CN112054837A

CN112054837A - 星载ais多通道接收系统

Info

Publication number: CN112054837A
Application number: CN202010950863.0A
Authority: CN
Inventors: 王文伟; 张喆; 陈银平; 谷晓鹰; 张瑞珏; 罗小成; 倪建丽
Original assignee: Shanghai Spaceflight Institute of TT&C and Telecommunication
Current assignee: Shanghai Spaceflight Institute of TT&C and Telecommunication
Priority date: 2020-09-10
Filing date: 2020-09-10
Publication date: 2020-12-08

Abstract

本发明提供了一种星载AIS多通道接收系统，包括：天线模块及综合处理机模块；所述天线模块包括：若干个天线阵面单元，用于接收空间辐射电磁波信号；所述综合处理机模块包括：若干个互相独立的接收通道，每个接收通道对应一个所述天线阵面单元；所述接收通道包括：低噪声放大器、混频器、中频放大链路、模数转换电路、数字处理电路及晶振倍频电路；其中，所述综合处理机模块用于对所述数字信号进行数字波束形成处理，以得到基带信号的幅度加权参数和相位调节参数，并控制数字处理电路根据幅度加权参数和相位调节参数对所述数字信号进行幅度加权和相位调节。

Description

星载AIS多通道接收系统

技术领域

本发明涉及星载AIS通信技术领域，特别涉及一种星载AIS多通道接收系统。

背景技术

目前国际海事业务主要使用VHF频段，根据国际电信联盟修改的《无线电规则》中相关规定，船舶自动识别系统(AIS：Automatic Identification System)中卫星所使用的收发频率范围为150MHz～165MHz，通常所使用的天线有八木天线、螺旋天线、振子天线、微带天线等类型，由于工作频段较低，此类天线均具有较大的重量。同时接收系统通道数较少，采用非相参解调模式，时隙冲突解调能力一般。

发明内容

本发明的目的在于提供一种星载AIS多通道接收系统，以解决现有的星载AIS系统所存在的接收通道数少、时隙冲突解调能力一般的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种星载AIS多通道接收系统，包括：天线模块及综合处理机模块；所述天线模块包括：若干个天线阵面单元，用于接收空间辐射电磁波信号；所述综合处理机模块包括：若干个互相独立的接收通道，每个接收通道对应一个所述天线阵面单元；

所述接收通道包括：低噪声放大器、混频器、中频放大链路、模数转换电路、数字处理电路及晶振倍频电路；所述低噪声放大器用于将所述天线阵面单元接收的信号进行低噪声放大处理；所述混频器用于根据所述晶振倍频电路输出的参考晶振对低噪声放大后的信号进行混频处理；所述中频放大链路用于对混频处理后的信号进行中频放大处理；所述模数转换电路用于对中频放大处理后的信号进行模数转换得到数字信号；

其中，所述综合处理机模块还用于对所述数字信号进行数字波束形成处理，以得到基带信号的幅度加权参数和相位调节参数，并控制所述数字处理电路根据幅度加权参数和相位调节参数对所述数字信号进行幅度加权和相位调节。

较佳地，所述天线阵面单元中的天线为背腔式天线，所述背腔式天线包括薄膜材料和反射腔；所述反射腔设置于所述薄膜材料的背面。

较佳地，所述薄膜材料为聚酰亚胺基材与铜箔热压复合而成的柔性薄膜。

较佳地，所述聚酰亚胺基材的厚度为：50μm；所述铜箔的厚度为：20μm。

较佳地，所述反射腔为金属制成的金属网；单个网格的边长小于10cm。

较佳地，所述金属网的大小为1m×1m×0.5m。

较佳地，系统工作频率属于150MHz～165MHz范围内的VHF频段，述混频器进行混频处理时，采用的本振信号为所述参考晶振通过二倍频得到，通过所述本振信号对低噪声放大后的信号进行下变频，得到中频信号。

较佳地，所述模数转换电路及数字处理电路进行信号处理时的参考时钟由所述参考晶振通过四倍频得到。

较佳地，所述综合处理机模块对M个通道的所述数字信号进行采样，再通过数字波束形成软件对采样的基带信号进行幅度和相位一致性校正和加权处理，形成N个天线波束；并通过所述数字处理电路根据调整各通道对相应的信号的加权系数W(N，M)，实现对多个方向的信号接收。

较佳地，M＝N。

本发明具有以下有益效果：

1)该系统的每个通道采用相参模式进行信号解调，能极大提高AIS接收系统灵敏度和时隙冲突解调能力。易于多通道设计，相互之间备份设计，能提高系统可靠性，同时方便天线设计成较大尺寸，提升系统性能。

2)该系统利用阵列天线和数字波束成形技术，同时形成多个波束，将大范围通信划分成多个小的区域，缩小单个天线波束的视场覆盖范围，减少单波束区域内所通信船舶数量，能有效降低接收信号时隙重叠概率，从而大幅提高AIS信号时隙冲突解调能力。

3)该系统可以实现AIS接收系统的相干解调，且易于实现多个通道，能极大提高AIS接收系统灵敏度和时隙冲突解调能力，通道之间备份冗余设计，且提高系统可靠性。

4)天线阵面材料为薄膜和反射腔，具有质量轻的特点，同时能设计成较大尺寸天线，易实现较高天线增益。

附图说明

图1为本发明的星载AIS多通道接收系统整体组成示意图；

图2为本发明优选实施例的星载AIS多通道接收系统组成框图；

图3为本发明优选实施例的星载AIS多通道接收系统天线阵面组成示意图；

图4为本发明优选实施例的星载AIS多通道接收系统天线阵面反射腔网面组成示意图；

图5为本发明优选实施例的星载AIS多通道接收系统数字波束成形示意图。

具体实施方式

以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

为了便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例作进一步的解释说明，且各个实施例不构成对本发明实施例的限定。

参考图1所示，本实施例提供了一种星载AIS多通道接收系统，包括：天线模块10及综合处理机模块20。其中，天线模块10用于接收空间辐射电磁波信号，该包括多个天线阵面单元，分别为天线阵面单元1至天线阵面单元N；综合处理机模块20包括：多个互相独立的接收通道，分别为通道1至通道N，其中，每个接收通道对应一个天线阵面单元。

进一步参考图2所示，本实施例中，每个接收通道均包括：低噪声放大器、混频器、中频放大链路、模数转换电路、数字处理电路及晶振倍频电路。这里的低噪声放大器用于将天线阵面单元接收的信号进行低噪声放大处理；混频器用于根据晶振倍频电路输出的参考晶振对低噪声放大器低噪声放大处理后的信号进行混频处理；中频放大链路用于对混频器混频处理后的中频信号进行中频放大处理；模数转换电路用于对中频放大链路中频放大处理后的信号进行模数转换得到数字信号，注意这里的数字信号是指模数转换后的数字形式的接收信号。

本实施例中，综合处理机模块还用于对数字信号进行数字波束形成处理，以得到基带信号的幅度加权参数和相位调节参数，并控制数字处理电路根据幅度加权参数和相位调节参数对所述数字信号进行幅度加权和相位调节。

该星载AIS多通道接收系统利用数字波束成形技术，通过控制每个通道幅度补偿和移相量，可以改变天线阵列的辐射场特性，将天线阵列的辐射场划分为多个小的区域，从而实现对多个方向的信号接收。

该系统工作频率属于150MHz～165MHz范围内的VHF频段，上述的混频器进行混频处理时，采用的本振信号为参考晶振通过二倍频得到，通过本振信号对低噪声放大后的信号进行下变频，得到中频信号。模数转换电路及数字处理电路对中频信号进行信号处理时的参考时钟由参考晶振通过四倍频得到。该综合处理机采用了一次下变频，并在中频进行模数转换以及信号处理，整个系统为相参工作模式。

优选地，上述的参考晶振为恒温晶振，具有良好的相位噪声指标。二倍频和四倍频为通过三极管直接倍频，具有体积小、功耗低的特点。

参考图2及图3所示，本实施例中的天线阵面单元中的天线为背腔式天线，该背腔式天线包括薄膜材料1以及反射腔3；其中，反射腔3设置于薄膜材料1的背面。进一步参考图3，本实施例中，薄膜材料1及反射腔3通过反射腔支撑臂2连接，该反射腔支撑臂的数量为4个，长度为0.5m。本实施例中的薄膜材料1为聚酰亚胺基材与铜箔热压复合而成的柔性薄膜。这里的聚酰亚胺基材的厚度为：50μm；铜箔的厚度为：20μm。本实施例中的反射腔3为金属构成的金属网。该反射腔构成反射腔网，共5个面，将薄膜材料背面(即辐射方向背面)进行覆盖，顶面的大小为1m×1m，其他4个面的大小为1m×0.5m。因此，本实施例中整个金属网的大小为1m×1m×0.5m。

参考图4所示，星载AIS多通道接收系统天线阵面反射腔网面的单个网格的边长小于10cm。本实施例的反射腔为采用铜丝材料进行编织而成。四个支撑臂的材料为碳纤维复合材料。

本实施例提供的天线的天线阵面材料为薄膜和反射腔，具有质量轻的特点，同时能设计成较大尺寸天线，易实现较高天线增益。

参考图5所示，本实施例中的综合处理机模块对各个通道的数字信号进行数字采样，再通过数字波束形成软件对采样的基带信号进行幅度和相位一致性校正和加权处理，形成多个天线波束，并通过数字处理电路调整各通道对相应的信号的加权系数，实现对多个方向的信号接收。这里，通道数量为M，天线波束的数量为N，则不同通道的幅度和相位的加权系数为W(N，M)。优选地，M＝N。

本实施例提供的星载AIS多通道接收系统的每个通道采用相参模式进行信号解调，能极大提高AIS接收系统灵敏度和时隙冲突解调能力。

该系统的天线具有多个相互独立的天线阵面单元，综合处理机具有多个相互独立通道，每个天线阵面单元对应综合处理机一路通道，系统通过利用数字波束成形技术，通过控制每个通道幅度和移相量，改变天线阵列的辐射场特性，将天线阵列的辐射场划分为多个小的区域，缩小单个天线波束的视场覆盖范围，减少单波束区域内所通信船舶数量，有效降低接收信号时隙重叠概率，从而大幅提高AIS信号时隙冲突解调能力。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，对本发明所做的变形或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述的权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种星载AIS多通道接收系统，其特征在于，包括：天线模块及综合处理机模块；所述天线模块包括：若干个天线阵面单元，用于接收空间辐射电磁波信号；所述综合处理机模块包括：若干个互相独立的接收通道，每个接收通道对应一个所述天线阵面单元；

2.根据权利要求1所述的星载AIS多通道接收系统，其特征在于，所述天线阵面单元中的天线为背腔式天线，所述背腔式天线包括薄膜材料和反射腔；所述反射腔设置于所述薄膜材料的背面。

3.根据权利要求2所述的星载AIS多通道接收系统，其特征在于，所述薄膜材料为聚酰亚胺基材与铜箔热压复合而成的柔性薄膜。

4.根据权利要求3所述的星载AIS多通道接收系统，其特征在于，所述聚酰亚胺基材的厚度为：50μm；所述铜箔的厚度为：20μm。

5.根据权利要求2所述的星载AIS多通道接收系统，其特征在于，所述反射腔为金属制成的金属网；单个网格的边长小于10cm。

6.根据权利要求5所述的星载AIS多通道接收系统，其特征在于，所述金属网的大小为1m×1m×0.5m。

7.根据权利要求1所述的星载AIS多通道接收系统，其特征在于，系统工作频率属于150MHz～165MHz范围内的VHF频段，述混频器进行混频处理时，采用的本振信号为所述参考晶振通过二倍频得到，通过所述本振信号对低噪声放大后的信号进行下变频，得到中频信号。

8.根据权利要求1所述的星载AIS多通道接收系统，其特征在于，所述模数转换电路及数字处理电路进行信号处理时的参考时钟由所述参考晶振通过四倍频得到。

9.根据权利要求1所述的星载AIS多通道接收系统，其特征在于，所述综合处理机模块对M个通道的所述数字信号进行采样，再通过数字波束形成软件对采样的基带信号进行幅度和相位一致性校正和加权处理，形成N个天线波束；并通过所述数字处理电路根据调整各通道对相应的信号的加权系数W(N，M)，实现对多个方向的信号接收。

10.据权利要求9所述的星载AIS多通道接收系统，其特征在于，M＝N。