[發明專利]多通道多目標星載AIS偵察信號模擬系統

有效

• 申請號: 201710148410.4
• 申請日: 2017-03-14
• 公開（公告）號: CN107066693B
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 單珍;金靈芝;周平
• 申請（專利權）人: 長沙鼎端電子技術有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G01S19/42;G01S19/52
• 代理公司: 湖南省國防科技工業局專利中心 43102
• 代理人: 馮青

1.多通道多目標星載AIS偵察信號模擬系統，包括一臺CPCI工控機、信號產生卡、兩塊DAC子卡，

所述CPCI工控機上運行有場景數據產生軟件、數據加載軟件，其特征在于，

所述場景數據產生軟件根據用戶設定場景模擬生成衛星接收的多目標多通道AIS基帶信號數據文件，對于海面上的多艘船只發射AIS信號場景，按照如下步驟模擬：第一步，讀取用戶選擇的包含衛星位置、速度的衛星星歷文件，在衛星可視視場海面上隨機產生K艘船的位置、速度、航行狀態；第二步，第一艘船按照ITU-R M.1371-5技術規范根據其航行速度和狀態決定其發射間隔Tr，在其發射間隔Tr內隨機選擇一個時隙時刻進行發射，然后根據發射間隔和首次發射時隙，依次確定該艘船后面所有的時隙發射時刻；第三步，對后續第k艘船，首先判斷是否有船在其視場小區范圍內；第四步，第k艘船隨機選擇首次發射時隙并根據發射間隔確定后面時隙；第五步，判斷第k艘船的所有發射時隙與其視場小區內船已分配時隙是否沖突；若不沖突，則進行下一艘船生成，若沖突，則重新回到第四步，直至不沖突；第六步，判斷所有船的時隙分配是否完畢，即k是否大于K，若否，則重復第三步，若是，則記錄下每艘船的發射時刻和占用的時隙號，根據時隙號和發射時刻，生成該時隙的AIS數據；

所述數據加載軟件是選擇場景與基帶信號生成軟件產生的數據文件，下載到信號生成母板上，用于播放所生成的數據文件波形。

2.根據權利要求1所述的多通道多目標星載AIS偵察信號模擬系統，其特征在于，所述信號產生卡是基于66MHz、64位PCI總線的CPCI插卡，用于連接DAC子卡并完成部分數字信號處理功能。

3.根據權利要求1所述的多通道多目標星載AIS偵察信號模擬系統，其特征在于，根據時隙號和發射時刻，生成該時隙的AIS數據，具體過程如下：

根據第k艘船第i個時隙號對應的時隙時刻t_k,i以及ITU-R M.1371-5技術規范，生成采樣率f_s1為38.4kHz的GMSK調制的AIS基帶信號其中表示取整運算，將多個時隙的信號數據乘以船載發射天線增益、星載接收天線增益和多普勒頻移后按照每個時隙的對應時刻進行時域疊加，即可得星載AIS基帶信號數據：

上式C為幅度歸一化因子，式中P_rk,i為每一個時隙的接收信號功率，f_dk,i為每一個時隙的多普勒頻移，τ_k,i為每一個時隙的時間延遲量，φ_k,i為每一個時隙的通道間的相位差，I_k為時隙序號；

各量的計算方式如下所示：

a)功率的計算

在(1)式中P_rk,i為接收信號功率，根據偵察方程其計算功率如下

(2)式中P_T為已知的船載AIS發射功率，λ為AIS信號波長，G_tk,i為船載AIS發射天線在t_k,i時刻衛星指向方向上的增益，典型的船載AIS天線增益的經驗計算公式如下

其中θ_t,i為衛星所在船的當地仰角，其計算公式為

其中x_sk,i＝[x_sk,i,y_sk,i,z_sk,i]^T和x_tk,i＝[x_tk,i,y_tk,i,z_tk,i]^T分別為衛星和第k艘船在t_k,i時刻地心地固坐標系下的三維位置，||·||表示2范數，r_k,i為衛星和船的距離：

r_k,i＝||x_sk,i-x_tk,i|| (5)

(6)式中的G_rk,i為星載接收天線在t_k,i時刻第k艘船指向方向上的增益，其典型的經驗計算公式為

其中u_ak,i為星載天線在地心地固坐標系中的指向單位矢量，根據衛星姿態和安裝能夠事先已知且假定在星體坐標系中固定，

b)多普勒頻移的計算

(7)式中的f_dk,i為多普勒頻移，其計算公式如下

為T時刻船舶與衛星相對速度分量，λ_k,i為信號波長；

c)雙通道天線相位差的計算

由于雙通道天線的連線方向與衛星運動方向一致，計算兩個通道天線之間的相位差為

其中d為兩通道之間的距離，v_sk,i為水平速度分量、v_si,i為垂直速度分量；

d)信號時間延遲的計算

根據每個目標到達衛星的距離，計算得到每個時隙信號的信號時間延遲為

其中c為光速；

根據(2)～(9)式生成(1)式中計算每一個時隙的參數，通過(1)式計算出多目標疊加的信號波形數據，將信號波形數據寫為二進制文件到磁盤文件，即得到基帶信號數據文件。