CN103117965B - 一种星载ais信号定时频偏联合估计方法及其实现系统 - Google Patents

Abstract

一种星载AIS信号定时频偏联合估计方法：由天线接收地面船舶AIS系统发射的射频信号并输入给接收机；接收机将接收到的射频信号解调成基带信号输入FPGA数据采集模块；FPGA数据采集模块将接收到的基带信号进行模数转换得到数字基带信号并传给信号处理模块；信号处理模块对接收到的数字基带信号进行处理得到正确的AIS船舶信息并传递给数据存储模块；由数据存储模块存储接收到的AIS船舶信息。优越性：通过引入自相关运算和加权相乘运算，消除了简单定时估计工作方式中估计精度较差的问题；通过利用定时估计值确定采样点并用自相关运算，最大似然运算，信号降采样，实现了对星载AIS信号的估计范围最大，估计方差最小的频偏估计。

Description

一种星载AIS信号定时频偏联合估计方法及其实现系统

(一)技术领域：

本发明属于船舶自动识别系统(AutomaticIdentificationSystem,AIS)通信技术领域，特别涉及一种星载AIS信号定时频偏联合估计方法及其实现系统。

(二)背景技术：

在低轨星载AIS接收机中，卫星的运行速度为每秒7.5千米，对甚高频频段的AIS信号造成的多普勒频移量接近4KHz，超过带宽的15％，这对信号的正确接收和检测是很困难的。AIS是时分多址接入系统，同步是最基本的要求。然而，信号传输的距离不同，到达接收机的时间不同，通用AIS接收机设计的时隙保护间隔可以满足传输120海里的距离，在这个范围内，传输造成的信号延迟对解调和检测不会影响，而超过这个距离，就无法正确接收和检测。在600km以上高度的卫星上接收来自船台的信号，其传输距离已经超过保护距离的3倍，时延远超过了时隙的保留时延值，导致信号错乱。因此对于每一个用户信息的检测均需要采用定时频偏估计技术，解决部分时延和频偏。

由于AIS信号采用高斯滤波最小频移键控(GaussianMinimumShiftKeying,GMSK)调制，对于星载AIS接收机的信号的参数估计问题也就主要针对GMSK调制信号的相应参数估计。目前引用最多也是最为经典的是基于自相关的定时——频偏联合估计技术(参见文献[1]M.Morelli,U.Mengali“JointFrequencyandTimingRecoveryforMSK-TypeModulation”,IEEECommunicationsLetters[J].1999,2(8):938-946)，该工作方式精度不高，对于星载AIS信号中含有的较大频偏不能实现精确校正，使接收机的检测性能受到很大影响。文献[2](HuaPeng,JingLi，“Non-Data-AidedCarrierFrequencyOffsetEstimationofGMSKSignalsInBurstModeTransmission”，IEEECommunicationsLetters[J].2003,8(2):576-579)记载了一种基于快速傅里叶变换的频偏估计方法，该方法利用快速傅里叶变换确定信号频谱谱峰处对应的频率得到频偏估计值，该工作方式的精度比上一种工作方式高，但是该工作方式只适用于较小频偏的信号，因而不适用于星载AIS接收机。

(三)发明内容：

本发明的目的在于提供一种星载AIS信号定时频偏联合估计方法及其实现系统，它可以克服现有技术的不足，是一种以实现在星载AIS接收机上的定时频偏估计方法，扩大了参数估计范围，降低信噪比门限，提高估计的精确度。

本发明的技术方案：一种星载AIS信号定时频偏联合估计方法，其特征在于它包括以下步骤：

①由天线接收地面船舶AIS系统发射的射频信号，并输入给接收机；

②接收机将接收到的射频信号解调成基带信号输入FPGA数据采集模块；

③FPGA数据采集模块将接收到的基带信号进行模数转换，得到数字基带信号并传给信号处理模块；

④信号处理模块对接收到的数字基带信号进行处理，得到正确的AIS船舶信息并传递给数据存储模块；

⑤最后，由数据存储模块存储接收到的AIS船舶信息。

所述步骤④数据处理的方法由以下步骤构成：

⑴由定时频偏联合估计模块接收模数转换后的数字基带信号并对其进行估计，并将估计值输入到信号校正模块中；

⑵信号校正模块将接收到的步骤⑴中得到的估计值与数字基带信号进行参数校正,并将校正后的信号传递给解码模块；

⑶由解码模块对步骤⑵校正后的信号进行解码，并将得到的二进制码元信息输给CRC校验模块；

⑷CRC校验模块对步骤⑶解码后的二进制信息进行校验，得到的校验信息输入报文解析模块；

⑸由报文解析模块将步骤⑷得到的校验信息解析成AIS船舶信息并输入到数据存储模块，对数据进行存储。

所述步骤⑴中的定时频偏联合估计的方法由以下步骤构成：

(A)定时频偏联合估计模块对接收到的数字基带信号做自相关运算和相位响应相乘运算得到定时估计值；

(B)定时频偏联合估计模块根据步骤(A)中得到的定时估计结果确定采样点，通过自相关运算和最大似然运算，得到频偏估计值。

所述步骤(A)由以下步骤构成：

(a)定时频偏联合估计模块对接收到的数字基带信号按如下方式做自相关运算得到自相关序列：

接收信号可以表示为

x(t)＝e^j(2πvt+θ)S(t-τ)+n(t)

其中v是载波频偏，θ为载波相移，n(t)为接收噪声，s(t)为GMSK基带信号，τ为时延，序列长度为L₀。按过采样因子为N的速率采样后的离散信号记为x_k(i)，其中k为对应于码元序号，i为对应于该码元的采样序号；

其中自相关运算的步长m从1到M，M为1～L₀范围内的任意正整数，一般取M＝4即可满足要求，使每个m值都可得到相应的自相关序列：

${\hat{R}}_m\left(i\right)=\frac{1}{L_0-m}\underset{k=m}{\overset{L_0-1}{\Σ}}{\[x_k\left(i\right)x_{k-m}^{*}\left(i\right)\]}^2,1\≤m\≤M,$

其中m为自相关的步长，L₀为序列长度；

(b)定时频偏联合估计模块对数字基带信号的相位脉冲响应做m个码元周期的时延，将相位脉冲响应与时延后的值相减得到脉冲响应p，对应于不同的m值有相应的脉冲响应p；

(c)定时频偏联合估计模块对所述步骤(b)得到的脉冲响应p求余弦并累积相乘，使得对应于不同的m值有相应的积函数g为：

$g_m\left(t\right)=\underset{n=-\mathrm{\∞}}{\overset{\mathrm{\∞}}{\Π}}cos\[2{\mathrm{\πP}}_m(t-nT)\]$

其中，P_m(t)＝q(t)-q(t-mT)，其支撑区间为(0,mT+LT)，L为高斯滤波器的长度，T为码元宽度，q(t)为GMSK调制信号的相位脉冲响应；

(d)定时频偏联合估计模块根据所述步骤(c)得到的积函数g，按如下方式确定加权系数A；

$A_k\left(m\right)=\frac{1}{T}{\∫}_0^T\left|g_m\left(t\right)\right|cos\left(\frac{2\mathrm{\π}kt}{T}\right)dt,k=0,1,2,\mathrm{...};$

(e)定时频偏联合估计模块对应于不同的m值，按如下方式做自相关序列的加权相乘运算，运算得到的值累加求和并做幅角得到定时估计值：

$\widehat{\mathrm{\τ}}=-\frac{T}{2\mathrm{\π}}\arg \left\{\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}\underset{m=1}{\overset{M}{\Σ}}{A}_1\left(m\right)\right|{\hat{R}}_m\left(i\right)\left|e^{-\frac{j2\mathrm{\π}i}{N}}\right\}.$

所述步骤(B)由以下步骤构成：

(a)定时频偏联合估计模块对所述步骤(A)中得到的定时估计值按如下方式做最大似然运算，并确定采样点i_m：

$i_m=\underset{0\≤i\≤N-1}{\arg min}\left\{\left|{\[\widehat{\mathrm{\τ}}+{\mathrm{\η}}_{m}T-i\frac{T}{N}\]}_{-T/2}^{T/2}\right|\right\}$

其中，

(b)定时频偏联合估计模块对第i_m个采样点对应的自相关值做共轭相乘运算，并按如下方式得到补偿因子ω

$\mathrm{\ω}=\frac{1}{4\mathrm{\π}MT}\underset{m=1}{\overset{M}{\Σ}}\arg \left\{{(-1)}^m{\hat{R}}_m\left(i_m\right){\hat{R}}_{m-1}^{*}\left(i_{m-1}\right)\right\};$

(c)定时频偏联合估计模块对步骤③中得到的数字基带信号做降采样处理，得到降采样信号，记作{x_k}，

(d)定时频偏联合估计模块根据步骤(b)中得到的补偿因子构造辅助序列z(k)：

$z\left(k\right)={(-1)}^k{e}^{-j4\mathrm{\π}\mathrm{\ω}}{x}_{k+(L+1)/2}^2;$

(e)定时频偏联合估计模块对步骤(c)得到的辅助序列z(k)做自相关运算，设定步长为信号长度的一半，从而得到自相关序列

$R\left(m\right)=\frac{1}{L_0-m}\underset{k=m+1}{\overset{L_0}{\Σ}}z\left(k\right)z^{*}(k-m),$

其中，1≤m≤L₀-1；

(f)定时频偏联合估计模块对所述步骤(d)得到的辅助序列Z做最大似然运算得到最大似然值；

(g)定时频偏联合估计模块对步骤(e)得到的自相关序列和步骤(f)得到的最大似然值相加，进而可以得到频偏估计值：

$\hat{v}=\frac{1}{2{\mathrm{TL}}_0}\[\frac{1}{\mathrm{\π}}\arg \left\{R(L_0/2)\right\}+\underset{\hat{v}}{\arg max}\left\{DFT\left(z\right(k\left)\right)\right\}\].$

一种实现上述方法的系统，由AIS接收机构成，其特征在于它包括天线、接收机、FPGA数据采集模块、信号处理模块和数据存储模块；其中，所述天线接收地面船舶AIS系统发射的射频信号数据并送入接收机中；所述接收机输出端连接FPGA数据采集模块的输入端。

所述信号处理模块是由DSP单元、FLASH单元、RS232单元和RAM单元组成；其中所述DSP单元分别与FLASH单元以及RAM单元呈双相连接。

所述DSP单元是由定时频偏联合估计模块、信号校正模块、解码模块、CRC校验模块和报文解析模块组成；其中所述信号校正模块的输入端接收数字基带信号，同时与定时频偏联合估计模块的输出端连接；所述定时频偏联合估计模块的输入端接收数字基带信号；所述解码模块的输入端连接信号校正模块的输出端，其输出端连接CRC校验模块的输入端；所述报文解析模块的输入端接收CRC校验模块的输出信号，其输出端输出AIS船舶信息给RS232单元。

本发明的优越性在于：①通过引入自相关运算和加权相乘运算，消除了简单定时估计工作方式中估计精度较差的问题；②通过利用定时估计值确定采样点并用自相关运算，最大似然运算，信号降采样，实现了对星载AIS信号的估计范围最大，估计方差最小的频偏估计。

(四)附图说明：

图1为本发明所涉一种星载AIS信号定时频偏联合估计方法的整体实现系统结构示意图。

图2为本发明所涉一种星载AIS信号定时频偏联合估计方法系统的数据处理模块中的DSP单元结构示意图。

图3为本发明所涉一种星载AIS信号定时频偏联合估计方法DSP单元中定时频偏联合估计模块的流程示意图。

图4为本发明所涉一种星载AIS信号定时频偏联合估计方法中频偏估计的效果图。

图5为本发明所涉一种星载AIS信号定时频偏联合估计方法中定时估计的效果图。

图6为本发明所涉一种星载AIS信号定时频偏联合估计方法中幅度估计的效果图。

图7为本发明所涉一种星载AIS信号定时频偏联合估计方法中相移估计的效果图。

(五)具体实施方式：

实施例：一种星载AIS信号定时频偏联合估计方法，其特征在于它包括以下步骤：

①由天线接收地面船舶AIS系统发射的射频信号，并输入给接收机；

②接收机将接收到的射频信号解调成基带信号输入FPGA数据采集模块；

③FPGA数据采集模块将接收到的基带信号进行模数转换，得到数字基带信号并传给信号处理模块；

④信号处理模块对接收到的数字基带信号进行处理，得到正确的AIS船舶信息并传递给数据存储模块；

⑤最后，由数据存储模块存储接收到的AIS船舶信息。

所述步骤④数据处理的方法由以下步骤构成：

⑴由定时频偏联合估计模块接收模数转换后的数字基带信号并对其进行估计，并将估计值输入到信号校正模块中；

⑵信号校正模块将接收到的步骤⑴中得到的估计值与数字基带信号进行参数校正,并将校正后的信号传递给解码模块；

⑶由解码模块对步骤⑵校正后的信号进行解码，并将得到的二进制码元信息输给CRC校验模块；

⑷CRC校验模块对步骤⑶解码后的二进制信息进行校验，得到的校验信息输入报文解析模块；

⑸由报文解析模块将步骤⑷得到的校验信息解析成AIS船舶信息并输入到数据存储模块，对数据进行存储。

所述步骤⑴中的定时频偏联合估计的方法(见图3)由以下步骤构成：

(A)定时频偏联合估计模块对接收到的数字基带信号做自相关运算和相位响应相乘运算得到定时估计值；

(B)定时频偏联合估计模块根据步骤(A)中得到的定时估计结果确定采样点，通过自相关运算和最大似然运算，得到频偏估计值。

所述步骤(A)由以下步骤构成：

(a)定时频偏联合估计模块对接收到的数字基带信号按如下方式做自相关运算得到自相关序列：

接收信号可以表示为

x(t)＝e^j(2πvt+θ)S(t-τ)+n(t)

其中v是载波频偏，θ为载波相移，n(t)为接收噪声，s(t)为GMSK基带信号，τ为时延，序列长度为L₀。按过采样因子为N的速率采样后的离散信号记为x_k(i)，其中k为对应于码元序号，i为对应于该码元的采样序号；

其中自相关运算的步长m从1到M，M为1～L₀范围内的任意正整数，一般取M＝4即可满足要求，使每个m值都可得到相应的自相关序列：

${\hat{R}}_m\left(i\right)=\frac{1}{L_0-m}\underset{k=m}{\overset{L_0-1}{\Σ}}{\[x_k\left(i\right)x_{k-m}^{*}\left(i\right)\]}^2,1\≤m\≤M,$

其中m为自相关的步长，L₀为序列长度；

(b)定时频偏联合估计模块对数字基带信号的相位脉冲响应做m个码元周期的时延，将相位脉冲响应与时延后的值相减得到脉冲响应p，对应于不同的m值有相应的脉冲响应p；

(c)定时频偏联合估计模块对所述步骤(b)得到的脉冲响应p求余弦并累积相乘，使得对应于不同的m值有相应的积函数g为：

$g_m\left(t\right)=\underset{n=-\mathrm{\∞}}{\overset{\mathrm{\∞}}{\Π}}cos\[2{\mathrm{\πP}}_m(t-nT)\]$

其中，P_m(t)＝q(t)-q(t-mT)，其支撑区间为(0,mT+LT)，L为高斯滤波器的长度，T为码元宽度，q(t)为GMSK调制信号的相位脉冲响应；

(d)定时频偏联合估计模块根据所述步骤(c)得到的积函数g，按如下方式确定加权系数A；

$A_k\left(m\right)=\frac{1}{T}{\∫}_0^T\left|g_m\left(t\right)\right|cos\left(\frac{2\mathrm{\π}kt}{T}\right)dt,k=0,1,2,\mathrm{...};$

(e)定时频偏联合估计模块对应于不同的m值，按如下方式做自相关序列的加权相乘运算，运算得到的值累加求和并做幅角得到定时估计值：

$\widehat{\mathrm{\τ}}=-\frac{T}{2\mathrm{\π}}\arg \left\{\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}\underset{m=1}{\overset{M}{\Σ}}{A}_1\left(m\right)\right|{\hat{R}}_m\left(i\right)\left|e^{-\frac{j2\mathrm{\π}i}{N}}\right\}.$

所述步骤(B)由以下步骤构成：

(a)定时频偏联合估计模块对所述步骤(A)中得到的定时估计值按如下方式做最大似然运算，并确定采样点i_m：

$i_m=\underset{0\≤i\≤N-1}{\arg min}\left\{\left|{\[\widehat{\mathrm{\τ}}+{\mathrm{\η}}_{m}T-i\frac{T}{N}\]}_{-T/2}^{T/2}\right|\right\}$

其中，

(b)定时频偏联合估计模块对第i_m个采样点对应的自相关值做共轭相乘运算，并按如下方式得到补偿因子w

$\mathrm{\ω}=\frac{1}{4\mathrm{\π}MT}\underset{m=1}{\overset{M}{\Σ}}\arg \left\{{(-1)}^m{\hat{R}}_m\left(i_m\right){\hat{R}}_{m-1}^{*}\left(i_{m-1}\right)\right\};$

(c)定时频偏联合估计模块对步骤③中得到的数字基带信号做降采样处理，得到降采样信号，记作{x_k}，

(d)定时频偏联合估计模块根据步骤(b)中得到的补偿因子构造辅助序列z(k)：

$z\left(k\right)={(-1)}^k{e}^{-j4\mathrm{\π}\mathrm{\ω}}{x}_{k+(L+1)/2}^2;$

(e)定时频偏联合估计模块对步骤(c)得到的辅助序列z(k)做自相关运算，设定步长为信号长度的一半，从而得到自相关序列

$R\left(m\right)=\frac{1}{L_0-m}\underset{k=m+1}{\overset{L_0}{\Σ}}z\left(k\right)z^{*}(k-m),$

其中，1≤m≤L₀-1；

(f)定时频偏联合估计模块对所述步骤(d)得到的辅助序列Z做最大似然运算得到最大似然值；

(g)定时频偏联合估计模块对步骤(e)得到的自相关序列和步骤(f)得到的最大似然值相加，进而可以得到频偏估计值：

$\hat{v}=\frac{1}{2{\mathrm{TL}}_0}\[\frac{1}{\mathrm{\π}}\arg \left\{R(L_0/2)\right\}+\underset{\hat{v}}{\arg max}\left\{DFT\left(z\right(k\left)\right)\right\}\].$

一种实现上述方法的系统(见图1)，由AIS接收机构成，其特征在于它包括天线、接收机、FPGA数据采集模块、信号处理模块和数据存储模块；其中，所述天线接收地面船舶AIS系统发射的射频信号数据并送入接收机中；所述接收机输出端连接FPGA数据采集模块的输入端。

所述信号处理模块(见图1)是由DSP单元、FLASH单元、RS232单元和RAM单元组成；其中所述DSP单元分别与FLASH单元以及RAM单元呈双相连接。

所述DSP单元(见图2)是由定时频偏联合估计模块、信号校正模块、解码模块、CRC校验模块和报文解析模块组成；其中所述信号校正模块的输入端接收数字基带信号，同时与定时频偏联合估计模块的输出端连接；所述定时频偏联合估计模块的输入端接收数字基带信号；所述解码模块的输入端连接信号校正模块的输出端，其输出端连接CRC校验模块的输入端；所述报文解析模块的输入端接收CRC校验模块的输出信号，其输出端输出AIS船舶信息给RS232单元。

图4是本发明实施例中定时估计的效果示意图,其中M为自相关步长，横坐标为信噪比E_b/N₀(dB)，纵坐标为定时估计均方误差，定义为 $MSE=\frac{1}{d}\underset{i=1}{\overset{d}{\Σ}}{\[(\widehat{{\mathrm{\τ}}_i}-\mathrm{\τ})/T\]}^2,$

图5是本发明实施例中频偏估计的效果示意图,其中横坐标为信噪比E_b/N₀(dB),纵坐标为频偏估计均方误差，定义为其中d为运算次数。

图6是本发明实施例中频偏估计的效果示意图，其中横坐标为信噪比E_b/N₀(dB)，纵坐标为频偏估计绝对误差，定义为其中d为运算次数。

图7是本发明实施例中频偏估计在不同频偏下的效果示意图，其中横坐标为信噪比E_b/N₀(dB),纵坐标为频偏估计均方误差，定义为其中d为运算次数。

Claims (6)

1.一种星载AIS信号定时频偏联合估计方法，所述AIS为船舶自动识别系统，其特征在于它包括以下步骤：

①由天线接收地面船舶AIS系统发射的射频信号，并输入给接收机；

②接收机将接收到的射频信号解调成基带信号输入FPGA数据采集模块；

③FPGA数据采集模块将接收到的基带信号进行模数转换，得到数字基带信号并传给信号处理模块；

④信号处理模块对接收到的数字基带信号进行处理，得到正确的AIS船舶信息并传递给数据存储模块；

⑤最后，由数据存储模块存储接收到的AIS船舶信息；

所述步骤④数据处理的方法由以下步骤构成：

⑴由定时频偏联合估计模块接收模数转换后的数字基带信号并对其进行估计，并将估计值输入到信号校正模块中；

⑵信号校正模块将接收到的步骤⑴中得到的估计值与数字基带信号进行参数校正,并将校正后的信号传递给解码模块；

⑶由解码模块对步骤⑵校正后的信号进行解码，并将得到的二进制码元信息输给CRC校验模块；

⑷CRC校验模块对步骤⑶解码后的二进制信息进行校验，得到的校验信息输入报文解析模块；

⑸由报文解析模块将步骤⑷得到的校验信息解析成AIS船舶信息并输入到数据存储模块，对数据进行存储。

2.根据权利要求1所述一种星载AIS信号定时频偏联合估计方法，其特征在于所述步骤⑴中的定时频偏联合估计的方法由以下步骤构成：

（A）定时频偏联合估计模块对接收到的数字基带信号做自相关运算和相位响应相乘运算得到定时估计值；

（B）定时频偏联合估计模块根据步骤（A）中得到的定时估计结果确定采样点，通过自相关运算和最大似然运算，得到频偏估计值。

3.根据权利要求2所述一种星载AIS信号定时频偏联合估计方法，其特征在于所述步骤（A）由以下步骤构成：

（a）定时频偏联合估计模块对接收到的数字基带信号按如下方式做自相关运算得到自相关序列：

接收信号表示为

x(t)＝e^j(2πvt+θ)S(t-τ)+n(t)

其中v是载波频偏，θ为载波相移，n(t)为接收噪声，S(t)为GMSK基带信号，τ为时延，序列长度为L₀；按过采样因子为N的速率采样后的离散信号记为x_k(i)，其中k为对应于码元序号，i为对应于该码元的采样序号；

其中自相关运算的步长m从1到M，M为1～L₀范围内的任意正整数，使每个m值都可得到相应的自相关序列：

$\begin{array}{cc}{\hat{R}}_m\left(i\right)=\frac{1}{L_0-m}\underset{k=m}{\overset{L_0-1}{\Σ}}{\[x_k{\left(i\right)}_{k-m}^{*}\left(i\right)\]}^2,& 1\≤m\≤M;\end{array}$

（b）定时频偏联合估计模块对数字基带信号的相位脉冲响应做m个码元周期的时延，将相位脉冲响应与时延后的值相减得到脉冲响应p，对应于不同的m值有相应的脉冲响应P_m(t)；

（c）定时频偏联合估计模块对所述步骤（b）得到的脉冲响应P_m(t)求余弦并累积相乘，使得对应于不同的m值有相应的积函数g_m(t)为：

$g_m\left(t\right)=\underset{n=-\mathrm{\∞}}{\overset{\mathrm{\∞}}{\Π}}cos\[2{\mathrm{\πP}}_m(t-nT)\]$

其中，P_m(t)＝q(t)-q(t-mT)，其支撑区间为(0,mT+LT)，L为高斯滤波器的长度，T为码元宽度，q(t)为GMSK调制信号的相位脉冲响应；

（d）定时频偏联合估计模块根据所述步骤（c）得到的积函数g_m(t)，按如下方式确定加权系数A_k(m)；

$\begin{array}{cc}{A}_k\left(m\right)=\frac{1}{T}{\∫}_0^T\left|g_m\left(t\right)\right|cos\left(\frac{2\mathrm{\π}kt}{T}\right)dt& k=0,1,2,...;\end{array}$

（e）定时频偏联合估计模块对应于不同的m值，按如下方式做自相关序列的加权相乘运算，运算得到的值累加求和并做幅角得到定时估计值：

$\widehat{\mathrm{\τ}}=-\frac{T}{2\mathrm{\π}}\arg \left\{\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}\underset{m=1}{\overset{M}{\Σ}}{A}_1\left(m\right)\right|{\hat{R}}_m\left(i\right)\left|e^{-\frac{j2\mathrm{\π}i}{N}}\right\}.$

4.根据权利要求3所述一种星载AIS信号定时频偏联合估计方法，其特征在于所述步骤（B）由以下步骤构成：

（a）定时频偏联合估计模块对所述步骤（A）中得到的定时估计值按如下方式做最大似然运算，并确定采样点i_m：

$i_m=\underset{0\≤i\≤N-1}{\arg \min }\left\{\left|{\[\widehat{\mathrm{\τ}}+{\mathrm{\η}}_{m}T-i\frac{T}{N}\]}_{-T/2}^{T/2}\right|\right\}$

其中，

（b）定时频偏联合估计模块对第i_m个采样点对应的自相关值做共轭相乘运算，并按如下方式得到补偿因子ω

$\mathrm{\ω}=\frac{1}{4\mathrm{\π}MT}\underset{m=1}{\overset{M}{\Σ}}\arg \left\{{(-1)}^m{\hat{R}}_m\left(i_m\right){\hat{R}}_{m-1}^{*}\left(i_{m-1}\right)\right\};$

（c）定时频偏联合估计模块对步骤③中得到的数字基带信号做降采样处理，得到降采样信号，记作{x_k}，

（d）定时频偏联合估计模块根据步骤（b）中得到的补偿因子构造辅助序列z(k)：

$z\left(k\right)={(-1)}^k{e}^{-j4\mathrm{\π}\mathrm{\ω}}{x}_{k+\left(L+1\right)/2}^2;$

（e）定时频偏联合估计模块对步骤（c）得到的辅助序列z(k)做自相关运算，设定步长为信号长度的一半，从而得到自相关序列

$R\left(m\right)=\frac{1}{L_0-m}\underset{k=m+1}{\overset{L_0}{\Σ}}z\left(k\right)z^{*}(k-m),$

其中，1≤m≤L₀-1；

（f）定时频偏联合估计模块对所述步骤（d）得到的辅助序列Z做最大似然运算得到最大似然值；

（g）定时频偏联合估计模块对步骤（e）得到的自相关序列和步骤（f）得到的最大似然值相加，进而可以得到频偏估计值：

$\hat{v}=\frac{1}{2{\mathrm{TL}}_0}\[\frac{1}{\mathrm{\π}}\arg \left\{R(L_0/2)\right\}+\underset{\hat{v}}{\arg \max }\left\{DFT\left(z\right(k\left)\right)\right\}\].$

5.一种实现星载AIS信号定时频偏联合估计方法的系统，由AIS接收机构成，其特征在于它包括天线、接收机、FPGA数据采集模块、信号处理模块和数据存储模块；其中，所述天线接收地面船舶AIS系统发射的射频信号数据并送入接收机中；所述接收机输出端连接FPGA数据采集模块的输入端；所述信号处理模块是由DSP单元、FLASH单元、RS232单元和RAM单元组成；其中所述DSP单元分别与FLASH单元以及RAM单元呈双相连接。

6.根据权利要求5所述一种实现星载AIS信号定时频偏联合估计方法的系统，其特征在于所述DSP单元是由定时频偏联合估计模块、信号校正模块、解码模块、CRC校验模块和报文解析模块组成；其中所述信号校正模块的输入端接收数字基带信号，同时与定时频偏联合估计模块的输出端连接；所述定时频偏联合估计模块的输入端接收数字基带信号；所述解码模块的输入端连接信号校正模块的输出端，其输出端连接CRC校验模块的输入端；所述报文解析模块的输入端接收CRC校验模块的输出信号，其输出端输出AIS船舶信息给RS232单元。