一种面向星基AIS信号的处理方法及装置与流程

一种面向星基ais信号的处理方法及装置
技术领域
1.本技术涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种面向星基ais信号的处理方法及装置。


背景技术：

2.通用自动识别系统(automatic identification system，ais)是一种新型的船舶避碰系统。船载ais收发机是一种装备在船舶上的信号收发装置，该装置一方面对外实时播发由传感器收集和人工置入的船舶动、静态信息，另一方面捕获周边其他船舶的动、静态信息，从而实现船舶对周边海洋环境的实时掌握。岸载ais接收机是一种装备在海洋沿岸的ais信号监听装置，其主要功能是对附近海域船舶ais信号的实时捕获，海事管理机构可通过对ais信号的监听，实时有效的掌握海洋船舶的状态信息，实现对船舶海上船舶的有效监管。
3.由于受到ais信号传播距离的限制(一般传输距离为30海里)，岸站ais接收机不能提供覆盖全球海洋船舶的状态信息。星载ais信号侦察系统，通过低轨道卫星装配，可收到几百海里乃至上千海里内船舶的ais信号并下传至地面站接收系统，可实现国家周边海域乃至全球海域的船舶信息跟踪。基于上述优势，星载ais信号侦察系统目前受到各国的高度关注。
4.星载ais信号侦察系统面临信号碰撞形式复杂，在近海地区，信号较多，碰撞现象严重，而在远海地区，信号较少，碰撞现象较轻。因此，如何在不同场景下更好地完成对ais信号处理(如捕获或解调)，以提高ais信号处理效率成为亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.本技术解决的技术问题是：针对如何提高ais信号处理性能，本技术提供了一种面向星基ais信号的处理方法及装置，本技术实施例所提供的方案中，通过在不同场景下配置不同的噪声系数，使得不同场景下设置不同捕获门限或捕获灵敏度，进而提供捕获的性能和效率。
6.第一方面，本技术实施例提供一种面向星基ais信号的处理方法，该方法包括：获取一个或多个ais信号，并对所述一个或多个ais信号进行预处理得到预处理后的ais信号；生成伪码信号，根据当前接收场景配置的噪声系数以及所述伪码信号生成加噪后的信号，并将所述加噪后的信号与所述预处理后的ais信号进行加性合成得到合成后的信号，其中，所述伪码信号的采样速率等于所述预设采样速率；基于预设条件以及所述合成后的信号进行ais信号捕获得到捕获后的ais信号。
7.可选地，对所述一个或多个ais信号进行预处理得到预处理后的ais信号，包括：基于预设采样速率对所述一个或多个ais信号进行采样得到采样后的ais信号；对采样后的ais信号进行滤波理得到滤波后的ais信号。
8.可选地，根据当前接收场景配置的噪声系数以及所述伪码信号生成加噪后的信
号，包括：若当前接收场景为近海场景，基于所述近海场景配置第一噪声系数，基于所述第一噪声系数生成以及所述伪码信号生成第一加噪后的信号；若当前接收场景为远海场景，基于所述远海场景配置第二噪声系数，基于所述第二噪声系数以及所述伪码信号生成第二加噪后的信号；其中，所述第一噪声系数与所述第二噪声系数不同。
9.可选地，生成伪码信号，包括：基于两路移位寄存器生成两路伪码；将两路伪码加和得到所述伪码信号。
10.可选地，其中，所述预设条件为预设能量值范围；基于预设条件以及所述合成后的信号进行ais信号捕获得到捕获后的ais信号，包括：计算所述合成后的信号的能量值，筛选出能量值在所述预设能量值范围之外的第一合成后的信号；确定所述第一合成后的信号所对应的第一ais信号，将所述第一ais信号作为捕获后的ais信号。
11.可选地，还包括：将所述捕获后的ais信号进行缓存以及对缓存的ais信号进行数据解调得到解调后的数据。
12.可选地，将所述捕获后的ais信号进行缓存以及对缓存的ais信号进行数据解调得到解调后的数据，包括：对缓存的ais信号中的报文数据进行解调，并判断当前待解调的报文数据所对应的缓存指针是否与当前报文数据的解调指针相等；若不等，则采用单时隙解调模式对所述当前待解调的报文数据进行解调；若单时隙解调模式未解调成功，则判断所述ais信号是否有特征信息；若有，则调用双时隙解调模块进行解调。
13.第二方面，本技术实施例提供了一种面向星基ais信号的处理装置，该装置包括：伪码生成器以及处理模块；其中，
14.所述伪码生成器，用于生成伪码信号，并根据当前接收场景配置的噪声系数以及所述伪码信号生成加噪后的信号；
15.所述处理模块，获取一个或多个ais信号，并对所述一个或多个ais信号进行预处理得到预处理后的ais信号；以及将所述加噪后的信号与所述预处理后的ais信号进行加性合成得到合成后的信号，并基于预设条件以及所述合成后的信号进行ais信号捕获得到捕获后的ais信号，其中，所述伪码信号的采样速率等于所述预设采样速率。
16.可选地，其中，若当前接收场景为近海场景，基于所述近海场景配置第一噪声系数，基于所述第一噪声系数生成以及所述伪码信号生成第一加噪后的信号；若当前接收场景为远海场景，基于所述远海场景配置第二噪声系数，基于所述第二噪声系数以及所述伪码信号生成第二加噪后的信号；其中，所述第一噪声系数与所述第二噪声系数不同。
17.可选地，还包括：解码模块；其中，所述解码模块对缓存的ais信号中的报文数据进行解调，并判断当前待解调的报文数据所对应的缓存指针是否与当前报文数据的解调指针相等；若不等，则采用单时隙解调模式对所述当前待解调的报文数据进行解调；若单时隙解调模式未解调成功，则判断所述ais信号是否有特征信息；若有，则调用双时隙解调模块进行解调。
18.与现有技术相比，本技术实施例所提供的方案至少具有如下有益效果：
19.1、本技术实施例所提供的方案中，通过在不同场景下配置不同的噪声系数，使得不同场景下设置不同捕获门限或捕获灵敏度，进而提供捕获的性能和效率；
20.2、本技术实施例所提供的方案，采用“先单后双”的解调策略，既保证了短时隙和单时隙报文的解调，又能避免遗漏双时隙报文的解调，优化在轨表现。
附图说明
21.图1为本技术实施例所提供的一种面向星基ais信号的处理方法的流程示意图；
22.图2为本技术实施例所提供的一种对捕获后的ais信号进行解调的流程示意图；
23.图3为本技术实施例所提供的另一种面向星基ais信号的处理方法的过程示意图；
24.图4为本技术实施例所提供的一种面向星基ais信号的处理装置的结构示意图；
25.图5为本技术实施例所提供的一种面向星基ais信号的处理装置的捕获过程示意图。
具体实施方式
26.本技术实施例提供的方案中，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。
27.以下结合说明书附图对本技术实施例所提供的一种面向星基ais信号的处理方法做进一步详细的说明，该方法具体实现方式可以包括以下步骤(方法流程如图1所示)：
28.步骤101，获取一个或多个ais信号，并对一个或多个ais信号进行预处理得到预处理后的ais信号。
29.作为举例，在本技术实施例所提供的方案中，面向星基ais信号可以是星载ais信号侦察系统所接收的船载ais信号。在同一时隙同一通道卫星可能接收一个或多个船载ais信号。星载ais信号侦察系统在接收一个或多个船载ais信号后对该一个或多个ais信号进行预处理得到预处理后的ais信号。又作为举例，星载ais信号侦察系统基于预设采样速率对所述一个或多个ais信号进行采样得到采样后的ais信号；对采样后的ais信号进行滤波理得到滤波后的ais信号。例如，星载ais信号侦察系统可以通过预设采样速率对一个或多个船载ais信号进行采样，例如，4倍采样速率或者8倍采样速率等。
30.进一步，由于有ais信号捕获以及解调是ais信号处理过程中的关键环节，为了提高ais信号处理效率，优化捕获和解调是很有必要的。作为举例，在本技术实施例所提供的方案中，通过调整不同场景下捕获灵敏度，来优化ais信号的捕获和解调。
31.步骤102，生成伪码信号，根据当前接收场景配置的噪声系数以及所述伪码信号生成加噪后的信号，并将所述加噪后的信号与所述预处理后的ais信号进行加性合成得到合成后的信号，其中，所述伪码信号的采样速率等于所述预设采样速率。
32.又作为举例，通过伪码信号以及配置的噪声系数生成加噪后的信号，将加噪后的信号作为捕获叠加噪声，在对ais信号进行捕获的过程中通过将加噪后的信号与ais信号进行加性耦合所得到的合成信号。通过对不同场景设置不同噪声系数，使得不同场景下产生的捕获叠加噪声噪底功率不同，进而使得不同场景下捕获灵敏度不同，来抑制低功率ais信号捕获。在发生信号碰撞时，具体情景为在同一时隙内，不同时间，有能量较低信号和能量较高信号先后到达，使用该模块能够有更高几率捕获到高功率信号，减小低功率信号捕获后进入解调处理流程造成解调处理资源占用。
33.又作为举例，若当前接收场景为近海场景，基于所述近海场景配置第一噪声系数，基于所述第一噪声系数生成以及所述伪码信号生成第一加噪后的信号；若当前接收场景为远海场景，基于所述远海场景配置第二噪声系数，基于所述第二噪声系数以及所述伪码信
号生成第二加噪后的信号；其中，所述第一噪声系数与所述第二噪声系数不同。例如，近海场景所配置的噪声系数大于远海场景所配置的噪声系数。
34.进一步，为了使得加噪后的信号能与预处理后的ais信号进行加性合成得到合成后的信号，伪码信号需与预处理后的ais信号所采用的采样速率相同。由于ais信号基于预设采样速率进行采样得到的，故伪码信号的采样速率等于预设采样速率。例如，ais信号采样速率为4倍采样速率，伪码信号的采样速率也为4倍采样速率。
35.又作为举例，本技术中生成的伪码信号包括两路伪码，其中，每路伪码由0、1组成。在得到两路伪码之后，将两路伪码加和得到单比特的伪码信号，然后基于伪码信号以及配置的噪声系数得到加噪后的信号，将加噪后的信号与预处理后的ais信号进行加性合成得到合成后的信号。
36.步骤103，基于预设条件以及合成后的信号进行ais信号捕获得到捕获后的ais信号。
37.进一步，在将加噪后的信号与预处理后的ais信号加性合成后，基于合成后的信号进行ais信号捕获。作为举例，预设条件为预设能量值范围；计算合成后的信号的能量值，筛选出能量值在预设能量值范围之外的第一合成后的信号；确定第一合成后的信号所对应的第一ais信号，将第一ais信号作为捕获后的ais信号。例如，预设能量值范围为(a，-a)，其中，a为正数；根据计算出的合成后的信号的能量值，确定出超出正边界a的能力值最大所对应的信号，和/或确定出超出负边界-a的能力值最小所对应的信号，将这些a信号进行捕获处理得到捕获后的ais信号。
38.进一步，在对ais信号捕获完成后，还需要对捕获的ais信号进行解调处理。作为举例，ais信号捕获成功后，将捕获后的ais信号进行缓存以及对缓存的ais信号进行数据解调得到解调后的数据。
39.图2展示了本技术实施例提供的一种对捕获后的ais信号进行解调的流程示意图。
40.又作为举例，参见图2，在对缓存的ais信号中的报文数据进行解调时，先判断当前待解调的报文数据所对应的缓存指针是否与当前报文数据的解调指针相等；若不等，则表明还存在未解调的报文，采用单时隙解调模式对当前待解调的报文数据进行解调；若单时隙解调成功，则将报文数据解调指针累加，并退出当前操作。若单时隙解调模式未解调成功，则判断ais信号是否有特征信息，则调用双时隙解调模块进行解调，否则直接退出解调。解调结束后，报文数据解调指针累加，退出当前操作。例如，特征信息是指正常特征，如ais信号具有帧头、帧尾和数据区域。
41.作为举例，ais信号的解调流程由fpga和dsp软件共同完成，fpga负责完成对信号中训练序列的捕获，捕获成功后，将训练序列后的过采样数据通过fifo的形式发送至dsp完成后续的降采样、数据解调等流程。其中，ais信号包含单时隙报文和双时隙报。dsp从fpga以fifo的方式读取待解调数据，其中，单时隙fifo长度为1024，双时隙fifo长度为2048。双时隙fifo数据读取完毕，报文数据缓存指针累加(该缓存可缓存10包报文数据，采用循环缓存的方式，存满10包后缓存指针自动回0，每包报文数据包含一包单时隙fifo数据和一包双时隙fifo数据，根据fpga的设计，双时隙fifo数据写入fifo必将晚于单时隙数据写入fifo，故当双时隙fifo数据读取完毕时，单时隙数据已存入该组数据缓存中)；与报文数据缓存指针对应的是报文数据解调指针，该指针在每次解调调度模块结束前自动累加，当累加等于
10后自动回0。
42.本技术实施例所提供的方案，采用“先单后双”的解调策略，既保证了短时隙和单时隙报文的解调，又能避免遗漏双时隙报文的解调，优化在轨表现。
43.为了便于理解，下面以举例的形式对上述面向星基ais信号的处理方法过程进行简要介绍。
44.图3展示了本技术实施例所提供的另一种面向星基ais信号的处理方法的过程示意图。
45.作为举例，如图3所示，开始捕获，接收ais信号；然后配置捕获灵敏度，例如，通过调整噪声系数针对不同场景生成不同的加噪后的信号，进而使得不同场景下产生的捕获叠加噪声噪底功率不同，以实现在不同场景下配置不同捕获灵敏度。接着，在基于不同捕获灵敏度对所接收的ais信号进行捕获，并判断捕获是否成功；若捕获成功，则对捕获成功的ais信号进行解调，ais信号处理完成。若捕获失败，则重新对ais信号进行捕获。
46.本技术实施例所提供的方案中，通过在不同场景下配置不同的噪声系数，使得不同场景下设置不同捕获门限或捕获灵敏度，进而提供捕获的性能和效率。
47.图4展示了本技术实施例提供的一种面向星基ais信号的处理装置的结构示意图，该装置的工作流程如图1所示，该装置包括：伪码生成器401以及处理模块402；其中，伪码生成器401生成伪码信号，根据当前接收场景配置的噪声系数以及所述伪码信号生成加噪后的信号；处理模块402，获取一个或多个ais信号，并对一个或多个ais信号进行预处理得到预处理后的ais信号；以及将伪码信号与预处理后的ais信号进行加性合成得到合成后的信号，并基于预设条件以及合成后的信号进行ais信号捕获得到捕获后的ais信号，其中，伪码信号的采样速率等于预设采样速率。
48.作为举例，伪码生成器401包括两路移位寄存器，每路移位寄存器生成一路伪码号，伪码生成器401输出的是两路伪码加和得到的伪码信号(由0、1组成)；另外，由伪码生成器401所生成的伪码信号采样速率与ais信号采样速率相同。应理解，图4所示的装置可以位于上文星载ais信号侦察系统中。
49.在一种可能实现方式中，若当前接收场景为近海场景，基于所述近海场景配置第一噪声系数，基于所述第一噪声系数生成以及所述伪码信号生成第一加噪后的信号；若当前接收场景为远海场景，基于所述远海场景配置第二噪声系数，基于所述第二噪声系数以及所述伪码信号生成第二加噪后的信号；其中，所述第一噪声系数与所述第二噪声系数不同。
50.在一种可能实现方式中，该装置还包括：解码模块403；其中，解码模块403对缓存的ais信号中的报文数据进行解调，并判断当前待解调的报文数据所对应的缓存指针是否与当前报文数据的解调指针相等；若不等，则采用单时隙解调模式对所述当前待解调的报文数据进行解调；若单时隙解调模式未解调成功，则判断所述ais信号是否有特征信息；若有，则调用双时隙解调模块进行解调
51.图5展示了本技术实施例提供的一种面向星基ais信号的处理装置的捕获过程示意图。在图5中，接收一个或多个ais信号，对接收到的ais信号进行adc采样以及滤波处理得到预处理后的信号。另外，根据伪码生成器401中两路移位寄存器生成伪码信号；基于伪码信号以及配置的噪声系数生成加噪后的信号，将加噪后的信号与滤波后的信号进行加性合
成得到合成后的信号，基于合成后的信号进行ais信号捕获得到捕获后的ais信号。
52.显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。
53.本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域技术人员的公知技术。