本站小編為你精心準(zhǔn)備了解碼定位的AIS信號(hào)檢測(cè)參考范文，愿這些范文能點(diǎn)燃您思維的火花，激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

《中國(guó)測(cè)試雜志》2014年第三期

1工作原理

1.1基于VSA的AIS信號(hào)捕捉捕捉信號(hào)的方法有多種，示波器可以捕捉AIS信號(hào)，但是捕捉的是射頻信號(hào)，采樣頻率高，數(shù)據(jù)量巨大，具有一定的復(fù)雜性。VSA軟件擁有先進(jìn)的通用和標(biāo)準(zhǔn)工具，可進(jìn)行信號(hào)頻譜測(cè)量、信號(hào)調(diào)制和時(shí)域表征，自動(dòng)對(duì)捕捉到的數(shù)據(jù)進(jìn)行下變頻，將射頻信號(hào)變換為基帶信號(hào)，大大降低了數(shù)據(jù)量，便于快速解碼和指標(biāo)計(jì)算等后續(xù)運(yùn)算。但是VSA無(wú)法解調(diào)具有NRZI編碼的GMSK信號(hào)。基于VSA采集的數(shù)據(jù)量小的特點(diǎn)，可將VSA捕捉的信息保存下來(lái)，然后調(diào)用用戶程序進(jìn)行AIS數(shù)據(jù)解碼和相關(guān)檢測(cè)指標(biāo)的計(jì)算。捕捉信號(hào)的方法如下：在VSA軟件中設(shè)置記錄數(shù)據(jù)的時(shí)間長(zhǎng)度、點(diǎn)數(shù)、中心頻率、觸發(fā)電平等參數(shù)，打開(kāi)船臺(tái)使其工作在自主模式，等待船臺(tái)發(fā)送信號(hào)。信號(hào)到來(lái)時(shí)VSA自動(dòng)記錄船臺(tái)信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效捕捉。由于VSA提供可編程儀器的標(biāo)準(zhǔn)命令，該部分可以程控實(shí)現(xiàn)。

1.2數(shù)據(jù)解碼與bit定位

1.2.1GMSK解碼GMSK調(diào)制信號(hào)是在MSK調(diào)制信號(hào)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，由于GMSK具有優(yōu)良的功率譜特性（功率譜旁瓣快衰減特性），在對(duì)信號(hào)頻帶嚴(yán)格限制的各種數(shù)字通信領(lǐng)域尤其是VHF和UHF頻段的移動(dòng)通信系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。ais系統(tǒng)就是采用GMSK調(diào)制方式[6]。GMSK解碼的方式有多種，主要包括相干解調(diào)和非相干解調(diào)。非相干解調(diào)主要有維特比解碼和差分解碼。由于是實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行信號(hào)捕捉，所以不需要考慮AIS信號(hào)的時(shí)延和多普勒頻偏問(wèn)題，采用常規(guī)的2比特差分解調(diào)[7]可有效解碼。

1.2.2NRZI解碼AIS數(shù)據(jù)編碼采用NRZI編碼。在NRZI編碼方式中，當(dāng)信號(hào)碼元為“1”時(shí)表示不出現(xiàn)電平變化，將保持前一碼元狀態(tài)不反轉(zhuǎn)，為“0”時(shí)表示電平發(fā)生變化，對(duì)前一碼元狀態(tài)作反轉(zhuǎn)。在解碼時(shí)，若當(dāng)前碼與前一碼相同解碼為“1”，當(dāng)前碼與前一碼不同時(shí)為“0”，則可解出原碼。

1.2.3首bit位置的確定首先根據(jù)VSA截取數(shù)據(jù)的總個(gè)數(shù)以及數(shù)據(jù)時(shí)長(zhǎng)，得到采樣時(shí)間Ts，然后根據(jù)采樣時(shí)間與碼元速率得到采集到的數(shù)據(jù)碼元個(gè)數(shù)為N=[Rb×Ts]，其中[x]表示對(duì)x取整。記錄在第N1個(gè)碼元出現(xiàn)AIS報(bào)文起始標(biāo)志[8]“01111110”，在第N2個(gè)碼元出現(xiàn)結(jié)束標(biāo)志“01111110”。根據(jù)AIS報(bào)文結(jié)構(gòu)，在開(kāi)始標(biāo)志前有24Bit組成的訓(xùn)練序列，故船臺(tái)報(bào)文的第一個(gè)Bit序號(hào)是N0=N1-24+1=N1-23。由于AIS系統(tǒng)的信道傳輸速率Rb為9600b/s[9]，一個(gè)比特?cái)?shù)據(jù)時(shí)間長(zhǎng)為1/Rb，則檢測(cè)的起始時(shí)刻位置為N0/Rb。

1.3信號(hào)的特性分析計(jì)算

1.3.1時(shí)間頻率特性分析船臺(tái)發(fā)射的是GMSK調(diào)制信號(hào)，接收端接收的信號(hào)一般可表示為時(shí)間頻率特性主要是分析船臺(tái)的調(diào)制性能，而載波頻率是一個(gè)常數(shù)，因此分析時(shí)頻特性也就是分析信號(hào)的相位變化率性能，表現(xiàn)為時(shí)間-頻率的關(guān)聯(lián)關(guān)系，定義為在實(shí)際的船臺(tái)檢測(cè)時(shí)，經(jīng)VSA捕獲的船臺(tái)信號(hào)為去載波后的基帶采樣信號(hào)，用離散信號(hào)的差分代替連續(xù)信號(hào)的微商，即：

1.3.2發(fā)射機(jī)輸出功率隨時(shí)間函數(shù)特性由于VSA捕獲的基帶信號(hào)的同相和正交分量可以表示。

2船臺(tái)檢測(cè)方案

2.1檢測(cè)指標(biāo)

2.1.1發(fā)射機(jī)時(shí)間頻率特性檢測(cè)時(shí)間頻率特性檢測(cè)是檢測(cè)發(fā)射機(jī)發(fā)射的經(jīng)過(guò)GMSK調(diào)制的信號(hào)在不同比特位對(duì)應(yīng)的頻率是否符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，檢測(cè)指標(biāo)要求如表1所示。

2.1.2發(fā)射機(jī)輸出功率隨時(shí)間函數(shù)特性檢測(cè)發(fā)射機(jī)時(shí)間功率特性是指船臺(tái)發(fā)送信號(hào)的發(fā)送啟動(dòng)和釋放時(shí)間與信號(hào)功率之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。檢測(cè)指標(biāo)如表2所示。

2.2檢測(cè)方案由于成品船臺(tái)在啟動(dòng)發(fā)射信號(hào)時(shí)并沒(méi)有向外部輸出一個(gè)同步電信號(hào)，造成無(wú)法與檢測(cè)儀器達(dá)到時(shí)間上的同步，因此從絕對(duì)時(shí)間來(lái)測(cè)試上述兩個(gè)指標(biāo)所獲得的起始位置是不準(zhǔn)確的。由于AIS系統(tǒng)是以自組織時(shí)分多址（SOTDMA）協(xié)議為核心技術(shù)[10]，該技術(shù)將時(shí)間分成若干幀，一幀為1min，每一幀又分成2250個(gè)時(shí)隙，則每個(gè)時(shí)隙長(zhǎng)為22.67ms，AIS系統(tǒng)的信道傳輸速率為9600b/s，每個(gè)時(shí)隙為256（bit）。因此可以將信息的比特位與時(shí)間關(guān)聯(lián)起來(lái)，通過(guò)判斷AIS信息的比特位來(lái)確定起始時(shí)刻位置。設(shè)計(jì)可行的檢測(cè)方案如下：首先利用VSA軟件獲取船臺(tái)發(fā)射的AIS信號(hào)；然后將截取的數(shù)據(jù)載入計(jì)算機(jī)對(duì)該GMSK信號(hào)進(jìn)行解調(diào)并做NRZI解碼；再根據(jù)AIS信息報(bào)文的結(jié)構(gòu)，對(duì)解調(diào)后的二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行比特位的位置確定；計(jì)算具體比特位上的功率和頻率偏移；最后根據(jù)指標(biāo)要求，衡量所測(cè)AIS信號(hào)是否達(dá)標(biāo)。

3檢測(cè)結(jié)果

選取CS-B類船臺(tái)作為檢測(cè)對(duì)象，首先連接檢測(cè)儀器如圖1所示，將船臺(tái)的VHF天線口和頻譜儀的射頻輸入口通過(guò)傳輸線相連接，以獲取船臺(tái)發(fā)出的AIS信號(hào)，中間連接衰減器來(lái)防止由于船臺(tái)發(fā)出的信號(hào)功率過(guò)大而造成對(duì)檢測(cè)儀器的損害。頻譜儀內(nèi)裝有VSA軟件以進(jìn)行數(shù)據(jù)的截取。打開(kāi)船臺(tái)，讓其工作在自主模式后截取信號(hào)，利用USB設(shè)備將捕獲的數(shù)據(jù)傳入到計(jì)算機(jī)內(nèi)進(jìn)行后續(xù)處理。圖2為檢測(cè)實(shí)物圖。根據(jù)VSA讀取數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)以及采樣間隔，可知采樣時(shí)間Ts約為32.5ms，因此數(shù)據(jù)包括312個(gè)碼元，在第73個(gè)碼元處開(kāi)始出現(xiàn)AIS報(bào)文起始標(biāo)志“01111110”，在第257個(gè)碼元處出現(xiàn)AIS報(bào)文結(jié)束標(biāo)志“01111110”。故CS-B報(bào)文的第一個(gè)比特序號(hào)是50，則對(duì)應(yīng)的起始時(shí)間為5.208ms。利用Matlab對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，求群延遲的波形如圖3所示。圖中標(biāo)記部分為表1中對(duì)應(yīng)的常規(guī)和極端條件下的頻率范圍，可以看出有部分頻率超出常規(guī)條件下的頻率要求，但是超出范圍有限且幅度較小，基本符合指標(biāo)要求。圖4是利用Matlab對(duì)采集的數(shù)據(jù)計(jì)算時(shí)間-功率波形圖。圖中標(biāo)記部分為表2中對(duì)應(yīng)的功率范圍。可以看出該船臺(tái)的時(shí)間功率特性基本符合指標(biāo)要求。

4結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)發(fā)射機(jī)時(shí)間頻率特性和時(shí)間功率特性的檢測(cè)方法無(wú)法準(zhǔn)確確認(rèn)AIS信息的第一個(gè)比特發(fā)送時(shí)刻的問(wèn)題，提出了對(duì)截取的AIS信息解碼，并利用AIS信息結(jié)構(gòu)對(duì)第一個(gè)比特位置進(jìn)行確認(rèn)，根據(jù)比特位置對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量的方案。首先利用VSA軟件進(jìn)行船臺(tái)信號(hào)捕捉，得到信號(hào)數(shù)據(jù)后，通過(guò)在Matlab環(huán)境下進(jìn)行計(jì)算仿真，從而得到對(duì)應(yīng)比特位的頻率和功率信息，比對(duì)指標(biāo)要求得到檢測(cè)結(jié)果，更準(zhǔn)確地完成了對(duì)船臺(tái)指標(biāo)的檢測(cè)，具有一定的可靠性。

作者：孟鑫郭鑫宮銘舉王艷單位：天津理工大學(xué)