CN104009810A - Ais系统信号仿真源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了AIS系统信号仿真源，包括电源、合路器、VHF天线、AIS信号源、至少一路基带处理单元、至少一路射频单元，AIS信号源连接基带处理单元，基带处理单元连接射频单元，射频单元连接合路器，合路器连接VHF天线，AIS信号源、基带单元、射频单元均与电源连接。它可以满足用户对不同场景不同类型设备发送的不同报文的需求，节省了开发时间，同时节省了财力物力。

Description

AIS系统信号仿真源

技术领域

本发明涉及自动识别系统技术领域，具体涉及AIS系统信号仿真源。

背景技术

自动识别系统（Automatic Identification System，简称AIS系统）是由国际海事组织（IMO）、国际航标协会（IALA）、国际电信联盟（ITU）等国际组织，在舰船飞机之敌我识别器的基础上，共同研究的一种新型的集网络技术、现代通讯技术、计算机技术、电子信息显示技术为一体的数字助航系统和设备。

船舶自动识别系统（AIS）的是在无线电应答器监测技术的基础上，配合GPS全球定位系统将船位、船速、改变航向率及航向等船舶动态结合船名、呼号、吃水及危险货物等船舶静态资料由甚高频（VHF）频道向附近水域船舶及岸台广播，使邻近船舶及岸台能及时掌握附近海面所有船舶之动静态资讯，得以立刻互相通话协调，采取必要避让行动。它可用于船舶等运载工具的精确跟踪，以弥补传统雷达监测在自动识别目标以及获取航行动向信息等方面的不足，对雷达监测起辅助或替代作用。

由于AIS技术的先进性，使用的简易性和经济性，AIS技术被采纳为国际标准(ITU-R M.1371、IEC 61993-2)，ITU组织由根据不同的设备应用制定了不同的协议标准。按照功能划分，可分为AIS Class A 、AIS ClassB、AIS基站、AIS航标、AIS SART、AIS信标等，其中国际海事组织（IMO）强制性要求300吨以上海上航行船舶安装AIS ClassA标准的设备。

AIS系统以无线电应答器监测技术为基础，这就要求AIS系统的设备提供商和系统集成商，在进行设备研发和方案搭建时，要解析不同的设备发出的各类报文。系统和设备测试时，要将多类设备进行多个不同场景的测试，甚至必要的时候要到沿海环境进行实验。这种测试不仅要耗费大量的物力财力购买设备，还要化大量的财力物力用于环境的搭建，调试，拆卸，搬运，任何一个环节出现问题都会影响到测试的效果，极大的拖延了开发时间。

发明内容

为了克服现有技术在进行AIS系统集成测试和设备研发测试时，采用实场、实境测试设备或者系统，其存在需要耗费大量的人力物力，工程周期长，出现设备故障或者缺失会影响到测试效果的技术问题，本发明提供AIS系统信号仿真源。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

AIS系统信号仿真源，包括电源、合路器、VHF天线、AIS信号源、至少一路基带处理单元、至少一路射频单元，AIS信号源连接基带处理单元，基带处理单元连接射频单元，射频单元连接合路器，合路器连接VHF天线，AIS信号源、基带单元、射频单元均与电源连接；

本发明的工作原理是，通过AIS信号源模拟多种设备同时工作，设备的工作状态可以通过设置经纬度、时间、时隙等动态参数参数来实现，生成各类可编辑的报文，再设置报文的发送发射频率参数、发射信道参数、发射AIS报文号、发射报文内容、发射报文MMSI、发射报文时延参数、发射报文的幅度参数、发射报文的位置信息、发射报文的速率参数、发射报文的报告率等参数，AIS信号源按照设置将报文传送给基带单元；基带处理单元收到报文后，进行编译成基带信号，并传送给射频单元；射频单元将传入的基带信号进行功率放大，频率合成、调制后通过VHF天线发射出去；如果需要模拟两个以上设备，为了保证AIS信号的质量，就需要两个以上基带处理单元和两路以上射频单元，通过合路器将发射信号合路后通过VHF天线发射出去。

和现有技术在进行AIS系统集成测试和设备研发测试时，采用实场、实境测试设备或者系统的技术方案相比，本发明采用AIS信号源来实现模拟设备的动态运动过程，并采用经纬度、时间、时隙等动态参数表征出来，并形成报文，AIS信号通过AIS信号源、基带处理单元、射频单元、合路器、VHF天线顺次连接形成的通信链路发射出去的技术方案，本发明的技术方案不论从原理还是技术特征都和现有技术的方案显而易见的不相同，具有实质的特点，为现有技术做出了贡献，本发明解决了现有技术在进行AIS系统集成测试和设备研发测试时，采用实场、实境测试设备或者系统，其存在需要耗费大量的人力物力，工程周期长，出现设备故障或者缺失会影响到测试效果的技术问题。本发明不仅能模拟AIS的各类设备发送的各类AIS报文，而且能根据用户需要进行参数修改和设置，同时可以根据用户的需要对模拟工作设备的数量、模拟工作的场景、模拟工作的方式等进行修改和设置，满足用户对不同场景不同类型设备发送的不同报文的需求，节省了开发时间，同时节省了财力物力。本发明获得了有益的效果，取得了实质的进步，本发明的技术方案还是未来技术的发展方向。

为了进一步优化，提高射频单元的工作质量，作为优选，射频单元包括VHF发射机、程控衰减器，基带单元连接VHF发射机的输入端，VHF发射机输出端连接程控衰减器的输入端，程控衰减器的输出端连接合路器。

以上是对AIS系统信号仿真源发射信号生成能力和发射能力的进一步改进。VHF发射机将基带单元传入的基带信号进行滤波、功率放大、频率合成、频率调制发射传给程控衰减器；程控衰减器，根据信号发射的需要设定信号的衰减量，控制信号的发射功率，经过合路器合路后通过VHF天线发射出去。

为了进一步优化，确保AIS系统信号仿真源能提供准确的位置信息和时间基准，作为优选，AIS系统信号仿真源还包括GPS模块、GPS天线，GPS天线连接GPS模块，GPS模块连接基带处理单元。

以上是对AIS系统信号仿真源的定位和授时能力的进一步改进。GPS天线将接收到的GPS信号传输给GPS模块，GPS模块解调卫星的广播C/A码信号，并进行运算得出设备所在点的经度、纬度、高度和时间修正量参数，将这些数据传递给基带处理单元。

为了进一步优化，提高GPS信号的质量，作为优选，AIS系统信号仿真源，还包括前置放大器，GPS天线连接前置放大器，前置放大器连接GPS模块。

以上是对AIS系统信号仿真源的定位和授时能力的进一步改进。通过前置放大器将GPS天线接收到的GPS信号进行放大，有利于提高GPS模块的信号采样精度和采样质量。

为了进一步优化，提高基带处理单元的信号处理能力，作为优选，基带处理单元包括串口芯片、ARM芯片、基带处理芯片，AIS信号源连接串口芯片，串口芯片连接ARM芯片，ARM芯片连接基带处理芯片，基带处理芯片连接VHF发射机，ARM芯片还连接GPS模块。

以上是对AIS系统信号仿真源的信号处理能力和传送能力的进一步改进。通过串口芯片实现AIS信号源和ARM芯片之间的通信，AIS信号源将报文数据及其任务排程发送给ARM芯片，ARM芯片将接收到的GPS信号和AIS信号进行运算，ARM芯片根据AIS系统信号源设备的命令精确控制报文内容和报文传递的速率，基带处理芯片将报文内容编译成用于发射的基带码信号，并传送给VHF发射机。

为了进一步优化，提高基带处理单元的工作质量，作为优选，基带处理单元还包括晶体振荡器，晶体振荡器连接ARM芯片。

以上是对AIS系统信号仿真源的信号处理能力和传送能力的进一步改进。晶体振荡器为ARM芯片提供高精度和稳定的脉冲时钟频率，从而保证了ARM芯片运行的稳定性和可靠性，从而实现报文内容和报文传递速率控制的精准性。

为了进一步优化，提高的信号处理能力，作为优选，基带处理单元还包括可擦除存储器，可擦除存储器连接ARM芯片。

以上是对AIS系统信号仿真源信号的处理能力和传送能力的进一步改进。可擦除存储器用于存储ARM芯片的配置程序，通过配置程序，可以进一步优化ARM芯片的工作质量和工作能力。

为了进一步优化，提高可擦除存储器的可选择性，作为优选，可擦除存储器为闪存、可擦除只读存储器中的任意一项。

以上是对AIS系统信号仿真源的工作适应能力的进一步改进。闪存拥有较大的存储容量、较快的读取速度，不过需要通过焊接连接ARM芯片，不易更换，可擦除只读存储器可以通过直接插拔进行更换，更换方便。

为了进一步优化，确保ARM芯片工作的稳定性，作为优选，基带处理单元还包括复位电路，复位电路连接ARM芯片。

以上是对AIS系统信号仿真源工作稳定性的进一步改进。复位电路为ARM芯片的运行提供稳定的电源，从而确保ARM芯片处于正常的工作状态，实现报文内容和报文传递速率控制的精准性。

为了进一步优化，确保复位电路能为ARM芯片提供优质的电源保证，作为优选，复位电路为微分型复位电路、积分型复位电路、比较器型复位电路、看门狗型复位电路中的任意一项。

以上是对AIS系统信号仿真源的电源保障能力的进一步改进。本方案提供较宽的复位电路选择，可以根据实际的需要选择最符合的复位电路为ARM芯片提供优质的电源保证。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.          和现有技术在进行AIS系统集成测试和设备研发测试时，采用实场、实境测试设备或者系统的技术方案相比，本发明采用AIS信号源模拟、仿真多种设备同时工作，并将工作状态参数化，采用GPS天线、前置放大器、GPS模块顺次连接产生GPS信号，AIS信号和GPS信号通过基带处理单元、射频单元、合路器、VHF天线顺次连接形成的通信链路发射出去，从而解决了现有技术存在的工程周期长、耗费大量人力物力、测试效果有限的技术问题，本发明能模拟AIS的各类设备发送的各类AIS报文，而且能根据用户需要进行参数修改和设置，同时可以根据用户的需要对模拟工作设备的数量、模拟工作的场景、模拟工作的方式等进行修改和设置，满足用户对不同场景不同类型设备发送的不同报文的需求。

2.          本发明的各个功能单元均经过优化设计，能高质量、高可靠性、高效率、低成本地提供多种设备运动状态，开发设计测试用。

本发明解决了在进行AIS系统集成测试和设备研发测试时存在需要耗费大量的人力物力，工程周期长，出现设备故障或者缺失会影响到测试效果的技术问题，本发明不仅能模拟AIS的各类设备发送的各类AIS报文，而且能根据用户需要进行参数修改和设置，节省了开发时间，同时节省了财力物力。本发明获得了有益的效果，取得了实质的进步，本发明的技术方案还是未来技术的发展方向，具有很好的产业价值。

附图说明

为了清楚说明本发明，下面采用附图对本发明及其实施例进行解释，并对附图做出简要说明。附图及附图说明是示意性的，不构成对本发明的具体限定。在本发明发明构思指导下，还可以通过下面的附图，得到其它附图。

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

本发明供AIS系统信号仿真源，解决了现有技术中测试AIS设备和系统，实场、实境测试设备或者系统需要耗费大量的人力物力，工程周期长，设备故障或者缺失会影响到测试效果的技术问题，实现了能根据用户的需要对模拟工作设备的数量、模拟工作的场景、模拟工作的方式等进行修改和设置，还可根据用户需要进行参数修改和设置，满足用户对不同场景不同类型设备发送的不同报文的需求，节省了开发时间，节省了财力物力的技术效果。

本发明实施中的技术方案为解决上述技术问题。总体思路如下：

首先需要根据自动识别系统所需要的信号种类、参数要求，设计一个AIS信号源，AIS信号源需要实现对多种工作场景、工作设备、工作方式进行模拟，模拟可进行设置和修改，用户还可以通过参数的设置来模拟工作设备的运动状态和运动方式；接着设计一个信号发射装置，这个装置包括AIS信号传送、编译、调制发射，AIS信号传送、编译通过设计一个基带处理单元来实现、调制发射通过设计一个VHF发射单元来实现，还需要一个VHF天线来实现射频信号的收发；由于需要模拟多个设备、每个设备的信号要没有干扰，基带处理单元和VHF发射单元就需要采用多通道的设计思路来保证，信号传递的质量；由于需要对发射信号进行排队和设定发送速率，基带单元就需要一个实现这些功能的ARM芯片来和基带处理芯片；为了保证ARM芯片的工作稳定性，就需要给ARM芯片配置晶体振荡器，用于提供ARM芯片频率基准，给ARM芯片配置可擦除存储器，用来存储ARM芯片的配置程序，给ARM芯片配置复位电路，复位电路用于ARM芯片将电路恢复到起始状态；为了使系统能提供定位和授时能力，就需要包括GPS模块、GPS天线的GPS信号产生单元；为了使VHF发射单元具有良好的VHF信号发射能力，VHF发射单元需要包括VHF发射机和程控衰减器，程控衰减器用于控制VHF发射机的衰减量；为了使多路发射信号共用一个发射天线，需要一个合路器，用于将多路射频单元的发射信号合路后通过天线发射出去。以上基于功能需要的技术方案，有效解决了现有技术测试AIS设备和系统，实场、实境测试设备或者系统需要耗费大量的人力物力，工程周期长，设备故障或者缺失会影响到测试效果的技术问题，实现了能根据用户的需要对模拟工作设备的数量、模拟工作的场景、模拟工作的方式等进行修改和设置，还可根据用户需要进行参数修改和设置，满足用户对不同场景不同类型设备发送的不同报文的需求。

下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式进一步说明。对这些实施方式的说明主要用于帮助理解本发明的发明构思、所解决的技术问题、构成技术方案的技术特征和带来的技术效果。对这些实施方式的说明是示意性的，不构成对本发明的具体限定。本发明各个实施方式所涉及的技术特征，只要彼此不构成冲突就可以相互组合，通过等同替代或者是明显变型方式得到的所有实施例，和本发明的实施例实质上相同。

实施例一：

如图1所示，本发明，包括电源、合路器、VHF天线、AIS信号源、至少一路基带处理单元、至少一路射频单元，AIS信号源连接基带处理单元，基带处理单元连接射频单元，射频单元连接合路器，合路器连接VHF天线，AIS信号源、基带单元、射频单元均与电源连接。

本实施例，包括两路基带处理单元，两路路射频单元，射频单元的工作频率为156-163MHZ，用户可以根据需要自行设定，常用的两个发射频率为161.975 MHZ和162.025 MHZ，用户在使用中可将射频单元的工作频率分别设定为161.975 MHZ和162.025 MHZ。用户还可以根据需要选择只使用一路基带处理单元和一路射频单元来进行工作，当信号数据量大、需要更高的速度时，用户可以根据需要选择三路基带处理单元和三路射频单元来实现发射任务，当然基带处理单元和射频单元的数量不局限于三路，还可以更多路。

本领域技术人员可根据实际施工环境和工件的要求自由选择组件的参数。

本发明投入使用时，第一步，检查、调试设备：检查电源、合路器、VHF天线、AIS信号源、基带处理单元、射频单元是否按本发明的技术方案连接，它们之间的硬件连接是否正常，如果出现异常，予以纠正；第二步，加电测试设备：启动电源，确认AIS系统信号仿真源工作状态是否正常，正常后才投入使用；第三步，执行AIS系统信号仿真源信号发射任务；通过参数设置，AIS信号源产生经纬度、时间、时隙和报文等信号数据，并传递给基带处理单元，基带处理单元，将AIS信号编译成基带信号，并传送给射频单元，射频单元将基带单元传入的基带信号进行功率放大，频率合成、调制后经合路器通过VHF天线发射出去。

本实施例的工作流程如下：

AIS信号源开机后，通过AIS信号源的控制台进行控制信息交互，包括上次关机时工作的工作参数等，AIS信号源第一次开机默认为发送AIS ClassA报文，保存的参数设置包括MMSI设置，报文内容设置、报文发送报告率设置等。完成信息交互后AIS信号源按照上次设置的参数进行AIS报文的发送。

  

  如果用户需要设置新的工作参数，包括射频发射频率、发射起始时隙号、发送AIS报文号、模拟AIS设备类型等参数，在AIS信号源的控制台上设置新的参数，AIS信号源收到后按照新设置的工作参数进行工作。AIS信号源一直按照新设置的参数持续工作发射AIS信号，直至收到新的参数设置或关机。

  AIS信号源按照通过控制台设置的参数生成AIS报文，并将组好的消息放在待发送队列中，在设定的发射时隙到来前，基带模块对待发送的消息进行HDLC协议组包及NRZI编码，在发射时隙到来时向射频模块发射机输出待发射数据，发射电路对数据进行GMSK（高斯滤波最小频移键控）调制，再经过滤波及功率放大后，通过合路器转到VHF天线发射出去。

实施例二：

为了提高AIS系统信号仿真源发射信号生成能力和发射能力，本实施例在实施例一的基础上进一步地改进，如图1所示，本实施例的射频单元包括VHF发射机、程控衰减器，基带单元连接VHF发射机的输入端，VHF发射机输出端连接程控衰减器的输入端，程控衰减器的输出端连接合路器。

本实施例中，射频单元采用程控衰减器和VHF发射机分体设计、相互配合的技术方案，基带单元将基带信号传递给VHF发射机，VHF发射机对基带信号进行滤波、功率放大、频率合成、频率调制，然后发射，发射信号传输给程控衰减器，程控衰减器根据设定好的衰减量对发射信号进行衰减，从而保证发射信号由于功率过大造成信号失真，程控衰减器再将衰减后的信号传递给合路器。

本实施例中的程控衰减器，可以为程控步进衰减器，还可以为其他类型的衰减器，如电调衰减器。

实施例三：

为了提高AIS系统信号仿真源的定位和授时能力，本实施例在实施例一～二的任意一个实施例的基础上进一步地改进，如图1所示，本实施例的AIS系统信号仿真源，还包括GPS模块、GPS天线，GPS天线连接GPS模块，GPS模块连接基带处理单元。

本实施例中，增加由GPS天线连接GPS模块，GPS模块连接基带处理单元的GPS卫星信号接收功能，GPS天线将从GPS卫星接收到的GPS卫星信号传递给GPS模块，GPS模块对GPS卫星信号进行计算处理后，采用NMEA0183的数据格式，传递给基带处理单元。

本发明中GPS模块和GPS天线的型号和规格，可以根据实际需要进行自由选择。

实施例四：

为了提高AIS系统信号仿真源的定位和授时能力，本实施例在实施例一～三的任意一个实施例的基础上进一步地改进，如图1所示，本实施例的AIS系统信号仿真源，还包括前置放大器，GPS天线连接前置放大器，前置放大器连接GPS模块。

本实施例中，增加前置放大器放大GPS卫星信号的功能，GPS天线接收到GPS卫星信号后，将GPS卫星信号传递给前置放大器，前置放大器将较弱的GPS卫星信号进行调幅放大，GPS卫星信号波形的变大，后续的GPS模块就可以采用更高的采样率对GPS卫星信号进行采样。

本实施例中的前置放大器可以采用和GPS天线、GPS模块相配合的任何功率放大器。

实施例五：

为了提高AIS系统信号仿真源的信号处理能力和传送能力，本实施例在实施例一～四的任意一个实施例的基础上进一步地改进，如图1所示，本实施例的基带处理单元包括串口芯片、ARM芯片、基带处理芯片， AIS信号源连接串口芯片，串口芯片连接ARM芯片，ARM芯片连接基带处理芯片，基带处理芯片连接VHF发射机，ARM芯片还连接GPS模块。

本实施例中，基带处理单元采用ARM芯片、基带处理芯片协同配合来组成基带处理单元，只要是ARM芯片架构的芯片、不论是以前就推出的规格、还是现在刚推出、或者是以后推出的均可以使用，也可以是集成了基带处理芯片的ARM芯片，串口芯片可以是USB串口芯片，也可以是SPI接口芯片，只要是采用串口通信协议的串口芯片都可以。

本实施例中，串口芯片将AIS模拟源发送的报文信号和传送给ARM芯片，ARM芯片进行运算，ARM芯片根据AIS系统信号源设备的命令精确控制报文内容和报文传递的速率，基带芯片将ARM芯片传入的报文内容编译成用于发射的基带码信号，并传送给VHF发射机。

实施例六：

为了提高AIS系统信号仿真源的信号处理能力和传送能力，本实施例在实施例五的基础上进一步地改进，如图1所示，本实施例的基带处理单元还包括晶体振荡器，晶体振荡器连接ARM芯片。

本实施例的晶体振荡器，主要用来为ARM芯片提供高精度和稳定的脉冲时钟频率，提高ARM芯片运行的稳定性和可靠性。

本实施例的晶体振荡器，可以是普通晶体振荡（SPXO），电压控制式晶体振荡器（VCXO），温度补偿式晶体振荡（TCXO），恒温控制式晶体振荡（OCXO）。数字补偿式晶体损振荡（DCXO）微机补偿晶体振荡器（MCXO）中的任意一种，以后出现的晶体振荡器，只要能用于为ARM芯片提供高精度和稳定的脉冲时钟频率，都可在本实施例中使用。

实施例七：

为了提高AIS系统信号仿真源信号的处理能力和传送能力，本实施例在实施例五～六的任意一个实施例的基础上进一步地改进，如图1所示，本实施例的基带处理单元还包括可擦除存储器，可擦除存储器连接ARM芯片。

本实施例的可擦除存储器用于存储ARM芯片的配置程序，通过配置程序来优化ARM芯片的运行效能。

实施例八：

为了提高AIS系统信号仿真源的工作适应能力，本实施例在实施例七的基础上进一步地改进，如图1所示，本实施例的可擦除存储器为闪存、可擦除只读存储器中的任意一项。

实施例九：

为了提高AIS系统信号仿真源工作稳定性，本实施例在实施例五～八的任意一个实施例的基础上进一步地改进，如图1所示，本实施例的基带处理单元还包括复位电路，复位电路连接ARM芯片。

实施例十：

为了提高AIS系统信号仿真源的电源保障能力，本实施例在实施例九的基础上进一步地改进，如图1所示，本实施例的复位电路为微分型复位电路、积分型复位电路、比较器型复位电路、看门狗型复位电路中的任意一项。

以上结合说明书附图对本发明的实施方式做出详细说明，但本发明并不限于上述实施方式和实施例，在基于本发明的发明构思的基础上，对本发明的上述实施方式进行各种变化、修改、替换或变型，均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.AIS系统信号仿真源，包括电源、合路器、VHF天线，其特征在于,还包括AIS信号源、至少一路基带处理单元、至少一路射频单元，所述AIS信号源连接基带处理单元，所述基带处理单元连接射频单元，所述射频单元连接合路器，所述合路器连接VHF天线，所述AIS信号源、基带单元、射频单元均与电源连接。

2.根据权利要求1所述的AIS系统信号仿真源，其特征在于，所述射频单元包括VHF发射机、程控衰减器，基带单元连接VHF发射机的输入端，所述VHF发射机输出端连接程控衰减器的输入端，所述程控衰减器的输出端连接合路器。

3.根据权利要求1所述的AIS系统信号仿真源，其特征在于，还包括GPS模块、GPS天线，所述GPS天线连接GPS模块，所述GPS模块连接基带处理单元。

4.根据权利要求3所述的AIS系统信号仿真源，其特征在于，还包括前置放大器，GPS天线连接前置放大器，所述前置放大器连接GPS模块。

5.根据权利要求1所述的AIS系统信号仿真源，其特征在于，所述基带处理单元包括串口芯片、ARM芯片、基带处理芯片， AIS信号源连接串口芯片，所述串口芯片连接ARM芯片，所述ARM芯片连接基带处理芯片，所述基带处理芯片连接VHF发射机，所述ARM芯片还连接GPS模块。

6.据权利要求5所述的AIS系统信号仿真源，其特征在于，所述基带处理单元还包括晶体振荡器，所述晶体振荡器连接ARM芯片。

7.据权利要求5所述的AIS系统信号仿真源，其特征在于，所述基带处理单元还包括可擦除存储器，所述可擦除存储器连接ARM芯片。

8.据权利要求7所述的AIS系统信号仿真源，其特征在于，所述可擦除存储器为闪存、可擦除只读存储器中的任意一项。

9.据权利要求5所述的AIS系统信号仿真源，其特征在于，所述基带处理单元还包括复位电路，所述复位电路连接ARM芯片。

10.据权利要求9所述的AIS系统信号仿真源，其特征在于，所述复位电路为微分型复位电路、积分型复位电路、比较器型复位电路、看门狗型复位电路中的任意一项。