1、 1 毕业设计开题报告 电子信息工程 船舶自动识别系统中 GMSK 调制算法的仿真 一、 综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 船舶自动识别系统（ Automatic Identification System，简称 AIS）是以自组时分多址（ SOTDMA）为核心技术，实现船舶交通管理系统的船 -岸、船 -船间的通信及辅助导航，避免船舶间的碰撞，用于提高航行的安全。 AIS 系统由通信处理模块、基带处理模块、射频模块和接口模块组成。本文以基带处理模块的设计为重点，作为 AIS 通信处理模块与 AIS 收、发模块之间的桥梁，基带处理模 块负责 AIS 协议底层的数字信号处理工作。 在
2、熟悉 GMSK 调制解调原理的基础上，分析了 GMSK 正交调制解调器的基带构成，完成了在 MATLAB 系统工具 Simulink 工具箱下 MSK 调制解调的系统仿真，使用软硬件结合的方式完成了 GMSK 基带信号的调制解调，为国内研制 AIS 系统储备了关键技术。该硬件模块既体现了数字信号处理器的强大功能以及成本最小化，又表现了软件可重编写的灵活性。在 AIS 原理样机的实际应用中呈现了良好的稳定性。 本文从 AIS 系统的整体结构入手，结合具体的协议，以基带处理模块为核心，从硬件设计和软件 算法仿真及实现进行详细的阐述，并且通过试验证实了 AIS 系统的可靠性和准确性，产生的误差均在允
3、许的范围内，能保证航行的安全，提高海上信息传输能力，促进我国航海事业的发展。 采用 AIS 系统，可在加装了 AIS 应答机的船只之间相互提供航道上避免船舶碰撞的信息；实现了船岸信息数据传输；实现了船岸信息联网、船舶信息共享，构建了海事动态管理模式，大大推动了交通运输信息化进程；扩展了海事服务的时空范围，实现了中国海运事业与国际社会的密切联系，并可延伸到边防、海关、缉私、反恐和国防建设等方面，进一步提高海事管理的形象和权 威，增强综合国力和在国际社会上的影响力。 随着 AIS 系统的深入应用和不断发展，必须使现行的航行和交通安全管理方式发生如下两大变化： 2 1.船舶方通过 AIS 将获取更多
4、的助航信息，极大地提高航行安全地自主作用；从管理角度来看，船舶方也从以往被动式地接受管理监督转为主动参与管理。 2. 海事管理部门将从以往的以监督管理为主转向管理与服务并重的局面。所以， AIS系统的出现将极大地改变传统的航行和海事管理的固化方式，对整个海事领域产生的影响极其深远。 GMSK 是以 MSK 为基础的一种调制方式，为更好的理解 GMSK 的调制解 调原理，首先来了解下 MSK（最小频移键控）。 MSK(Minimum shift keying )是相位连续频移键控 (CPFSK)的特殊形式，这是能够获得正交信号所要求的最小调制指数，也是 MSK 名称的由来。 MSK是频移键控 (
5、FSK)的一种改进形式。在 FSK 方式中 ,每一码元的频率不变或者跳变一个固定值，而两个相邻的频率跳变码元信号，其相位通常是不连续的。所谓 MSK 方式，就是FSK 信号的相位始终保持连续变化的一种特殊方式，可以看成是调制指数为 0.5 的一种CPFSK 信号。 GMSK 与 MSK 的主要区别在于， GMSK 在 MSK 基础上加了个高斯滤波器 ,是基带数字信号经高斯低通滤波器处理的 MSK 调制。为了减少已调信号的频谱宽度 ,可以减少高斯低通滤波器的归一化带宽 BT( T 是比特宽度 )，常取 0.2， 0.25， 0.3， 0.4， 0.5 等值，若 BT=1，那么 GMSK=MSK。
6、 GMSK (Gaussian filtered MSK)信号是在 MSK 调制信号基础上发展起来的。在 1979 年日本国际电报电话公司电气通信实验室提出了调制前高斯滤波的 MSK,也就是 GMSK。在 MSK加一高斯低通滤波器 ,由于成形后的高斯脉冲包络无陡峭边沿 ,也无 拐点 , 经调制后的已调波相位路径在 MSK 基础上进一步得到平滑。 MSK (最小移频键控 )信号可以看成是调制系数为 0.5 的连续相位 FSK 信号，尽管它具有包络恒定、相位连续、相对较窄的带宽和能相干解调的优点，但它不能满足某些通信系统对带外辐射的严格要求。为了压缩 MSK 信号的功率谱，在 MSK 调制前增加一
7、级预调制滤波器，从而有效地抑制了信号的带外辐射。 GMSK 信号就是预调制滤波器为高斯低通滤波器的 MSK 信号。它具有恒包络、带外辐射小和抗干扰性强等特点，在世界范围内得到了广泛的应用，特别适用与无线信道和卫星信道。 对于 个人而言，通过此次设计 ,通过查找文献资料，使自己在资料搜集与分类中对资料的归纳、分析、综合运用能力上得到了极大的提高，为今后从事各种科研活动起了极大帮助的铺垫作用。更好的了解船舶自动识别系统的知识，另外对 MATLAB 的应用有了更深的了解，为自己的四年的大学学习生活划上一个圆满的句号！ 3 二、研究的基本内容，拟解决的主要问题： 基本内容： 1、熟悉船舶自动识别系统（
8、 AIS）工作原理； 2、掌握高斯滤波最小频移键控（ GMSK）的算法原理； 3、用 C 语言或 MATLAB 语言编程实现 GMSK 算法。 设计难点（主要问题）： （ 1）掌握 GMSK 的算法原理。 （ 2）如何用 MATLAB 语言编程实现 GMSK 算法。 （ 3）仿真模型建立。 三、研究步骤、方法及措施： （ 1）熟悉 AIS 系统结构和工作原理，确定设计方案； （ 2）掌握高斯滤波最小频移键控（ GMSK）的算法原理； （ 3）熟悉实验室综合通信开发系统的结构 ； （ 4）用 C语言或 MATLAB 语言编程实现 GMSK 算法。 四、参考文献： 1吴建华。现代导航信息系统，武汉理工大学出版社， 2007 2樊昌信。通信原理 M，北京：国防工业出版社， 2002 3 陈怀堔，吴大正，高西全 。 MATLAB 及在电子信息课程中的应用，北京：电子工业出版社， 2006.3 4孙广，孙文强。船载自动识别系统的讨论。大连海事大学学报， 1999 5田日才，刘文贵。 GMSK 调制方式的特点和实现。黑龙江通信技术， 1995， 2 6万方数据库（可从海院网图书馆免费登陆），查阅有关论文。
