[發(fā)明專利]一種自動識別系統(tǒng)終端設(shè)備時鐘同步優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510015442.8
• 申請日: 2015-01-13
• 公開（公告）號: CN104614980B
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡青
• 申請（專利權(quán)）人: 大連海事大學(xué)
• 主分類號: G04R20/04
• 分類號: G04R20/04;H04J3/06
• 代理公司: 大連八方知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司21226
• 代理人: 衛(wèi)茂才

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種自動識別系統(tǒng)終端設(shè)備時鐘同步優(yōu)化方法，屬于海上無線通信技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

船舶自動識別系統(tǒng)（AIS: Automatic Identification System）中，各用戶終端設(shè)備接入系統(tǒng)時采用自組織時分多址接入（SOTDMA -- Self-Organized Time Division Multiple Address）技術(shù)。該技術(shù)規(guī)定，將1分鐘時間間隔視為一幀，共劃分2250個時隙，每個時隙約為26.67毫秒。每臺AIS船舶終端設(shè)備需要自組織選擇其中一個或多個時隙進行數(shù)據(jù)播發(fā)，從而實現(xiàn)接入AIS系統(tǒng)，與其他船舶AIS終端設(shè)備進行互相識別。再次過程中，為保證不同船舶之間電文在時隙傳輸時不相互干擾，系統(tǒng)設(shè)計時提供了6bit的同步抖動冗余誤差。由于AIS系統(tǒng)空中鏈路數(shù)據(jù)速率為9600bps，因此系統(tǒng)時隙間同步抖動誤差應(yīng)小于0.625毫秒。

在上述AIS時隙劃分和同步過程中，為保證不同船舶AIS終端設(shè)備之間較小的時隙同步誤差，一般依賴兩個時鐘源。其一是GNSS（全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)：Global Navigation Satellite System）衛(wèi)星定位模塊的1PPS（秒脈沖：Pulses Per Second）秒計數(shù)；其二是終端設(shè)備晶振。通常情況下，系統(tǒng)依賴GNSS模塊的1PPS脈沖進行秒定時，然后利用AIS終端設(shè)備晶振進行時隙定時與劃分。由于1時隙是22.67毫秒，因此，一秒內(nèi)有37.5個時隙，為了保持同步，需要設(shè)定較為復(fù)雜的奇偶秒判斷進行時隙計數(shù)和劃分，這在程序?qū)崿F(xiàn)中較為復(fù)雜。另外，由于通常情況下AIS終端設(shè)備使用的晶振是普通晶振，誤差較大，如不進行上述頻繁的計數(shù)和定時器的復(fù)位，在很短時間內(nèi)，時隙抖動就超過了設(shè)定的冗余誤差0.625毫秒（如一個22.1184MHz的晶振，誤差為20PPM時，AIS1幀時間內(nèi)誤差為1.2毫秒，意味著AIS一幀時間內(nèi)，至少同步晶振定時器2次），從而引起不同AIS終端設(shè)備之間的時隙干擾。

基于上述技術(shù)背景分析，根據(jù)AIS一幀時隙的劃分特征和GNSS與AIS終端設(shè)備晶振配合計數(shù)的特點，如果設(shè)計一種簡單AIS終端設(shè)備時隙同步優(yōu)化方法，則既可避免產(chǎn)生頻繁同步GNSS衛(wèi)星定位模塊1PPS脈沖和晶振定時器，又可以簡單實現(xiàn)高精度的AIS時隙同步，避免產(chǎn)生不同AIS設(shè)備間的數(shù)據(jù)播發(fā)干擾，將有利于提高AIS系統(tǒng)整體性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種簡單、優(yōu)化的AIS終端設(shè)備時隙同步方法，包括AIS終端設(shè)備晶振誤差初始補償和運行過程中的同步微調(diào)，從而實現(xiàn)AIS終端設(shè)備時隙與AIS系統(tǒng)時隙的高精度同步，提高AIS系統(tǒng)整體性能。

本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：

一種自動識別系統(tǒng)終端設(shè)備時鐘同步優(yōu)化系統(tǒng)，包括AIS終端設(shè)備，AIS終端設(shè)備由AIS射頻收發(fā)信機、GNSS衛(wèi)星定位模塊、本地晶振、主控處理器、外部接口組成；其中，AIS射頻收發(fā)信機負責AIS通信鏈路的數(shù)據(jù)收發(fā)，GNSS衛(wèi)星定位模塊負責向主控處理器提供1PPS秒脈沖信號及定位數(shù)據(jù)，本地晶振提供AIS終端設(shè)備的工作時鐘源，主控處理器執(zhí)行本發(fā)明中的時隙同步優(yōu)化方法及AIS協(xié)議棧和電文處理等相關(guān)工作，并將處理結(jié)果通過外部接口與外界進行信息交換。

一種自動識別系統(tǒng)終端設(shè)備時鐘同步優(yōu)化方法，包括如下步驟：

第一步：當AIS終端設(shè)備啟動后，首先進行設(shè)備初始化工作；

第二步：初始化后，首先定時2分鐘等待GNSS衛(wèi)星定位模塊3的1PPS的有效性，如果2分鐘內(nèi)1PPS秒脈沖有效，則轉(zhuǎn)入執(zhí)行第三步，否則轉(zhuǎn)入執(zhí)行第四步；

第三步：GNSS衛(wèi)星定位模塊3的1PPS秒脈沖有效時，啟動本地晶振4的誤差測量工作，該過程連續(xù)測量1分鐘，即60個PPS秒脈沖，然后對晶振計數(shù)值進行取數(shù)平均，得到晶振實時補償參數(shù)，并進行本地存儲；

第四步：如果設(shè)定2分鐘時間內(nèi)，GNSS衛(wèi)星定位模塊3的PPS秒脈沖無效時，則直接提取上次開機測量的晶振補償參數(shù)；

第五步：利用晶振補償參數(shù)補償本地晶振后，開啟時隙計數(shù)和秒計數(shù)；

第六步：同步AIS時隙和本地晶振定時器，即將AIS系統(tǒng)當前幀0時隙的起始沿和經(jīng)誤差補償?shù)谋镜鼐д裼|發(fā)的時隙定時器同步；

第七步：進入AIS協(xié)議與電文處理過程，進行AIS時隙管理、船舶之間的信息交換和AIS電文處理等工作；

第八步：每個AIS協(xié)議與電文處理周期結(jié)束后，判斷AIS當前幀是否結(jié)束，如果是，轉(zhuǎn)入執(zhí)行第六步進行AIS時隙同步微調(diào)，否則轉(zhuǎn)入執(zhí)行第七步繼續(xù)下一周期的電文處理工作。