AIS信号解调算法研究与实现

张焱　马金鑫

摘要：星载AIS分系统为海事管理机构及船舶运营商提供大范围、高效率的船舶状态数据，弥补了岸站AIS系统可视范围受限的缺陷，实现了海上船舶的全球性实时监控。本文简单介绍了星载AIS分系统的实现原理，详细介绍了AIS解调算法。

关键词：AIS;解调算法;信号

中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）02-0121-02

1 AIS系统概述

AIS分系统由AIS天线、AIS前置放大器、AIS接收机和高频电缆组成。卫星进入在轨飞行段时，AIS分系统开机。AIS天线负责接收海面船台发送的AIS信号，AIS分系统接收机主要完成AIS信号的接收、处理和数据转发[1]。船舶台站发出的VHF频段信号经由星载AIS天线接收后，经过放大器，滤波、下变频处理后，实现AIS信号的捕获、跟踪、解调功能，并生成AIS数字电文[2]。

2 算法实现

2.1 频偏粗估计

首先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：

以不同的起始位，将采样得到的输入信号与同样延迟一个码元周期的采样信号共轭相乘得：

其中，T为码元周期。

求Δ中的最大值Δmax，该最大值所对应的位置即为32bit训练序列的位置，同时可得粗估计频偏值：

其中，，

2.2 频偏补偿

利用2.1得到的训练序列的位置截取有用信号255bit，并将2.1中计算所得的频偏值fre补偿到基带信号中。

2.3 FFT频偏精确估计

取2.2节频偏补偿后的信号的32bit固定数据位（降4倍采样取值），与本训练地序列作共轭相乘（T为码元周期）：

将上式值做2048点的FFT变换，得到相应的精确估计频偏。

2.4 FFT频偏补偿

将2.3FFT得到的频偏值fre，再次补偿到基带信号中，然后把补偿后的基带信号经过低通滤波[3]。进入滤波前的数据如图1所示，过滤波器后的数据如图2所示。

经过滤波器后，对接收数据进行降4倍采样，进入相位估计模块，进行相位补偿。

2.5 相位估计

区经滤波器并降4倍采样后的信号的32bit固定数据位，与本地32bit训练序列积分累积求反正切，估算信号初相位：

其中：

然后将估计所得相位值补偿到基带信号中。

2.6 锁相环

將FFT估计补偿后的信号仍有误差存在，对相干解调来说，如果不能完全将载波频率提取出来，消除频偏的影响，则误码情况将会严重恶化，故将估计的精确频偏和初相补偿到基带信号后，定点化处理，进入2阶锁相环进行跟踪修正，将修正后的信号按一包数据248bit（含同相支路和正交支路）输出。

其中，输出

初始值有：cosu = 8192，sinu = 0，其余各初始值均0，且有系数，，，经此环路修正后信号输出如图3所示，图3分别为I路与Q路。

3 结语

本文主要介绍了AIS信号解调算法的实现，对于工程实现具有一定的参考价值。

参考文献

[1] 王艳军，王晓峰.AIS和北斗终端组合在船舶动态监控中的应用[J].上海海事大学学报，2011，32（04）：17-21.

[2] 计科峰，赵和鹏，邢相薇，邹焕新.小卫星载AIS海洋监视技术研究进展[J].雷达科学与技术，2013，11（01）：9-15+20.

[3] 贺超峰，徐铁，胡勤友，葛依东.应用北斗卫星导航系统的船舶AIS数据采集[J].上海海事大学学报，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