宋果林 鄒光南 王艷峰 石云 尤啟迪

(北京衛(wèi)星信息工程研究所, 北京 100086)

?

衛(wèi)星自動識別系統(tǒng)觀測模型及檢測概率分析

宋果林 鄒光南 王艷峰 石云 尤啟迪

(北京衛(wèi)星信息工程研究所, 北京 100086)

針對衛(wèi)星自動識別系統(tǒng)(AIS)天線的覆蓋面積大、包含多個自組織區(qū)可能導(dǎo)致接收信號碰撞的特點，分析了星載AIS接收信號重疊碰撞的機制，對衛(wèi)星AIS觀測模型進行了等效蜂窩模型的建模，將AIS信號到達衛(wèi)星接收機的過程等效為泊松隨機過程，在此基礎(chǔ)上分析了衛(wèi)星AIS對船舶的檢測概率，并對影響檢測概率的各個因素進行了仿真分析，根據(jù)仿真結(jié)果提出了兩種提高船舶檢測概率的方法，對優(yōu)化AIS的設(shè)計、分析系統(tǒng)對船舶的檢測概率有一定的參考作用。

衛(wèi)星自動識別系統(tǒng)；自組織時分多址；自組織區(qū)；觀測模型；信號碰撞；檢測概率

1 引言

衛(wèi)星自動識別系統(tǒng)(Automatic Identification System，AIS)是在傳統(tǒng)陸基AIS的基礎(chǔ)上，通過使用低軌小衛(wèi)星或小衛(wèi)星星座接收船載AIS站臺發(fā)出的包含船舶靜態(tài)數(shù)據(jù)、動態(tài)數(shù)據(jù)、航行、安全等信息的AIS信號，并將其轉(zhuǎn)發(fā)到地面站進行分析、處理，從而實現(xiàn)大范圍乃至全球海域的艦船監(jiān)視。國外2004年前后開始衛(wèi)星AIS的相關(guān)研究，美國2006年成功發(fā)射了第一顆搭載AIS載荷的衛(wèi)星[1-2]。目前，成功在軌運行的AIS衛(wèi)星包括美國軌道通信公司(ORBCOMM)的Vesselsat-1/Vesselsat-2和第二代軌道通信(ORBCOMM Generation 2，OG2)系列衛(wèi)星、Aprize系列衛(wèi)星，加拿大ExactEarth公司的ExactView系列衛(wèi)星，挪威的AIS納衛(wèi)星星座(AIS Nanosatellite Constellation，AISSat-1&AISSat-2)等。這些AIS衛(wèi)星或AIS衛(wèi)星星座在全球海洋運輸監(jiān)管中發(fā)揮著愈來愈重要的作用，如加拿大COM DEV公司2008年4月發(fā)射的星載AIS試驗系統(tǒng)NTS已為加拿大政府提供了大量星載AIS數(shù)據(jù)服務(wù)，特別是為2010年溫哥華冬奧會安保服務(wù)做出了重要貢獻[3]；美國ORBCOMM公司的OG2衛(wèi)星星座旨在提供全球船舶監(jiān)管與服務(wù)。發(fā)展我國的衛(wèi)星AIS，可用于降低水上交通事故概率、加強遠海海域船舶交通監(jiān)管、加快海上搜尋救助工作以及調(diào)整貿(mào)易戰(zhàn)略和戰(zhàn)略物資的運輸安全等方面，因此亟需驗證并建立自己的衛(wèi)星AIS。

對于衛(wèi)星AIS檢測概率的分析，文獻[4-5]將天線的觀測區(qū)域和自組織區(qū)域等效為正方形，在假設(shè)觀測時間等于發(fā)射間隔的基礎(chǔ)上推導(dǎo)出衛(wèi)星AIS的檢測概率，該模型比較簡單，易于處理，但其模型近似的誤差較大。文獻[6]基于文獻[4]的研究，分析了衛(wèi)星AIS三重碰撞的概率，但未對系統(tǒng)在信號碰撞下對船舶的檢測能力做詳細(xì)分析。

針對衛(wèi)星AIS接收信號存在信號碰撞導(dǎo)致對船舶的檢測概率降低的問題，文章在分析衛(wèi)星AIS接收信號重疊碰撞的基礎(chǔ)上，采用蜂窩模型對衛(wèi)星對地的觀測模型進行了等效的建模分析，將AIS信號到達衛(wèi)星接收機的過程等效為泊松隨機過程，進而推導(dǎo)出衛(wèi)星AIS的檢測概率，并且對影響檢測概率的參數(shù)進行了仿真分析，根據(jù)仿真結(jié)果提出了兩種提高船舶檢測概率的方法，仿真結(jié)果對優(yōu)化AIS的設(shè)計、分析船舶的檢測概率有一定的參考作用。

2 觀測模型及檢測概率

2.1 AIS基本原理

根據(jù)國際電聯(lián)(ITU)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定[7]，AIS采用自組織時分多址(Self-Organized Time Division Multiple Access，SOTDMA)協(xié)議，在CH87B(161.975 MHz)和CH88B(162.025 MHz)兩個頻道上同時接收船舶的靜態(tài)數(shù)據(jù)、動態(tài)數(shù)據(jù)、航行信息以及安全信息等[8]，同時交替地在這兩個頻道上，在屬于自己的時隙位置上發(fā)送AIS信號。船載AIS站臺可以在SOTDMA協(xié)議下有效地與半徑約20 海里(nm)區(qū)域內(nèi)的AIS站臺或岸基站通信，即在一個自組織區(qū)域內(nèi)通信。根據(jù)SOTDMA協(xié)議，每個AIS設(shè)備單元都預(yù)留時隙以備以后的AIS信號發(fā)射，從而避免在同一個自組織區(qū)域內(nèi)與別的AIS信號發(fā)生沖突。

衛(wèi)星AIS將傳統(tǒng)岸基AIS擴展到天基應(yīng)用中，不但有了更大的觀測面積，同時可以彌補傳統(tǒng)AIS無法實現(xiàn)遠洋船舶監(jiān)控的缺點，實現(xiàn)全球船舶的動態(tài)監(jiān)控，并且不需要更改已裝備的AIS設(shè)備。

AIS在時間分配上采用幀的概念，一幀為1 min，分為2250個時隙，每個時隙為26.67 ms，每個時隙可發(fā)送256 bit碼元信息[9]。圖1為采用高級數(shù)據(jù)鏈路控制(High-level Data Link Control，HDLC)規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)格式的AIS數(shù)據(jù)分組格式，根據(jù)AIS消息類型的不同，數(shù)據(jù)分組的長度也不同。一次連續(xù)的傳輸最多只能占用5個連續(xù)時隙，對一個較長的數(shù)據(jù)分組來說，只需采用一個開銷數(shù)據(jù)(上升沿、同步序列、標(biāo)記、幀校驗序列、緩沖)。數(shù)據(jù)分組的長度不應(yīng)超過數(shù)據(jù)傳輸所需的長度，即AIS不應(yīng)另增填補碼[10]。

圖1 AIS數(shù)據(jù)分組格式Fig.1 Packet format of AIS information

SOTDMA基本原理如圖2所示，AIS將本船舶所在自組織區(qū)域內(nèi)的其他船舶的通信狀態(tài)進行解析后，獲得雙通道時隙的使用情況表，根據(jù)時隙狀態(tài)表，按照SOTDMA協(xié)議要求選擇出AIS發(fā)射機使用的發(fā)射時隙，并通過AIS信息中的通信狀態(tài)字段廣播出去，以避免與其他船只的發(fā)射時隙相沖突[11]。AIS收發(fā)機在本次發(fā)射的報文中都預(yù)留有下一次發(fā)射的時隙信息，以便通知其數(shù)據(jù)鏈路上的其他臺站不要占用這個時隙。數(shù)據(jù)鏈路在3～8 min之內(nèi)會重新選擇一次時隙，以此來解決有可能產(chǎn)生的通信碰撞[12]。這個預(yù)留的過程是在SOTDMA協(xié)議下完成，不需要基站控制參與時隙的分配。

圖2 AIS系統(tǒng)SOTDMA原理示意圖Fig.2 Principle of SOTDMA

2.2 衛(wèi)星AIS對地觀測模型建模

對于衛(wèi)星AIS，在衛(wèi)星覆蓋時間范圍內(nèi)，同一船舶發(fā)出的多條AIS信號至少一條被衛(wèi)星正確接收解析，就表明該船舶被檢測到。衛(wèi)星AIS中單顆衛(wèi)星的有效覆蓋范圍通常包含上百個SOTDMA自組織區(qū)域，從而實現(xiàn)對更廣區(qū)域、更多船舶的監(jiān)控，但同時也帶來了新的問題，如接收信號發(fā)生碰撞導(dǎo)致信號無法正確解調(diào)等，影響衛(wèi)星AIS對船舶的檢測能力。AIS信號的碰撞機理可分為兩類[13-14]：

(1)不同SOTDMA自組織區(qū)域同一時隙碰撞：由于接收區(qū)域內(nèi)包含多個自組織區(qū)域，不同自組織區(qū)域內(nèi)的艦船可能會在同一個時隙內(nèi)發(fā)送AIS信息，并同時到達星載接收機，產(chǎn)生AIS信號碰撞，如圖3所示。

圖3 不同SOTDMA自組織區(qū)域同一時隙碰撞示意圖Fig.3 AIS information from different cell collided in the same slot

(2)不同SOTDMA自組織區(qū)域、不同時隙信號因傳輸延時造成碰撞：由于星載接收機可接收信號的區(qū)域大，天線波束覆蓋區(qū)域內(nèi)的艦船雖然在不同的時隙內(nèi)發(fā)送AIS信息，但當(dāng)艦船間距離足夠遠時，由于信號傳輸時延影響也可產(chǎn)生AIS信號同時到達而造成的碰撞。

以上兩種情況產(chǎn)生的AIS信號碰撞現(xiàn)象，都會導(dǎo)致AIS信息接收錯誤，使得對艦船檢測的概率降低。對于標(biāo)準(zhǔn)的AIS信息，其包含有16 bit的緩沖部分，其中12 bit為距離延遲，對應(yīng)的保護距離為375 km。對于軌道高度為800 km的AIS衛(wèi)星，其12 bit距離延遲對應(yīng)的地面保護距離為1623 km，約為877 nm。由此可知當(dāng)衛(wèi)星的天線波束在海面的覆蓋半徑小于877 nm時，衛(wèi)星AIS接收到的沖突信號只有第一種，但當(dāng)衛(wèi)星天線波束在海面的覆蓋半徑大于877 nm時，衛(wèi)星AIS接收到的沖突信號兩種類型均有。如圖4所示，區(qū)域(I)內(nèi)的船只發(fā)射的AIS信號到達衛(wèi)星接收機時只存在第一種類型的碰撞，區(qū)域(IIa)(IIb)內(nèi)的船只發(fā)射的AIS信號到達衛(wèi)星接收機時兩種類型的信號碰撞均有可能存在[4]。

圖4中，h為AIS衛(wèi)星的軌道高度，R為海面船舶到衛(wèi)星的斜距，Rmax為海面船舶到衛(wèi)星的最大斜距，ΔR為保護距離。

為分析衛(wèi)星AIS的檢測概率，對衛(wèi)星AIS對地觀測模型做如下的等效建模，如圖5所示。

模型等效與假設(shè)如下：

(1)將每個自組織區(qū)域等效為邊長為20 nm的正六邊形；

(2)自組織區(qū)域中的船舶報告間隔相同；

(3)觀測時間采用相應(yīng)軌道高度的太陽同步軌道衛(wèi)星的觀測時間；

(4)AIS信號到達衛(wèi)星的過程為一泊松過程[15]。

圖4 衛(wèi)星AIS系統(tǒng)觀測區(qū)域劃分示意圖Fig.4 Observation area division of satellite-borne AIS

圖5 衛(wèi)星AIS區(qū)域劃分Fig.5 Field of view division of satellite-borne AIS

2.3 衛(wèi)星AIS對船舶檢測概率分析

海面上處于不同自組織區(qū)域的船舶上的AIS站臺采用SOTDMA協(xié)議發(fā)送AIS消息，到達衛(wèi)星的AIS信號近似服從泊松分布，衛(wèi)星同時收到k條信息的概率為

(1)

當(dāng)同時收到k(k≥2)條消息時，信號發(fā)生碰撞，k條以上(含k條)消息碰撞的概率為

(2)

若接收系統(tǒng)能容忍k-1條(含k-1)以下信號碰撞，則能正確檢測船舶的概率為

(3)

式中：Tobs為AIS衛(wèi)星對地觀測時間，即衛(wèi)星一次通過時，衛(wèi)星與船舶上AIS臺站的實際通信時間長度。

若接收機無分離碰撞信號的能力，則能正確檢測船舶的概率為

(4)

3 影響檢測概率的參數(shù)分析

3.1 衛(wèi)星的軌道高度h及天線的掃描寬度ΔS的影響

AIS衛(wèi)星的軌道高度通常介于500～1000 km，過低的軌道高度會減少衛(wèi)星對地面的觀測時間；過高的軌道將導(dǎo)致鏈路損耗增大，對衛(wèi)星AIS接收機的性能提出了更高的要求。衛(wèi)星的軌道高度將直接影響到衛(wèi)星AIS的觀測時間Tobs和觀測區(qū)域ΔS的大小這兩個參數(shù)，表1是軌道高度h對觀測時間Tobs和觀測區(qū)域ΔS的影響。在采用覆球波束天線的情況下，衛(wèi)星軌道高度對檢測概率的影響如圖6所示。

表1 不同軌道的太陽同步軌道衛(wèi)星的觀測

由表1和圖6仿真結(jié)果可知：在采用覆球波束天線的情況下，由于軌道高度的增加會引起衛(wèi)星觀測時間的增加，進而提高系統(tǒng)對船舶的檢測概率。結(jié)合目前已經(jīng)發(fā)射的AIS衛(wèi)星，Aprize-3～10衛(wèi)星的軌道高度均介于550～700 km之間，挪威的AISSat-1/AISSat-2系列衛(wèi)星軌道高度在650 km左右，美國ORBCOMM公司的OG2系列衛(wèi)星軌道高度在750 km左右，其他的AIS衛(wèi)星的軌道高度也都介于450～850 km之間，以下仿真的條件設(shè)為軌道高度h=800 km，AIS信號發(fā)送間隔ΔT=6 s。

圖6 不同軌道高度下自組織區(qū)的檢測概率Fig.6 Ship detection probability as a function of number of cells at different altitudes

3.2 衛(wèi)星觀測區(qū)域內(nèi)自組織區(qū)域總數(shù)M的影響

當(dāng)衛(wèi)星AIS觀測時間分別為15、10、5、3 min時，觀測區(qū)域內(nèi)自組織區(qū)域總數(shù)M對檢測概率的影響如圖7所示。

圖7 不同觀測時間下自組織區(qū)總數(shù)對檢測概率的影響Fig.7 Ship detection probability as a function of number of cells for different observation times

由圖7仿真結(jié)果可知：其他參數(shù)保持不變，檢測概率隨著觀測區(qū)域內(nèi)自組織區(qū)域數(shù)量增加而下降。因為自組織區(qū)域數(shù)量的增加會導(dǎo)致到達衛(wèi)星的AIS信號的數(shù)量增加，信號在同一時隙碰撞的概率增大，從而導(dǎo)致船舶的檢測概率下降。

3.3 衛(wèi)星AIS的觀測時間Tobs的影響

衛(wèi)星AIS的觀測時間Tobs與天線的掃描寬度ΔS直接相關(guān)，天線的掃描寬度ΔS越寬，衛(wèi)星對海面某一點的觀測時間Tobs越長。對于衛(wèi)星AIS，其天線的掃描寬度ΔS與星載天線的形式密切相關(guān)。對于目前已經(jīng)在軌運行的AIS微小衛(wèi)星，其天線大多采用單極子天線，如Aprize-3～10系列衛(wèi)星、挪威的AISSat-1/AISSat-2衛(wèi)星、德國的Rubin-7/8/9系列衛(wèi)星等；少部分衛(wèi)星采用偶極子天線和螺旋天線，如美國的VesselSat-1/2采用正交偶極子天線、德國的AISat采用長達4 m的螺旋天線。在觀測區(qū)域內(nèi)自組織區(qū)域總數(shù)分別為1000、2000、3000、4000時，觀測時間Tobs對檢測概率的影響如圖8所示。

圖8 不同自組織區(qū)總數(shù)下觀測時間對檢測概率的影響Fig.8 Ship detection probability as a function of observation time for different number of cells

由圖8仿真結(jié)果可知：其他參數(shù)保持不變，檢測概率隨著觀測時間的增長而顯著地提高。但在實際應(yīng)用中，觀測時間的增加意味著天線覆蓋的區(qū)域增大，其包含的自組織區(qū)域的個數(shù)也相應(yīng)的增加，由檢測概率與自組織區(qū)域數(shù)量的關(guān)系可知，檢測概率隨自組織區(qū)域總數(shù)的增加而減少。因此對于觀測時間的優(yōu)化需要結(jié)合綜合考慮自組織區(qū)域數(shù)量對檢測概率的影響。

3.4 觀測區(qū)域內(nèi)艦船AIS信號發(fā)射間隔時間ΔT的影響

AIS中包括4種消息類型，即靜態(tài)信息、動態(tài)信息、有關(guān)航行的信息、有關(guān)安全的消息[13]，不同信息類型在不同的時間期間內(nèi)有效，因此需要不同的更新間隔，根據(jù)相關(guān)要求，A類船載移動設(shè)備的報告間隔介于2 s～3 min不等；B類船載移動設(shè)備報告間隔介于5 s～30 min不等。在觀測區(qū)域內(nèi)自組織區(qū)域個數(shù)M分別為500、1000、2000、3000、4000時，發(fā)射間隔ΔT對船舶的檢測概率如圖9所示。

由圖9仿真結(jié)果可知：其他參數(shù)保持不變，檢測概率隨著船舶發(fā)射AIS信號間隔的增加先提高然后下降。在實際應(yīng)用中，海面船舶發(fā)射AIS信號的間隔根據(jù)消息的不同和船舶狀態(tài)的不同而有所變化。

圖9 不同自組織區(qū)域總數(shù)下AIS消息發(fā)送間隔對檢測概率的影響Fig.9 Ship detection probability as a function of ship reporting interval for different number of cells

4 提高AIS檢測概率的措施

4.1 窄波束天線的設(shè)計

對于目前已經(jīng)在軌運行的AIS微小衛(wèi)星，其天線大多采用單極子天線，少部分衛(wèi)星采用偶極子天線和螺旋天線。單極子天線增益低、覆蓋范圍大，螺旋天線對于天線加工及展開機構(gòu)要求較高，單極子組陣天線能夠形成高增益賦形波束，是一種較好的選擇方案。戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星-2(TacSat-2)上AIS載荷采用10個單極子陣形成了理想賦形波束[16]，但其安裝面積較大，位于衛(wèi)星的一對太陽翼的結(jié)構(gòu)上，對衛(wèi)星平臺要求較為苛刻。對于微小衛(wèi)星，采用數(shù)量較少的單極子組陣的形式具有一定的工程可實現(xiàn)性。如采用2×2個單極子天線組陣的方式，達到高增益、窄波束賦形效果[17]。窄波束包含的自組織區(qū)域個數(shù)遠小于覆球波束包含的自組織區(qū)域的個數(shù)，因此可以減少信號的碰撞，并且對天線陣進行多通道設(shè)計，當(dāng)一個通道波束覆蓋區(qū)域信號嚴(yán)重碰撞時，另一個通道波束能夠正常接收解調(diào)，提高系統(tǒng)可靠性和對船舶的檢測概率。

4.2 采用高效的碰撞信號分離算法

由圖10仿真結(jié)果可知：若接收機能容忍k重碰撞，即接收機能有效地進行碰撞信號分離，則船舶的檢測概率將大大提高，如在自組織區(qū)域總數(shù)為2500時，若衛(wèi)星AIS能容忍2重碰撞，則檢測概率將從30%提高至75%，若能容忍3重碰撞，則檢測概率將從30%提高至95%。

圖10 可分離k重碰撞信號條件下自組織區(qū)的檢測概率Fig.10 Ship detection probability as a function of number of cells for different separation ability

5 結(jié)束語

本文在分析衛(wèi)星AIS基本原理以及AIS信號碰撞的兩種機制的基礎(chǔ)上，對衛(wèi)星AIS的觀測模型進行了仿真建模，并分析了衛(wèi)星AIS接收機對船舶的檢測概率。由分析和仿真結(jié)果可知，檢測概率與自組織區(qū)域的總數(shù)M呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與觀測時間Tobs呈正相關(guān)的關(guān)系，在實際應(yīng)用中，海面船舶發(fā)射AIS信號的間隔ΔT根據(jù)消息的不同和船舶狀態(tài)的不同而有所變化。此外，衛(wèi)星的軌道高度將直接影響到衛(wèi)星AIS的觀測時間Tobs和觀測區(qū)域ΔS的大小這兩個參數(shù)，進而影響檢測概率。針對衛(wèi)星AIS接收信號碰撞嚴(yán)重導(dǎo)致檢測概率下降的問題，本文提出了采用窄波束天線和高效的信號分離算法兩種方法提高系統(tǒng)對船舶的檢測概率，仿真結(jié)果表明，采用碰撞信號分離，在自組織區(qū)域總數(shù)為2500時，若衛(wèi)星AIS能分離2重碰撞信號，則檢測概率將從30%提高至75%，若能分離3重碰撞信號，則檢測概率將從30%提高至95%。

References)

[1]Gudrun K H, Torkild Eriksen, Bente J Meland, et al. Space-based AIS for global maritime traffic monitoring[J]. Aeta Astrormulica, 2007, 62(2/3): 240-245

[2]王海硯，席在杰，楊文靜. 星載AIS檢測概率計算模型與算法分析[J]. 電訊技術(shù),2011,51(11)：42-46

Wang Haiyan, Xi Zaijie, Yang Wenjing. Calculation model and algorithm analysis of detection probability of spaced-based AIS[J]. Telecommunication Engineering, 2011, 51(11): 42-46 (in Chinese)

[3]計科峰,邢相薇,鄒煥新.小衛(wèi)星載AIS海洋監(jiān)視技術(shù)研究進展[J]. 雷達科學(xué)與技術(shù),2013,11(1)：9-15

Ji Kefeng, Xing Xiangwei, Zou Huanxin. Review and assessment of maritime surveillance based on small satellite-based AIS[J]. Radar Science and Technology,2013,11(1):9-15 (in Chinese)

[4]G Hoye. Observation modeling and detection probability for space-based AIS reception - Extended observation area, FFI/Rapport 04390[R]. Norway: FFI, 2004

[5]鐘杰，王懷勝，鄭力. 星載AIS接收沖突分析及仿真[J]. 電訊技術(shù)，2010，50(10)：6-11

Zhong Jie, Wang Huaisheng,Zheng Li. Analysis and simulation of ship detection probability of space-based AIS[J]. Telecommunication Engineering, 2010, 50(10): 6-11 (in Chinese)

[6]Menghui Yang,Yongzhong Zou, Li Fang. Collision and detection performance with three overlap signal collisions in space-based AIS reception[C]// International Workshop on All-IP Nect Generation Networks,Liverpool:2012 IEEE 11th International Conference on Trust, Security and Privacy in Computing and Communications. New York:IEEE, 2012:1641-1648

[7]Radiocommunication Sector of ITU. Improved satellite detection of AIS[R]. Geneva:ITU,2009

[8]Torkild Eriksen, Gudrun Hoye, Bjorn Narheim,et al. Maritime traffic monitoring using a space-based AIS receiver[J]. Acta Astronautica, 2006, 58(10):537-549

[9]Emma Hart, Jonathan Timmis. Application areas of AIS: the past, the present and the future[J]. AppliedSoft Computing, 2008(8):191-201

[10]Radiocommunication Sector of ITU. Technical characteristics for a universal shipborne automatic identification system using time division multiple access in the maritime mobile band[R]. Geneva:ITU,2014

[11]趙磊.AIS系統(tǒng)中SOTDMA與CSTDMA算法的優(yōu)化與實現(xiàn)[D].大連:大連海事大學(xué),2013

Zhao Lei. Optimization and implementation of the SOTDMA and CSTDMA algorithm in AIS system[D].Dalian:Dalian Maritime University,2013 (in Chinese)

[12]信召舉.基于TDMA的船舶自動識別系統(tǒng)(AIS)監(jiān)測性能分析及研究[D].天津：天津理工大學(xué)，2011

Xin Zhaoju.Reaserch of AIS monitoring performance based on TDMA[D]. Tianjin:Tianjin University of Technology,2011 (in Chinese)

[13]Ole Fredrik Haakonsen Dahl. Space-based AIS receiver for maritime traffic monitoring using interference cancellation[D]. Norway: Norwegian University of Science and Technology, 2006

[14]Cervera M A, Ginesi A. On the performance analysis of a satellite-based AIS system [J]. Signal Processing for Space Communications，2008,11:1-8

[15]樊平毅. 隨機過程理論與應(yīng)用[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2005

Fan Pingyi. Theory and applications of stochastic processes[M]. Beijing: Tsinghua University Press，2005 (in Chinese)

[16]Timothy Duffey, Christopher Huffine, Stuart Nicholson.On-orbit results from the TacSat-2 ACTD target indicator experiment AIS payload[C]//Proceedings of the IAA Symposium on Small Satellite Systems and Services (4S).Paris: ESA,2008

[17]航天恒星科技有限公司. 單極子陣天線：中國，204011685[P]. 2014-12-10

Space Star Technology Co. Ltd.. Monopole antenna array：China，204011685[P]. 2014-12-10 (in Chinese)

(編輯：李多)

Satellite-borne AIS Observe Model and Detection Probability Analyze

SONG Guolin ZOU Guangnan WANG Yanfeng SHI Yun YOU Qidi

(Beijing Institute of Satellite Information Engineering, Beijing 100086， China)

Considering the fact that the antenna of stellite-borne AIS system has a large coverage zone and covers hundreds of SOTDMA cells that may lead to signal collide, the signal collision mechanisms are analyzed in the paper. An equivalent cellular model is established to analyze the detection probability of ships equipped with AIS system. The process of AIS signals accessing the receiver is considered as Poison process. All factors affecting on the detection probability are also discussed on the formula of detection probability. Two methods used to improve the detection probability are discussed in the paper. The results of the analysis and simulation have a positive effect on designing satellite-borne AIS and analyzing the detection probability of vessels.

satellite-borne AIS; SOTDMA; cell；observation model; signal collision; detection probability

2015-05-06；

2015-06-12

國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項目(61401030)

宋果林，男，碩士研究生，研究方向為衛(wèi)星通信技術(shù)。Email:glsong2006@163.com。

V474

A

10.3969/j.issn.1673-8748.2015.04.022