星载AIS接收机硬件设计文献综述

文 献 综 述

1. AIS概念及发展状况

船舶自动识别系统 (AIS)是一种工作在VHF频段采用SOTDMA现代通信技术的广播式自动报告系统，由基站和船上设备组成。船上设备可向自组织时分网络内的其它船只以及基站自动播放本船的船位、航速、航向等动态信息以及船名、目的港、航次等静态信息，同时也可自动接收网内其它船舶相关信息。基站则可依靠所获取的各船报告信息，拓展主管机关的服务管理范围，及时掌握海域交通动态，提高海事监测效率。AIS系统建立了船舶．船舶、船舶一岸台之间的信息平台，对实现海上交通安全和提高海事管理信息化水平具有重要意义 。

但是，文献[1]中指出，AIS系统也有自身的缺点：由于受到传输路径的影响，通信距离仅为视距通信，因而其覆盖面积有限，实际使用过程中船舶之间的通信距离范围为 20 海里左右，船舶对岸的通信距离为40海里左右，这大大限制了AIS系统效能的发挥。因此，发达国家都在通过各种技术手段不断扩展AIS系统的应用范围，其中最为引人注目的是星载AIS 技术的提出。下面将介绍国外星载 AIS 技术的发展现状，着重介绍了其相关的关键技术，讨论了提高星载 AIS 系统性能的技术手段，最后指出了可能的进一步研究方向。

星载AIS的发展极为迅速，2003年，挪威防御研究组织 (FFI)学者 T．Wahl和GHoye在柏林第4届 lAA小卫星地球观测专题年会上首次提出利用低轨小卫星来解决大范围海事监测的设想。次年，两位学者又在第 55 届宇航年会上正式提出利用星载 AIS接收机进行海事监测的思想，如文献[2]中的图1所示。星载AIS技术克服了传统AIS系统船舶．船舶、船舶．岸台的通信模式，利用卫星对AIS信号进行大范围探测，因此为大范围内的海事监测提供了可能，引起了各国学者的广泛关注。

在星载 AIS 技术提出后，各国学者和研究组织进行了大量的研究和论证工作，取得不少有益成果。其中以挪威、美国和加拿大的研究成果最为突出。挪威防御组织在提出星载 AIS 概念的同时便对星载AIS 通信的可行性进行了论证，还制作了样机。

2004年到2005年，两颗载有AIS接收机的Ncube系列卫星先后被发射 ，利用实验卫星成功地探测到绑在驯鹿上的AIS发射机信号并解算出了其位置等信息，进一步验证了星载AIS技术的可行性。美国为应用星载AIS技术制定了一个三步的NAIS计划，美国国防部于2006年发射了载有AIS 接收设备的TACSAT-2 号卫星进行了技术验。2008年，美国ORBCOMM公司发射的AIS卫星达到6颗 ，广泛用于海岸警卫队监控55个重要港口和领海2000 海里范围内的船只活动情况，收到良好效益。加拿大也在这方面加快了步伐， 2007 年提出了发展自己的星载 AIS 技术的计划。文献3中指出，COMDev国际公司于2008年4月发射了AIS卫星 NTS ，经过1年多的在轨运行验证其高精度跟踪和海事监视能力，为2010年下一代星载AIS技术实用奠定了基础。据报道，澳大利亚、日本等其它一些海洋大国也在进行积极的研究。

虽然星载 AIS 技术应用已经取得了很大的突破，也有多颗试验卫星验证了星载AIS技术的可行性，初步展现了良好的应用前景。但是，星载AIS技术进入实用阶段还有一段距离，还有许多重要的问题值得进一步研究和探讨。

(1) 单颗 AIS卫星不能提供对监测区域的全天候监测，文献[5]中，因此根据监测任务不同，可以研究如何选择多颗AIS微卫星组成星座进行连续、重复监测，并且综合各 AIS 卫星数据进行联合处理 ，以提高系统监测性能。

(2 ) 由于时隙碰撞使得星载 AIS 系统探测性能大大下降。星载接收机接收的碰撞信息可以看作是不同的 AIS 时隙信号之间的叠加 。因此 ，AIS 叠加信号的分离技术是星载 AIS 系统大幅提高性能的有效途径。近年来兴起的盲信号分离是解决此类 问题的有效手段，是一个值得研究的方向。