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VDES系统可视化场景仿真和物理层关键技术研究
| 论文题名： | VDES系统可视化场景仿真和物理层关键技术研究 |
| 关键词： | 船舶监管;自动识别系统;可视化场景;信号检测;相干解调;航行安全 |
| 摘要： | 近年来随着海上贸易的不断繁荣，船舶数量与客货运航线不断增加，用于船舶监管和航路管制的自动识别系统（Automatic Identification System），存在信息传输速率较慢、物理信道有限等缺陷，特别在船舶密集区域AIS广播消息的时隙冲突严重，从而导致对船舶的监管能力急剧下降，严重影响海上航行安全。传统的AIS系统已不能满足现代海上船舶监管的需求，新一代的VDES（VHF Data Exchange System）系统应运而生。 VDES系统在保持原来AIS系统工作方式不变的基础上，增加了ASM信道和VDE信道，提升了信息传输速率，扩充了数据交互能力。但在相关建议书中VDES系统未对AIS系统做任何改进，在港口、河流出海口、近海等船舶密集区域AIS系统时隙冲突严重的问题并未解决。因此本文提出了一种基于航行安全消息等级分类的自适应信道选择方法，使用ASM和VDE中还未分配具体内容的逻辑信道发送低安全等级的AIS广播消息，从而有效降低时隙冲突概率。利用飞机和卫星接收船舶广播信号，掌握重点区域乃至全球船舶实时动态信息，为各类船只航行安全提供保障是现在和未来重要的研究和应用方向。但现有接收机大都不能满足星载场景下频偏和灵敏度的应用要求，在此背景下本文对VDES物理层的多种调制方式的接收技术进行了研究，提出了一套适用于星载场景抗大频偏、高灵敏度的VDES信号接收算法，并在硬件平台上对该算法进行了实现和测试。具体工作如下： (1)针对AIS系统目前的时隙冲突问题，将广播消息根据与航行安全的相关程度进行了分类，利用AIS系统终端可监听广播信道的能力，设定时隙冲突阈值，提出了一种自适应信道选择方案。面向单密集小区、岸基接收以及星载接收等应用场景，对本文提出的自适应信道选择方案进行了仿真验证，给出了性能评估结果，对未来VDES系统接入协议标准的制定具有重要的参考意义； (2)针对传统信号检测和帧同步方法的不足，提出了抗大频偏的基于相位变化量的信号检测算法，通过频率、相位估计，结合改进的ML相干解调算法，同时设计了以置信度标定为先验信息的纠错技术，提高了信号检测概率、降低了报文正确解调的信噪比门限。最后对以上算法进行了仿真分析，在不同信噪比和频偏时，针对VDES系统内多种调制方式的信号，均取得良好效果； (3)以VDES系统内的GMSK调制方式为例，对本文提出的抗大频偏高灵敏度接收方案进行了硬件实现，并使用KC705和AD9361搭建了测试平台，测试中使用矢量信号源产生信号，结果表明：在频偏?4kHz范围内，单时隙报文灵敏度达到-123.5dBm，双时隙报文灵敏度达到-122.4dBm。 |
| 作者： | 朱继飞 |
| 专业： | 电子与通信工程 |
| 导师： | 李桓 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 电子科技大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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