AIS混叠信号分离方案

问题的提出：

使用卫星探测AIS在技术上存在着较突出的难题，即报文相互冲突的问题。由于卫星天线覆盖面积太大。这样覆盖区域内的AIS信号在被接收时会发生时隙冲突，造成报文丢失，使得卫星成功探测并解析出AIS报文的概率降低，尤其在船舶密度较大的区域探测效果不甚理想。

在两路AIS信号分布在海事VHF频段上，且彼此频率间隔在50~150khz以内时，此接收机有可能会同时接收到这两路AIS信号。那么如何将这两路信号彼此分离开且在失真尽可能小的前提下还原出原始信号成为问题的关键。

解决方案设想：

在接收机上设置两根天线，A1,A2。

设同时收到的存在时隙冲突的两路AIS信号为S1,S2。

Step1：A1,A2会同时收到S1,S2，但由于信号传播路径不同，不同天线收到的同个AIS信号会存在一定的相位差，令A2收到的两路信号分别产生P1，P2的相位差

A1=S1+S2;

A2=S1（+P1）+S2(+P2);

Step2：将A2收到的信号都做一定程度的相移处理，设相移为Px，则令处理后的A2端信号为A2*

A2*=S1(+P1+PX)+S2(+P2+PX)

Step3：将A1,A2端信号做差：分离出需要的AIS信号 S*

S*=A1-A2*=S1-S1(+P1+PX) + S2-S2(+P2+PX)

若+P1+PX=0 则可分离出 S1， S*=S2-S2(+P2+PX)

若+P2+PX=0 则可分离出 S2， S*=S1-S1(+P1+PX)

剩下的一路信号进行简单调理即可获得原始信号 S*-->S1/S2

在不同 TDMA 区域的两条船舶在相同或不同时隙发射出的 AIS 信息被卫星 AIS 同时接收，形成冲突信号后，拟采用增加专用通信信道及时分多址与空分多址技术相结合等方式进行区分和识别。

陈宗恒在 AIS 时隙选择策略浅析一文中通过实时监测统计的办法分析时隙的占用概率，提出一种选择占用概率最小的时隙做为候选时隙的方法，起到有效预防或减少时隙冲突、提高 AIS 可靠性的目的

AIS 子网络的概念，即 TDMA 区的概念，通过建立模型具体分析了不同的 AIS

规则子网，在相同和不同的时隙两种情况，发送的 AIS 信息，被星载 AIS 同时接收的可能，并根据相关理论推导出星载 AIS 接收信号时的冲突概率，用 Matlab 仿真验证其结果，给出了优化卫星的扫描宽度和采用对消技术是解决星载 AIS 接收时隙冲突问题的两个重要因素

基于阵元域算法的信号盲源分离方法，借助独立性的等变化自适应分离 EASI 算法，完成对时隙碰撞 AIS 信号的分离。

运用模拟仿真方法，先建立卫星天线接收到的信号的数学模型，而后模拟卫星 AIS 系统信号源产生 AIS冲突信号，并将这些信号参数于表格形式按序储存，根据方案流程对信号参数进行信息调制并绘制信号波形图，起到方便对解调结果进行分析，有助于算法比对的效果。

对多个未知数量的 AIS 冲突信号，采用逐步盲分离方法，结合经典 FastlCA 算法给出卫星 AIS 多用户分离系统的设计方案，达到从混合信号中恢复尽可能多的源信号的目的。

空分多址（SDMA）又称空间分割，它使用阵列天线，通过在角度域提供虚信道来控制空间。SDMA 技术允许在一个小区内，用相同的频率、相同的时隙、相同扩频码，通过不同的波束为不同的用户服务。

对于卫星 AIS 而言，空分多址即把它所覆盖的海域，划分成多个不同的区域，不同区域内的船舶发射的 AIS 信息被卫星 AIS 分别接收。所以，船舶的 AIS 信息首先采用时分多址，占用不同的时隙向卫星 AIS 发射，而卫星 AIS 运用空 分多址技术，将其划分成不同的空间进行接收，这样便可以很好地解决在不同 TDMA 区域的两条或多条船舶发射出的AIS 信息被卫星 AIS 同时接收这一问题。采用空分多址技术，不仅可以使卫星接收信息容量成倍增加，卫星 AIS 系统在有限的频谱内支持更多的船舶用户，从而成倍的提高频谱的使用效率，达到资源最大化被利用的效果；而且系统可根据信息在一空间内传播路径不同来区分不同的船舶，这样空分多址下的不同海域的船舶即使在相同时隙，使用相同频率段工作，产生干扰的可能性也会大大降低。当然前提是这些船舶在各自的 TDMA 区域内不发生时隙预约冲突问题。

--关于卫星AIS对冲突信号识别的综述，周翔宇

一种改进的基于模糊综合评判的AIS与雷达信息融合算法。首先提出基于最小二乘法准则的时间校准算法和采用模糊综合因素评判关联算法对AIS与雷达目标动态信息进行关联判断,对雷达及AIS数据中,距离、航速、航向、方位等信息进行加权关联比较,先进行初级判决,选出关联隶属度大的船只,再进行进一步高级判决。这样可以提高关联判断的准确性,提高效率。最后提出基于最优加权与递推最小二乘法相结合的融合算法对关联出的AIS和雷达数据进行融合处理。

--20150913船舶自动识别系统_AIS_关键技术研究

星载AIS系统关键技术研究---栗霖雲

基于JMLSE联合检测算法的单天线解调方案 基于盲信号分离算法的双天线解调方案 基于单天线和双天线解调方案

JMLSE联合检测算法本质为多用户的最大似然估计,利用维特比算法遍历

所有可能的冲突组合,寻找出最大似然的幸存路径,作为译码输出。该算法的优 点是将解调过程中相互干扰的AIS信号对解调的不利影响降至最低,缺点是要 求有强大的同步算法估计各个源信号S（t）的时延Delay、多普勒频偏Doppler以及信道估计H等信道参数,并且JMLSE联合检测算法为全状态检测,能够考虑 到所有可能的冲突组合,算法复杂度较高,并且随着冲突用户个数的增加,复杂 度指数级增大。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/idd6.html