AIS数字调制算法的编程实现正文

东海科学技术学院

毕 业 论 文（设计）

题 目： 船舶自动识别系统中数

字调制算法的编程实现

系 ：

学生姓名： 专 业： 电子信息工程 班 级： 指导教师： 起止日期： 3

浙江海洋学院本科生毕业论文

船舶自动识别系统中数字调制算法的编程实现

周伟华

（浙江海洋学院东海科学技术学院，浙江 舟山316000）

摘 要

随着世界船舶数量的不断增加及船舶向大型化和高速化方向发展，世界重要水道越来越拥挤，安装AIS的目的是使所有安装AIS应答机的船舶为其它装有AIS应答机的船舶能“看得见”。由于这种特性，AIS将为船舶提供一种有效的避碰措施，并使雷达功能极大的增强。AIS的通信技术得到快速发展，许多优秀的调制技术应运而生，其中GMSK技术是无线通信中比较突出的一种二进制调制方法，它具有良好的频谱特性和较好的抗干扰性能，特别适用于无线通信和卫星通信，目前，很多通信标准都采用了GMSK技术。在本论文中首先介绍了AIS产生背景，AIS系统工作特点和功能，然后GMSK的基础MSK的一般原理，接着对GMSK的调制原理和几种调制方法进行了阐述，然后，重点研究了GMSK的几种差分解调方法并进行了比较，并用MATLAB对GMSK的调制解调进行了仿真，得到了时域波形，功率谱曲线和误码率曲线等重要数据。 关键词：AIS；GMSK；调制与解调；MATLAB

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Abstract

With the increasing number of the world's ships and vessels to large scale and high speed direction, an important waterway in the world more and more crowded, the purpose is to install the AIS. AIS transponder for all installations of ships to other vessels equipped with AIS transponders can \provide an effective vessel collision avoidance measures, and to greatly increase the radar function. AIS rapid development of communication technology, a lot of good modulation techniques emerged, including GMSK wireless communications technology is more prominent in a binary modulation method, which has good frequency characteristics and better anti-interference performance, especially for wireless communications and satellite communications, at present, many communication standards are used GMSK technology. In this paper first introduces the background of AIS, AIS system features and functions work, then the basis of MSK GMSK general principles, and then to the GMSK modulation principle and several modulation methods are explained, then, focus on the few GMSK kind of differential detection method and compared, and used MATLAB to the GMSK modulation and demodulation was simulated by a time domain waveform, power spectrum, and bit error rate curves and other important data.

Keywords ：AIS；GMSK ；Modulation and demodulation ；MATLAB

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目录

第一章 引言 ......................................................... 1 1.1 AIS产生的背景 ................................................. 1 1.2 AIS系统工作特点 ................................................ 1 1.3 AIS系统的组成 .................................................. 1 1.4 AIS系统工作原理 ................................................ 2 1.5 AIS的主要功能 .................................................. 2 第二章 MSK调制与解调 ................................................. 4 2.1 MSK信号的基本原理 .............................................. 4 2.2 MSK的调制解调原理 ............................................. 7 第三章 GMSK的调制与解调 ............................................ 10 3.1 GMSK的定义 ................................................... 10 3.2 GMSK国内技术背景 .............................................. 10 3.3 GMSK的调制解调 ............................................... 10 3.4 GMSK调制的一般原理 ........................................... 11 3.5 GMSK信号的产生 ............................................... 12 3.6 高斯滤波器的矩形脉冲响应及功率谱密度 ........................... 14 第四章 GMSK信号的解调 .............................................. 15 4.1 一比特差分检测 ................................................ 15 4.2 二比特差分检测 ................................................ 18 第五章 基于MATLAB的GMSK仿真 ...................................... 21 5.1 GMSK仿真 ..................................................... 21 5.2 GMSK调制信号误码率分析 ........................................ 23 5.3 实验结论 ....................................................... 25 总 结 ............................................................... 26 致 谢 ............................................................... 27 参考文献 ............................................................ 28 附录 ................................................................ 29

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第一章 引言

船舶自动识别系统是一种船舶导航设备 ,能增强船舶间避免碰撞的措施，加强船用雷达、船舶交通管理系统、船舶报告的功能，能在电子海图上显示所有船舶可视化的航向、航线、船名等信息，达到改进海事通信的功能和提供一种船舶进行语音和文本通信的方法，可增强船舶的全局意识。GMSK（高斯滤波最小频移键控）调制作为一种连续相位的恒包络调制，具有带外辐射小、频谱利用率高的特点。

1.1 AIS产生的背景

在AIS出现以前，船舶之间的信息交换极其有限。传统航海技术通过雷达、ARPA和VHF

的对话来了解船舶的信息和航行状态。由于VHF设备操作问题和语言交流上存在问题而不能及时沟通和了解对方船舶的位置信息和操船意图，最终导致碰撞事故的发生。AIS是在上世纪90年代从北美和西欧的一些国家开始兴起和开发的。国际海事组织航海安全委员会（NAV）在1997年第43次全会上通过了《关于全球船舶自动识别系统AIS作业标准的建议案》；国际电工技术委员会IEC于2001年6月也通过了IEC 61993-2关于《通用AIS的技术测试标准》的决议案，简称“AIS测试标准”。AIS系统的国际标准已经建立。

1.2 AIS系统工作特点

AIS有三个工作模式：自动连续模式，适用于所有区域；指配模式适用于主管当局管辖的区域；寻呼或控制模式适用于特殊区域。应当注意的是，船舶大多在VTS或主管当局询问或指配TDMA链路的区域，自动模式被认为是AIS最重要的工作模式。AIS采用自组织时分（SOTDMA）技术解决了多船舶间通信信道的竞争问题，系统实时动态地调整信道分配，船舶自主选择空闲时隙发送信息而不干扰其他船舶的信道，从而实现了多船舶自主连续地进行动态信息交换，不需要认为的干扰。自组织时分多址（SOTDMA）可在射频信道上依据时隙分割技术来实现，并且应用该技术可达到多个移动用户之间相互通信的目的。SOTDMA协议将每个VHF信道的时间划分成固定长度的时隙，1MIN为1帧，1帧分成2250个时隙，1小时是6.7MS，可传送256b的信息，一个位置报占用一个时隙，其他报文可根据需要占用2-3个时隙，AIS设备按照SOTDMA协议，寻找空闲时隙发送本船信息，时隙分配根据通信链路的工作状态实时进行动态调整。

1.3 AIS系统的组成

AIS系统由岸基台、船台、转发台、助航台、机载台组成。

AIS船载终端由信息处理器、信息显示器、VHF收发机和船用电子通信接口组成。如图1.1所示

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