一种基于应用层系统级约束的星载gmsk误码率改善系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于应用层系统级约束的星载GMSK误码率改善技术，属于现代通 信卫星设计领域。
【背景技术】
[0002] GMSK解调技术广泛应用于现代通信卫星、电子侦察卫星，船舶自动识别系统(AIS) 由舰船飞机敌我识别器发展而成，配合全球定位系统(GPS)将船位、船速、改变航向率及航 向等船舶动态结合船名、呼号、吃水及危险货物等船舶静态资料由VHF频段向附近水域船舶 及岸台广播，对船舶安全有很大帮助。
[0003] 地面AIS系统，岸基站只能覆盖40海里左右的距离，难以满足国民经济对远海活动 的要求。基于卫星的AIS系统可以覆盖广阔的海域，扩展对远海船只的检测能力，满足大范 围的海上舰船监测需求。目前，国内外卫星AIS系统还处于试验验证阶段阶段，所采用的天 线技术和接收机技术都比较简单，如接收机采用基于传统维特比算法的GMSK解调技术，对 低信噪比和存在信息碰撞的空间无线电环境不适应。
【发明内容】
[0004] 本发明的技术解决问题是:针对现有技术的不足，提出了一种基于应用层系统级 约束的星载GMSK误码率改善系统，能够改善AIS系统的误码率，进而保证不同单元的AIS帧 内时隙同步。
[0005] 本发明的技术解决方案：
[0006] -种基于应用层系统级约束的星载GMSK误码率改善系统，包括星载AIS天线、AIS 接收机;AIS接收机又包括滤波器模块、低噪放模块、信道化模块、AD转换模块、数据缓冲模 块、载波同步模块、定时同步模块、载波相位同步模块、维特比解调模块和应用层验证模块；
[0007] Al S接收天线将收到的Al S信号发送至Al S接收机；
[0008] AIS接收机中的滤波器模块、低噪放模块、信道化模块和AD转换模块，将接收到的 AIS信号进行低噪放大、模拟滤波、AD转换以及DDC信道化变频到零中频处理，信道化模块将 零中频信号发送至数据缓冲模块进行缓存；
[0009] 载波同步模块对数据缓冲模块中缓存的零中频数字信号进行载波同步和载波补 偿处理后发送至定位同步模块；
[0010] 定位同步模块和相位同步模块，对载波同步模块处理后的数据进行定时同步和载 波相位同步处理，然后发送至维特比解调模块和应用层验证模块进行解调处理；
[0011]维特比解调模块，利用GMSK调制信号对接收到相位同步模块发送的处理后的AIS 信号进行解调;应用层验证模块，完成维特比解调模块解调信息码元的验证；
[0012] 维特比解调模块和应用层验证模块的具体实现方式如下：
[0013] (31)根据GMSK调制信号特点设定约束长度，定义信号状态与信号状态转移矩阵；
[0014] (32)计算第k+Ι个GMSK调制信号的信号状态，k取正整数；
[0015] (33)计算第k个GMSK调制信号到第k+1个GMSK调制信号处的度量增量；
[0016] (34)比较所有的路径增量，选取最大路径作为幸存路径，保存路径信息和路径增 量；
[0017] (35)重复步骤(31)-(34)，直到k+Ι大于约束长度进入步骤(36);
[0018] (36)通过步骤(34)选出的幸存路径进行路径回溯，找到对应初始信息码元；
[0019] (37)对包括初始信息码元在内的已解调信息码元组帧，并进行结束标志验证、CRC 校验信息验证，若验证结果正确则比特解调完毕，重复(32)-(36)进行下一个GMSK调制信号 的处理;若验证结果错误，则将步骤(34)中次最大路径作为幸存路径，重复进行步骤(36)回 溯解调，若次最大路径作为幸存路径时，仍未验证正确，则寻找一下路径直到验证正确。
[0020] 本发明相对于现有技术的有益效果是：
[0021] (1)本发明将改进的维特比解调模块引入AIS卫星接收系统中，相对于差分解调等 传统方法，本发明能够动态实时规划出幸存路径，提高数据解调效率，进而提高了卫星AIS 系统的工作效率，保证了可靠性，更重要的是本发明方法简单易行，通用较强。
[0022] (2)本发明采用的维特比解调模块通过设定约束长度实现，通过改进的维特比解 调算法按照先验信息和CRC校验信息最小化接收序列实际符号和判决符号的累加距离，当 最大幸存路径存在问题时，能够采用规划路径中的备用路径进行解调，在相同信噪比情况 下降低了解调误码率，与传统的GMSK解调算法相比，基于应用层信息约束的Viterbi-GMSK 解调算法BER性能有明显改善，在信噪比IOdB时，BER达到HT4左右，本发明属于国内外首创。
【附图说明】
[0023]图1为本发明要解决的I型消息碰撞示意图；
[0024] 图2为本发明要解决的II型消息碰撞示意图；
[0025] 图3为本发明系统组成示意图；
[0026]图4为本发明GMSK解调算法性能仿真图；
[0027]图5为本发明GMSK误码率性能仿真曲线。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合附图对本发明的工作原理和系统组成做进一步解释和说明。
[0029] 目前的卫星Al S系统优点是覆盖范围广，解决了地面Al S网路覆盖范围问题。但是 卫星Al S系统采用的UTC (统一时间）SOTDMA技术只解决了地面本单元内部不同Al S移动站间 时隙分配问题和通信时间同步问题;对于卫星AIS系统接收到的卫星覆盖区内不同SOTDMA 单元的AIS信号，这些不同单元的AIS帧内时隙没有同步机制，在时间域存在重叠或部分重 叠冲突，影响卫星AIS系统正常信息获取。卫星AIS系统主要存在如下AIS消息冲突问题：
[0030] (1)消息碰撞类型I
[0031 ]如图1所示，不同SOTDMA单元的Al S发射机在同一个时隙时间发射。
[0032]对于卫星AIS系统，卫星的覆盖范围远大于SOTDMA单元的覆盖区域，星载AIS接收 机会收到来自不同的SOTDMA单元覆盖范围内的船舶同时发送的信息。显然，冲突概率决定 于卫星有效覆盖范围内船舶数量和船台设备信息报告速率。
[0033] (2)消息碰撞类型II
[0034]如图2所示，由于卫星接收覆盖范围广，不同SOTDMA单元Al S发射机在不同时隙发 射经不同距离传输延迟时间后在卫星AIS系统接收端同时到达，产生冲突。
[0035]对于地面Al S系统，SOTDMA单元内相邻两个时隙对应的不同船舶信息传输最大相 对时延为2ms。而对于卫星AIS系统，卫星和船舶间的传输距离远大于202海里，导致不同 SOTDMA单元内船舶间的相对传输时延大于2ms，引起不同SOTDMA单元内不同时隙间信息的 到达时间重叠。
[0036]因此，星载AIS系统为了能正常接收解调AIS信号，必须有效解决以上两类AIS时隙 冲突问题。本发明主要从接收机方面开展工作，提出一种新型的基于应用层系统级约束的 星载GMSK误码率改善方法。
[0037]如图3所示，一种基于应用层系统级约束的星载GMSK误码率改善系统，包括星载 AIS天线、AIS接收机;AIS接收机又包括滤波器模块、低噪放模块、信道化模块、AD转换模块、 数据缓冲模块、载波同步模块、定时同步模块、载波相位同步模块、维特比解调模块和应用 层验证模块；
[0038] Al S接收天线将收到的Al S信号发送至Al S接收机；
[0039] AIS接收机中的滤波器模块、低噪放模块、信道化模块和AD转换模块，将接收到的 AIS信号进行低噪放大、模拟滤波、AD转换以及DDC信道化变频到零中频处理，信道化模块将 零中频信号发送至数据缓冲模块进行缓存；
[0040]载波同步模块对数据缓冲模块中缓存的零中频数字信号进行载波同步和载波补 偿处理后发送至定位同步模块;载波同步的目的是使接收机解调器在接收机端获得所需的