一种基于压缩感知的星载AIS冲突信号分离方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107689825A(43)申请公布日2018.02.13(21)申请号201610629623.4(22)申请日2016.08.03(71)申请人南京理工大学地址210094江苏省南京市玄武区孝陵卫200号(72)发明人芮义斌陈奇李鹏谢仁宏郭山红季佳恺(74)专利代理机构南京理工大学专利中心32203代理人孟睿(51)Int.Cl.H04B7/185(2006.01)H04L25/02(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图2页(54)发明名称一种基于压缩感知的星载AIS冲突信号分离方法(57)摘要本发明提出一种基于压缩感知的星载AIS冲突信号分离方法，通过构建基于压缩感知的欠定盲源信号分离模型，使用匹配追踪方法在星载AIS接收机的接收信号中分离出源信号；对N路分离信号通过2比特差分的方法进行非相干解调，然后通过判决译码得到N个船舶发送的AIS数据。本发明首次将压缩感知技术应用到星载AIS信号分离中，并凭借压缩感知特性，可以减少接收机天线数量，降低卫星载荷，可以并行分离信号以提升信号分离效率。CN107689825ACN107689825A权利要求书1/1页1.一种基于压缩感知的星载AIS冲突信号分离方法，其特征在于，构建基于压缩感知的欠定盲源信号分离模型，使用匹配追踪方法在星载AIS接收机的接收信号中分离出源信号；所述欠定盲源信号分离模型如下：s.t.y(t)＝AS(t)＝AΨα(t),t＝1,2,…,T其中，T为星载AIS接收机天线接收的冲突信号通过模数转换器得到的观测信号y(t)的总采样点数；t为离散时间；A为M×N大小的混合矩阵；α(t)为稀疏系数；S(t)为分离出的源信号，即分离出信号，S(t)＝Ψα(t)，M为星载AIS接收机的天线个数，的天线阵，N为船舶数量。2.如权利要求1所述基于压缩感知的星载AIS冲突信号分离方法，其特征在于，步骤一，根据已知的观测信号y(t)，随机生成一个M×N的混合矩阵作为对混合矩阵A的估计；步骤二，使用混合矩阵通过匹配追踪方法求得稀疏系数α(t)，使用观测信号y(t)通过y(t)＝AS(t)求得分离信号步骤三，根据评价函数计算分离信号的适应度值，所述评价函数如下：其中，为适应度值；中间值为混合矩阵的第j个列矢量，为分离信号的第j个行矢量；中间值为的平均值；步骤四、使用粒子群算法更新混合矩阵然后返回步骤二，直到粒子群算法更新次数达到设定的最大迭代次数；达到最大迭代次数后将最小适应度值对应的分离信号作为最终输出的分离信号。3.如权利要求2所述基于压缩感知的星载AIS冲突信号分离方法，其特征在于，对N路分离信号通过2比特差分的方法进行非相干解调，然后通过判决译码得到N个船舶发送的AIS数据。2CN107689825A说明书1/5页一种基于压缩感知的星载AIS冲突信号分离方法技术领域[0001]本发明属于航天航海无线通信技术领域，特别涉及一种星载船舶自动识别系统基于压缩感知技术的冲突信号分离方法。背景技术[0002]为了确保海上航行安全，提高航运交通效率，能够实现船与船、船与岸之间的实时数据交换以及目标信息识别，2002年国际海事组织(IMO)提出船舶自动识别系统(AIS)，强制船舶安装AIS电子通讯设备，AIS设备通过采用自组织时分多址(SOTDMA)技术进行广播式自动报告。报告内容包含经纬度、航速、航向等动态信息和海上移动业务标识MMSI(MaritimeMobileServiceIdentity)码、呼号、船名等静态信息。其他船舶可以接收或转发这些消息，基站也可以接收这些消息，从而构成岸船、船岸、船船的新型海事通信助航系统。[0003]随着远海航行的繁荣，星载AIS应运而生，在海运领域越发受到关注。星载AIS覆盖范围大、视野广阔，通过卫星对收发信号的中转可以实现高质量远距离的AIS信号传输，为全球的船舶航行信息获取与船舶安全监管提供了技术支持。星载AIS由于覆盖多个独立AIS子网络，由于在子网络之间没有协调机制，卫星很有可能会接收到多个相互冲突的AIS信号。这种干扰背景下的AIS信号分离与译码成为星载AIS接收机的技术难点。[0004]压缩感知(CS)是一种适用于稀疏信号的新的采样理论，该方法通过线性测量的方式以远小于奈奎斯特采样频率的采样频率获取信号的离散样本，然后利用信号的稀疏特性依据一定的算法对信号进行重构，在图像恢复领域以及语音信号分离领域得到了较广泛的应用。[0005]申请号为201410608054.6，发明名称为“一种基于参数估计下的星载AIS信号串行分离方法”的发明专利，主要针对混合的星载AIS基带信号，对其时延、频偏、相位等参数进行估计，利用这些信息以及非相干检测出的码元进行信号重构，