-nT)＝c(τ-nT+2T)·c(τ-nT+T)·c(τ-nT)·c(τ-nT-T) (6)
这里，c代表函数c(t)，函数c(t)的表达式为：
Figure BDA0002301532050000101
其中，h为调制系数，在AIS***中取h＝0.5；q(t)为匹配滤波后的AIS基带信号的高斯滤波器矩形脉冲在时间LT内的单位平滑响应，L为相关长度。示例性的，可选取L＝3。
对所述AIS基带信号进行匹配滤波能够去掉白化滤波，有效的避免了相关长度对检测性能的影响，使***的复杂度显著降低。
S107：根据所述匹配滤波后的AIS基带信号的状态信息，生成所述匹配滤波后的AIS基带信号的用于进行维特比译码的状态表，基于所述状态表和所述匹配滤波后的AIS基带信号确定所述匹配滤波后的AIS基带信号的分支度量增量。
具体的，在t＝nT时刻，匹配滤波后的AIS基带信号的信号状态Sn可定义为：
Figure BDA0002301532050000102
其中，θn代表t＝nT时刻的相位状态，
Figure BDA0002301532050000103
mod代表取余运算。
在t＝(n+1)T时刻，匹配滤波后的AIS基带信号的信号状态Sn+1可定义为：
Figure BDA0002301532050000104
Figure BDA0002301532050000105
其中，θn+1代表t＝(n+1)T时刻的相位状态。这里，由于调制系数h＝0.5，所以θn的取值可以为0、π/2、π、3π/2共四种取值方式。
以4种频点为例，匹配滤波后的AIS基带信号的相位状态数为4×2L，由于非相干检测在译码时不需要知道θn的确切值，这里，可以设置θn＝0。在进行维特比(Viterbi)译码时，可设置状态数Ns＝2L。若L＝3，则生成所述匹配滤波后的AIS基带信号的用于进行维特比译码的状态表如表1所示：
Figure BDA0002301532050000111
表1
根据表中序列确定所述匹配滤波后的AIS基带信号的分支度量增量，如公式(10)所示：
Figure BDA0002301532050000112
其中，αn代表表1中的状态序列，bn 代表匹配滤波后的AIS基带信号的分支度量增量，
Figure BDA0002301532050000113
xn代表匹配滤波后的AIS基带信号,NL为观测时间窗口参数。这里，可以选取NL＝10。
本申请实施例的方案在生成状态表时，只选取经GMSK调制后的GMSK信号体制的AIS信号中的四种相位状态中的一种，能够降低，使状态数降低，在GMSK信号体制的AIS信号为4种频点的情况下，使状态数由4×2L降为2L，能够明显降低维特比解调AIS基带信号时的运算复杂度。
S108：基于所述状态表和所述分支度量增量确定所述匹配滤波后的AIS基带信号的分支度量，根据所述分支度量获取对所述AIS基带信号进行解调后的解调信号。
这里，t＝nT为当前时刻，t＝(n+1)T为当前时刻的下一时刻，本申请实施例采用Viterbi译码方式对所述所述匹配滤波后的AIS基带信号进行解调。Viterbi译码的具体过程如下：
(1)将所述匹配滤波后的AIS基带信号的所有状态放入表state_all中进行存储，其中，表state_all的大小为Ns×L；将所述匹配滤波后的AIS基带信号的所有状态的转入状态放入表state_in中进行存储，其中，表state_in的大小为Ns×2；设置回溯长度NT＝10,初始化匹配滤波后的AIS基带信号幸存路径表survivor_state和分支度量表metric_state，其中，表survivor_state和表metric_state的大小为Ns×NT。
(2)计算所述匹配滤波后的AIS基带信号的分支度量增量。匹配滤波后的AIS基带信号的下一时刻所有可能的状态为Sn+1(i)，其中，i的取值范围在0至2L-1之间，根据表state_in和公式(10)计算下一时刻能进入第i状态的的2条分支度量增量
Figure BDA0002301532050000121
(3)计算所述匹配滤波后的AIS基带信号的分支度量。在原来到达t＝nT时刻的幸存路径的基础上，根据
Figure BDA0002301532050000122
与连接该状态节点支路的另一端节点在t＝nT时刻的分支度量增量
Figure BDA0002301532050000123
相加，得到t＝(n+1)T时刻的匹配滤波后的AIS基带信号的分支度量
Figure BDA0002301532050000124
(4)寻找幸存路径。选择所有匹配滤波后的AIS基带信号的分支度量
Figure BDA0002301532050000125
中最大值对应的路径作为幸存路径。
(5)保存幸存路径和分支度量。保存每个状态对应的幸存路径和匹配滤波后的AIS基带信号的分支度量信息。
(6)若(n+1)T≤NT，则重复步骤(2)～(5)；否则，找出下一时刻具有最大分支度量所对应的状态
Figure BDA0002301532050000126
通过回溯解码，找到以
Figure BDA0002301532050000127
为终点的幸存路径，沿该条路径倒回寻找到该路径的起点所对应的状态
Figure BDA0002301532050000128
根据这个状态就可解出(n-NT+1)T时刻的信息
Figure BDA0002301532050000129
(7)进入下一个码元周期，更新信息。将幸存路径表survivor_state和分支度量表metric_state中的数据左移一位，以便利用最后一位存储下一个时刻的幸存路径和匹配滤波后的AIS基带信号分支度量。
(8)重复上述步骤(2)～(7)，直到调节出所有的匹配滤波后的AIS基带信号的信息序列。
图2为本申请实施例的AIS的信号解调过程的流程图，其中，对GMSK信号体制的AIS信号进行处理获得AIS基带信号的过程包括：将各通道的GMSK信号体制的AIS信号以38.4MHz的频率进行采样，再经过8.4MHz的带通滤波器处理，之后经768KHz的频率进行抽样采样后输出信号，将该输出信号经数字下变频、低通滤波器处理及38.4MHz的频率进行采样后，获得AIS基带信号。之后再对AIS信号按照前述实施例的依次进行帧头检测、频偏估计、频偏补偿、匹配滤波及Viterbi译码后得到对所述对所述AIS基带信号进行解调后的解调信号。
图3和图4分别为为按照图2的AIS的信号解调流程所解调的AIS基带信号的误码率和误包率。从图3和图4可以看出，通过本申请实施例的AIS的信号解调方法所获得的解调后的AIS基带信号的误码率和误包率较低，能够满足对AIS信号进行解调的需求。
本申请实施例的技术方案，通过对业务信息进行调制，以及经带通滤波、数字下变频及低通滤波得到AIS基带信号，通过对AIS基带信号进行帧头检测、频偏估计、频偏补偿和Viterbi译码，得到所述AIS基带信号的解调信号，既保持了相干解调算法良好的解调性能，又避免了相干解调中的载波恢复和相位盲位估计问题，相比相干解调算法，实现过程较为简单。同时还能够提高对AIS基带信号的解调能力，具备明显的低误码性能，最终所获得的解调后的AIS基带信号的误码率和误包率较低，能够满足对AIS信号进行解调的需求，在工程应用中具有重要的实用价值。
本申请实施例还提供一种AIS信号的解调***，如图5所示，所述***包括：
调制单元51，用于对AIS业务信息进行高斯最小频移键控GMSK调制，得到GMSK信号体制的AIS信号；对所述GMSK信号体制的AIS信号进行带通滤波、数字变频和低通滤波处理，获得AIS基带信号；
检测单元52，用于对所述AIS基带信号的帧头进行检测，获取所述AIS基带信号中的任意一帧AIS基带信号；
获取单元53，用于将所述任意一帧AIS基带信号与本地同步序列进行相关运算，获取采样输入信号的训练序列位置；其中，所述采样输入信号为所述任意一帧AIS基带信号的采样输入信号；
确定单元54，用于根据所述采样输入信号的训练序列位置处的采样输入数据确定所述AIS基带信号的频偏估计；
补偿单元55，用于基于所述频偏估计对所述AIS基带信号进行频偏补偿，得到频偏补偿后的AIS基带信号；
滤波单元56，用于对所述频偏补偿后的AIS基带信号进行匹配滤波，得到匹配滤波后的AIS基带信号；
生成单元57，用于根据所述匹配滤波后的AIS基带信号的状态信息，生成所述匹配滤波后的AIS基带信号的用于进行维特比译码的状态表，基于所述状态表和所述匹配滤波后的AIS基带信号确定所述匹配滤波后的AIS基带信号的分支度量增量；
解调单元58，用于基于所述状态表和所述分支度量增量确定所述匹配滤波后的AIS基带信号的分支度量，根据所述分支度量获取对所述AIS基带信号进行解调后的解调信号。
在本申请一可选实施方式中，所述获取单元53具体用于：确定所述任意一帧AIS基带信号的延迟一个码元周期的训练序列；根据所述任意一帧AIS基带信号的本地训练序列与所述延迟一个码元周期的训练序列进行共轭相乘，得到本地训练序列的共轭相乘值；根据采样输入信号与延迟一个码元周期的采样输入信号进行共轭相乘，得到采样输入信号的共轭相乘值；根据所述本地训练序列的共轭相乘值与所述采样输入信号的共轭相乘值对应相乘后的累加值；确定所述采样输入信号的训练序列位置；其中，所述采样输入信号的训练序列位置为所述累加值中的最大值。
在本申请一可选实施方式中，所述确定单元具体54用于：根据公式(4)确定所述AIS基带信号的频偏估计。
在本申请一可选实施方式中，所述补偿单元55具体用于根据公式(5)对所述AIS基带信号进行频偏补偿。
在本申请一可选实施方式中，所述解调单元58具体用于：基于所述状态表和所述分支度量增量确定所述匹配滤波后的AIS基带信号的至少一个分支度量，从所述至少一个分支度量中具有最大值的分支度量；设置所述最大值的分支度量对应的路径为幸存路径；确定与所述幸存路径路径的起点对应的状态，根据所述状态确定所述状态所对应的时刻的信息，进而完成对所述匹配滤波后的AIS基带信号的解调。
本领域技术人员应当理解，图5所示的AIS信号的解调***中的各单元的实现功能可参照前述AIS信号的解调方法的相关描述而理解。图5所示的AIS信号的解调***中的各单元的功能可通过运行于处理器上的程序而实现，也可通过具体的逻辑电路而实现。
在本申请各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个第二处理单元中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种星载自动识别***AIS的信号解调方法，其特征在于，所述方法包括：
对AIS业务信息进行高斯最小频移键控GMSK调制，得到GMSK信号体制的AIS信号；对所述GMSK信号体制的AIS信号进行带通滤波、数字变频和低通滤波处理，获得AIS基带信号；
对所述AIS基带信号的帧头进行检测，获取所述AIS基带信号中的任意一帧AIS基带信号；
将所述任意一帧AIS基带信号与本地同步序列进行相关运算，获取采样输入信号的训练序列位置；其中，所述采样输入信号为所述任意一帧AIS基带信号的采样输入信号；
根据所述采样输入信号的训练序列位置处的采样输入数据确定所述AIS基带信号的频偏估计；
基于所述频偏估计对所述AIS基带信号进行频偏补偿，得到频偏补偿后的AIS基带信号；
对所述频偏补偿后的AIS基带信号进行匹配滤波，得到匹配滤波后的AIS基带信号；
根据所述匹配滤波后的AIS基带信号的状态信息，生成所述匹配滤波后的AIS基带信号的用于进行维特比译码的状态表，基于所述状态表和所述匹配滤波后的AIS基带信号确定所述匹配滤波后的AIS基带信号的分支度量增量；
基于所述状态表和所述分支度量增量确定所述匹配滤波后的AIS基带信号的分支度量，根据所述分支度量获取对所述AIS基带信号进行解调后的解调信号；
其中，所述将所述任意一帧AIS基带信号与本地同步序列进行相关运算，获取采样输入信号的训练序列位置，包括：确定所述任意一帧AIS基带信号的延迟一个码元周期的训练序列；将所述任意一帧AIS基带信号的本地训练序列与所述延迟一个码元周期的训练序列进行共轭相乘，得到本地训练序列的共轭相乘值；将采样输入信号与延迟一个码元周期的采样输入信号进行共轭相乘，得到采样输入信号的共轭相乘值；根据所述本地训练序列的共轭相乘值与所述采样输入信号的共轭相乘值对应相乘后的累加值；确定所述采样输入信号的训练序列位置；其中，所述采样输入信号的训练序列位置为所述累加值中的最大值；及，
所述根据所述采样输入信号的训练序列位置处的采样输入数据确定所述AIS基带信号的频偏估计，包括：根据以下公式确定所述AIS基带信号的频偏估计：fre＝α×arctan(Q÷I)÷(2π)，公式中，fre代表所述AIS基带信号的频偏估计，α代表所述采样输入信号的频率，arctan代表反正切运算，Q代表所述采样输入数据的虚部，I代表所述采样输入数据的实部；及，
所述基于所述频偏估计对所述AIS基带信号进行频偏补偿，包括：根据以下公式对所述AIS基带信号进行频偏补偿：data_comp＝data×ej(2π×fre×t)，公式中，data_comp代表所述频偏补偿后的AIS基带信号，data代表所述AIS基带信号，t＝n÷(p×α)，其中，n为1～N之间的整数，N代表一帧AIS信号的有效数据长度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述状态表和所述分支度量增量确定所述匹配滤波后的AIS基带信号的分支度量，根据所述分支度量获取对所述AIS基带信号进行解调后的解调信号，包括：
基于所述状态表和所述分支度量增量确定所述匹配滤波后的AIS基带信号的至少一个分支度量，从所述至少一个分支度量中确定具有最大值的分支度量；
设置所述最大值的分支度量对应的路径为幸存路径；确定与所述幸存路径的起点对应的状态，根据所述状态确定所述状态所对应的时刻的信息，进而完成对所述匹配滤波后的AIS基带信号的解调。
3.一种星载自动识别***AIS的信号解调***，其特征在于，所述***包括：
调制单元，用于对AIS业务信息进行高斯最小频移键控GMSK调制，得到GMSK信号体制的AIS信号；对所述GMSK信号体制的AIS信号进行带通滤波、数字变频和低通滤波处理，获得AIS基带信号；
检测单元，用于对所述AIS基带信号的帧头进行检测，获取所述AIS基带信号中的任意一帧AIS基带信号；
获取单元，用于将所述任意一帧AIS基带信号与本地同步序列进行相关运算，获取采样输入信号的训练序列位置；其中，所述采样输入信号为所述任意一帧AIS基带信号的采样输入信号；
确定单元，用于根据所述采样输入信号的训练序列位置处的采样输入数据确定所述AIS基带信号的频偏估计；
补偿单元，用于基于所述频偏估计对所述AIS基带信号进行频偏补偿，得到频偏补偿后的AIS基带信号；
滤波单元，用于对所述频偏补偿后的AIS基带信号进行匹配滤波，得到匹配滤波后的AIS基带信号；
生成单元，用于根据所述匹配滤波后的AIS基带信号的状态信息，生成所述匹配滤波后的AIS基带信号的用于进行维特比译码的状态表，基于所述状态表和所述匹配滤波后的AIS基带信号确定所述匹配滤波后的AIS基带信号的分支度量增量；
解调单元，用于基于所述状态表和所述分支度量增量确定所述匹配滤波后的AIS基带信号的分支度量，根据所述分支度量获取对所述AIS基带信号进行解调后的解调信号；
其中，所述获取单元具体用于：确定所述任意一帧AIS基带信号的延迟一个码元周期的训练序列；将所述任意一帧AIS基带信号的本地训练序列与所述延迟一个码元周期的训练序列进行共轭相乘，得到本地训练序列的共轭相乘值；将采样输入信号与延迟一个码元周期的采样输入信号进行共轭相乘，得到采样输入信号的共轭相乘值；根据所述本地训练序列的共轭相乘值与所述采样输入信号的共轭相乘值对应相乘后的累加值；确定所述采样输入信号的训练序列位置；其中，所述采样输入信号的训练序列位置为所述累加值中的最大值；及，
所述确定单元具体用于：根据以下公式确定所述AIS基带信号的频偏估计：fre＝α×arctan(Q÷I)÷(2π)，公式中，fre代表所述AIS基带信号的频偏估计，α代表所述采样输入信号的频率，arctan代表反正切运算，Q代表所述采样输入数据的虚部，I代表所述采样输入数据的实部；及，
所述补偿单元具体用于：根据以下公式对所述AIS基带信号进行频偏补偿：data_comp＝data×ej(2π×fre×t)，公式中，data_comp代表所述频偏补偿后的AIS基带信号，data代表所述AIS基带信号，t＝n÷(p×α)，其中，n为1～N之间的整数，N代表一帧AIS信号的有效数据长度。
4.根据权利要求3所述的***，其特征在于，所述解调单元具体用于：基于所述状态表和所述分支度量增量确定所述匹配滤波后的AIS基带信号的至少一个分支度量，从所述至少一个分支度量中确定具有最大值的分支度量；设置所述最大值的分支度量对应的路径为幸存路径；确定与所述幸存路径的起点对应的状态，根据所述状态确定所述状态所对应的时刻的信息，进而完成对所述匹配滤波后的AIS基带信号的解调。
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