Sistema y método para decodificar señales de un sistema de identificación automática.

Un método (100, 150) para producir segmentos de mensaje de Sistema de Identificación Automática

(AIS)decodificados validados a partir de una pluralidad de señales AIS donde una pluralidad de señales AIS son recibidas(102) en uno o más satélites (12, 12') en el espacio y preprocesadas (102) para producir datos digitales de entradacorrespondientes a la pluralidad de señales AIS recibidas, incluyendo el método:

procesar (104, 104') los datos digitales de entrada correlacionando los datos digitales de entrada con una pluralidadde señales predefinidas que tienen diferentes desviaciones Doppler para calcular una pluralidad de señales decorrelación correspondientes, donde la pluralidad de señales predefinidas son generadas aplicando desviacionesDoppler a una secuencia predeterminada de códigos AIS, y explorando la pluralidad de señales de correlación enbusca de picos de amplitud que superen picos de amplitud contiguos en una cantidad predeterminada con el fin deidentificar una o más señales de mensaje AIS candidatas en base a las señales de correlación;

determinar (104, 104') estimaciones de desviación Doppler y estimaciones de tiempo de llegada para la una o másseñales de mensaje AIS candidatas;

decodificar (108) la una o más señales de mensaje AIS candidatas en los datos digitales de entrada para obtenersegmentos de mensaje correspondientes; y

validar (110) los segmentos de mensaje decodificados para formateo AIS apropiado para producir segmentos demensaje AIS decodificados validados.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/CA2008/000666.

Solicitante: COM DEV INTERNATIONAL LIMITED.

Nacionalidad solicitante: Canadá.

Dirección: 155 SHELDON DRIVE CAMBRIDGE ON N1R 7H6 CANADA.

Inventor/es: PEACH, ROBERT.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > LOCALIZACION DE LA DIRECCION POR RADIO; RADIONAVEGACION;... > G01S1/00 (Balizas o sistemas de balizas que transmiten señales que tienen una o más características que pueden ser detectadas por receptores no direccionales y que definen direcciones, posiciones o líneas de posición fijas con relación a los transmisores de las balizas; Receptores asociados a ellas (fijación de la posición mediante la coordinación de una pluralidad de determinaciones de líneas de posición o direcciones G01S 5/00))
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > TECNICA DE LAS COMUNICACIONES ELECTRICAS > TRANSMISION > Detalles de los sistemas de transmision, no cubiertos... > H04B1/59 (Respondedor; Transpondedor)
  • SECCION G — FISICA > SEÑALIZACION > SISTEMAS DE CONTROL DE TRAFICO (control de tráfico... > Sistemas de control del tráfico para los vehículos... > G08G3/02 (Sistemas anticolisión)
  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > LOCALIZACION DE LA DIRECCION POR RADIO; RADIONAVEGACION;... > Sistemas de posicionamiento por satélite; Determinación... > G01S19/11 (siendo los elementos cooperantes seudolitos o repetidores de señales de sistemas de posicionamiento por satélite)

PDF original: ES-2448867_T3.pdf

 

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Sistema y método para decodificar señales de un sistema de identificación automática.

Fragmento de la descripción:

Sistema y método para decodificar señales de un sistema de identificación automática Campo Las realizaciones aquí descritas se refieren a sistemas y métodos para decodificar señales del sistema de identificación automática. Más en concreto, las realizaciones aquí descritas se refieren a sistemas y métodos para supervisar barcos que envían señales del sistema de identificación automática recibiendo las señales con un satélite de órbita terrestre baja y decodificando las señales usando técnicas de correlación.

Antecedentes El sistema de identificación automática (AIS) es un sistema de comunicaciones marítimas diseñado para comunicaciones de barco a barco y barco a tierra de corto alcance (típicamente 20-30 millas náuticas) . El sistema AIS usa canales de banda estrecha (es decir, anchura de banda de 25 kHz) y frecuencia muy alta (VHF) centrados en 161, 975 MHz y 162, 025 MHz, con un posible canal adicional a 157, 375 MHz, y un método de comunicación llamado acceso múltiple por división de tiempo auto-organizado (SOTDMA) .

El sistema AIS soporta un número de diferentes tipos de señal. La principal señal AIS enviada por un barco es un informe de posición que proporciona información relativa a la identificación del barco, la posición, el rumbo, la velocidad y otros detalles. El AIS también incluye el uso de un receptor, que permite a un barco recibir señales AIS emitidas por barcos situados a su alrededor. Cada minuto, cada canal VHF se divide en 2.250 intervalos de tiempo, cada uno de los cuales puede acomodar una transmisión AIS de 26, 67 ms (es decir, señal AIS) . Los intervalos de tiempo se sincronizan exactamente con Tiempo Universal Coordinado (UTC) , usando típicamente el sistema de posicionamiento global (GPS) , y cada unidad AIS reserva intervalos de tiempo para futuras transmisiones AIS del barco. Por lo tanto, otras unidades AIS dentro de rango pueden mantener un mapa de intervalos reservados y evitar la transmisión durante estos intervalos. Esta característica de autoorganización evita colisiones de señal en los rangos cortos implicados en transmisiones de superficie.

El uso de AIS es ahora obligatorio en todos los barcos de más de 300 toneladas que realicen viajes internacionales, y también se está ampliando a otros barcos. Originalmente fue concebido como una ayuda a la navegación y la seguridad, y también tiene potenciales aplicaciones de seguridad para supervisar el tráfico marítimo. La detección de señales AIS se podría lograr usando estaciones de costa/tierra, pero el rango limitado de las señales VHF requeriría que tales estaciones de costa/tierra estuviesen situadas en muchas posiciones a lo largo de la costa, e incluso entonces solamente podrían supervisar la región costera inmediata.

US 6.512.720 B1 describe un método para compensación Doppler en un sistema de comunicaciones subacuáticas de fase coherente. WO 20071143378 describe un sistema de base espacial para rastrear y supervisar simultáneamente uno o más barcos del océano en cualquier punto de la tierra, incluyendo el sistema un número de satélites. Ole Fredrik Haakonsen Dahl: “Space-Based AIS Receiver for Maritime Traffic Monitoring Using Interference Cancellation”, Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología, Master de Ciencia en Tecnología de las Comunicaciones, Junio 2006, páginas 1 a 107, XP002581810, examina soluciones de receptor para reducir el problema de interferencia entre mensajes de diferentes barcos.

Resumen La invención se define en las reivindicaciones independientes a las que ahora se hace referencia. Se exponen características preferidas en las reivindicaciones dependientes.

Según un primer aspecto de la invención, se facilita un método para producir segmentos de mensaje de Sistema de Identificación Automática (AIS) decodificados validados a partir de una pluralidad de señales AIS donde una pluralidad de señales AIS son recibidas en uno o más satélites en el espacio y preprocesadas para producir datos digitales de entrada correspondientes a la pluralidad de señales AIS recibidas, incluyendo el método: procesar los datos digitales de entrada correlacionando los datos digitales de entrada con una pluralidad de señales predefinidas que tienen diferentes desviaciones Doppler para calcular una pluralidad de señales de correlación correspondientes, donde la pluralidad de señales predefinidas son generadas aplicando desviaciones Doppler a una secuencia predeterminada de códigos AIS, y explorando la pluralidad de señales de correlación en busca de picos de amplitud que superen picos de amplitud contiguos en una cantidad predeterminada con el fin de identificar una o más señales de mensaje AIS candidatas en base a las señales de correlación; determinar estimaciones de desviación Doppler y estimaciones de tiempo de llegada para la una o más señales de mensaje AIS candidatas; decodificar la una o más señales de mensaje AIS candidatas en los datos digitales de entrada para obtener segmentos de mensaje correspondientes; y validar los segmentos de mensaje decodificados para formateo AIS apropiado para producir segmentos de mensaje AIS decodificados validados.

En algunas realizaciones, antes de decodificar la una o más señales de mensaje AIS candidatas en los datos

digitales de entrada, el método incluye además refinar el grupo de una o más señales de mensaje AIS candidatas para obtener un grupo refinado de señales de mensaje AIS candidatas y realizar la decodificación en el grupo refinado de señales de mensaje AIS candidatas, y donde refinar las señales de mensaje candidatas incluye: determinar si alguna de la una o más señales de mensaje AIS candidatas se repite en una estimación de desviación Doppler diferente; y quitar todas las señales de mensaje AIS candidatas repetidas. En algunas realizaciones, antes de decodificar la una o más señales de mensaje AIS candidatas en los datos digitales de entrada, el método incluye además refinar el grupo de una o más señales de mensaje AIS candidatas para obtener un grupo refinado de señales de mensaje AIS candidatas y realizar la decodificación en el grupo refinado de señales de mensaje AIS candidatas, y donde refinar las señales de mensaje candidatas incluye: clasificar la una o más señales de mensaje AIS candidatas por sus estimaciones de tiempo de llegada correspondientes; y quitar todas las señales de mensaje AIS candidatas restantes que son solapadas en su lado de tiempo alto por una señal de mensaje AIS candidata más intensa. En algunas realizaciones, antes de la decodificación, el método incluye además volver a filtrar la una o más señales de mensaje AIS candidatas aplicando filtración de banda estrecha centrada en la estimación de desviación Doppler que corresponde a la una o más señales de mensaje AIS candidatas.

El método puede incluir además emplear al menos dos antenas configuradas para recibir la pluralidad de señales AIS, diferenciándose una de otra las al menos dos antenas en al menos una de una manera espacial y de polarización, y antes del paso de decodificación el método puede incluir además combinar la una o más señales de mensaje AIS candidatas recibidas por una de las antenas con una o más señales de mensaje AIS candidatas correspondientes recibidas por al menos una de las otras antenas empleando un desplazamiento de fase que maximiza la amplitud de la una o más señales de mensaje AIS candidatas combinadas con relación a cualesquiera señales de solapamiento, y realizar decodificación en la una o más señales de mensaje AIS candidatas combinadas.

El método puede incluir además descorrelacionar los segmentos de mensaje decodificados validados para obtener datos digitales de entrada modificados, y realizar los pasos de procesado, determinación y decodificación... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un método (100, 150) para producir segmentos de mensaje de Sistema de Identificación Automática (AIS) decodificados validados a partir de una pluralidad de señales AIS donde una pluralidad de señales AIS son recibidas (102) en uno o más satélites (12, 12') en el espacio y preprocesadas (102) para producir datos digitales de entrada correspondientes a la pluralidad de señales AIS recibidas, incluyendo el método:

procesar (104, 104') los datos digitales de entrada correlacionando los datos digitales de entrada con una pluralidad de señales predefinidas que tienen diferentes desviaciones Doppler para calcular una pluralidad de señales de correlación correspondientes, donde la pluralidad de señales predefinidas son generadas aplicando desviaciones Doppler a una secuencia predeterminada de códigos AIS, y explorando la pluralidad de señales de correlación en busca de picos de amplitud que superen picos de amplitud contiguos en una cantidad predeterminada con el fin de identificar una o más señales de mensaje AIS candidatas en base a las señales de correlación;

determinar (104, 104') estimaciones de desviación Doppler y estimaciones de tiempo de llegada para la una o más señales de mensaje AIS candidatas;

decodificar (108) la una o más señales de mensaje AIS candidatas en los datos digitales de entrada para obtener segmentos de mensaje correspondientes; y

validar (110) los segmentos de mensaje decodificados para formateo AIS apropiado para producir segmentos de mensaje AIS decodificados validados.

2. El método de la reivindicación 1, donde, antes de decodificar la una o más señales de mensaje AIS candidatas en los datos digitales de entrada, el método incluye además refinar (106, 106') el grupo de una o más señales de mensaje AIS candidatas para obtener un grupo refinado de señales de mensaje AIS candidatas y realizar la decodificación (108) en el grupo refinado de señales de mensaje AIS candidatas, y donde refinar las señales de mensaje candidatas incluye:

determinar si alguna de la una o más señales de mensaje AIS candidatas se repite en una estimación de desviación Doppler diferente; y

quitar (172) todas las señales de mensaje AIS candidatas repetidas.

3. El método de la reivindicación 1, donde antes de decodificar la una o más señales de mensaje AIS candidatas en los datos digitales de entrada, el método incluye además refinar (106, 106') el grupo de una o más señales de mensaje AIS candidatas para obtener un grupo refinado de señales de mensaje AIS candidatas y realizar la decodificación (108) en el grupo refinado de señales de mensaje AIS candidatas, y donde refinar las señales de mensaje candidatas incluye:

clasificar (170) la una o más señales de mensaje AIS candidatas por sus estimaciones de tiempo de llegada correspondientes; y

quitar (174) todas las señales de mensaje AIS candidatas restantes que sean solapadas en su lado de tiempo alto por una señal de mensaje AIS candidata más intensa.

4. El método de la reivindicación 1, donde antes de decodificar (108) el método incluye además volver a filtrar la una o más señales de mensaje AIS candidatas aplicando filtración de banda estrecha centrada en la estimación de desviación Doppler que corresponde a la una o más señales de mensaje AIS candidatas.

5. El método de la reivindicación 1, donde el método incluye además emplear al menos dos antenas configuradas para recibir la pluralidad de señales AIS, diferenciándose una de otra las al menos dos antenas en al menos una de una manera espacial y de polarización, y antes del paso de decodificación el método incluye además combinar (152) la una o más señales de mensaje AIS candidatas recibidas por una de las antenas con una o más señales de mensaje AIS candidatas correspondientes recibidas por al menos una de las otras antenas empleando un desplazamiento de fase que maximiza la amplitud de la una o más señales de mensaje AIS candidatas combinadas con relación a cualesquiera señales de solapamiento, y realizar decodificación en la una o más señales de mensaje AIS candidatas combinadas.

6. El método de la reivindicación 1, donde el método incluye además descorrelacionar los segmentos de mensaje decodificados validados para obtener datos digitales de entrada modificados, y realizar los pasos de procesado, determinación y decodificación en los datos digitales de entrada modificados.

7. El método de la reivindicación 1, donde antes de la decodificación, el método incluye determinar una estimación de desviación Doppler y una estimación de tiempo de llegada más exactas para la una o más señales de mensaje candidatas.

8. El método de la reivindicación 1, donde al menos un segmento de mensaje decodificado es asociado con un barco dado, y después de la decodificación, el método vuelve al paso de procesado que incluye además:

correlacionar los datos digitales de entrada con una pluralidad de señales predefinidas que corresponden a un subconjunto del al menos único segmento de mensaje decodificado asociado con el barco dado; y

determinar si los datos digitales de entrada son una señal de mensaje AIS candidata asociada con el barco dado.

9. Un sistema (10, 10') para producir segmentos de mensaje de Sistema de Identificación Automática (AIS) decodificados validados a partir de una pluralidad de señales AIS donde una pluralidad de señales AIS son recibidas (102) en uno o más satélites (12, 12') en el espacio y preprocesadas (102) para producir datos digitales de entrada correspondientes a la pluralidad de señales AIS recibidas, incluyendo el sistema:

un módulo de procesado configurado para procesar (104, 104') los datos digitales de entrada correlacionando los datos digitales de entrada con una pluralidad de señales predefinidas que tienen diferentes desviaciones Doppler para calcular una pluralidad de señales de correlación correspondientes, donde el módulo de procesado está configurado además para generar la pluralidad de señales predefinidas aplicando desviaciones Doppler a una secuencia predeterminada de códigos AIS, y para explorar la pluralidad de señales de correlación en busca de picos de amplitud que superen picos de amplitud contiguos en una cantidad predeterminada con el fin de identificar una o más señales de mensaje AIS candidatas en base a las señales de correlación,

un módulo de procesado configurado para determinar (104, 104') estimaciones de desviación Doppler y estimaciones de tiempo de llegada correspondientes para la una o más señales de mensaje AIS candidatas;

un decodificador configurado para decodificar (108) la una o más señales de mensaje AIS candidatas en los datos digitales de entrada para obtener segmentos de mensaje correspondientes; y

un módulo de validación configurado para validar (110) los segmentos de mensaje decodificados para formateo AIS apropiado para producir segmentos de mensaje AIS decodificados validados.

10. El método de la reivindicación 1 o el sistema de la reivindicación 9, donde la secuencia predeterminada de códigos AIS incluye al menos una secuencia de entrenamiento de una señal AIS.

11. El sistema de la reivindicación 9, donde el sistema incluye además un módulo de refinamiento configurado para refinar (106, 106') la una o más señales de mensaje AIS candidatas para obtener un grupo refinado de señales de mensaje AIS candidatas y donde el módulo decodificador está configurado para realizar decodificación (108) en el grupo refinado de señales de mensaje AIS candidatas y donde el módulo de refinamiento está configurado para refinar la una o más señales de mensaje AIS candidatas clasificando (170) la una o más señales de mensaje AIS candidatas por su estimación de tiempo de llegada correspondiente; y quitar (174) todas las señales de mensaje AIS candidatas restantes que sean solapadas en su lado de tiempo alto por un mensaje AIS candidato más intenso.

12. El sistema de la reivindicación 9, donde el sistema incluye además un módulo de refinamiento configurado para refinar (106, 106') la una o más señales de mensaje AIS candidatas para obtener un grupo refinado de señales de mensaje AIS candidatas y donde el módulo decodificador está configurado para realizar decodificación (108) en el grupo refinado de señales de mensaje AIS candidatas y donde el módulo de refinamiento está configurado para refinar la una o más señales de mensaje AIS candidatas determinando si alguna de la una o más señales de mensaje AIS candidatas se repite en una estimación de desviación Doppler diferente; y quitar (172) todas las señales de mensaje AIS candidatas repetidas.

13. El sistema de la reivindicación 9, donde el módulo de procesado está configurado además para volver a filtrar la una o más señales de mensaje AIS candidatas aplicando filtración de banda estrecha centrada en la estimación de desviación Doppler que corresponde a la una o más señales de mensaje AIS candidatas.

14. El sistema de la reivindicación 9, donde el sistema incluye además al menos dos antenas configuradas para recibir la pluralidad de señales AIS, diferenciándose una de otra las al menos dos antenas en al menos una de una manera espacial y de polarización, y donde uno de los módulos de procesado está configurado además para combinar (152) la una o más señales de mensaje AIS candidatas recibidas por una de las antenas con una o más señales de mensaje AIS candidatas correspondientes recibidas por al menos una de las otras antenas empleando un desplazamiento de fase que maximiza la amplitud de la una o más señales de mensaje AIS candidatas combinadas con relación a cualesquiera señales de solapamiento, y donde el decodificador está configurado para realizar decodificación en la una o más señales de mensaje AIS candidatas combinadas.

15. El sistema de la reivindicación 9, donde el sistema está configurado además para descorrelacionar los segmentos de mensaje decodificados validados para obtener datos digitales de entrada modificados, y donde el módulo de procesado está adaptado además para procesar los datos digitales de entrada modificados.

16. El sistema de la reivindicación 9, donde uno de los módulos de procesado está configurado además para determinar una estimación de desviación Doppler y una estimación de tiempo de llegada más exactas para la una o más señales de mensaje AIS candidatas antes de la decodificación.

17. El método de la reivindicación 7 o el sistema de la reivindicación 16, donde el método incluye además el paso de emplear, o el decodificador incluye además, un decodificador Viterbi configurado para decodificar señales moduladas GMSK.

18. El sistema de la reivindicación 9, donde el sistema está configurado además para asociar al menos un mensaje decodificado con un barco dado, correlacionar los datos digitales de entrada con una pluralidad de señales predefinidas que corresponden a un subconjunto del al menos único mensaje decodificado asociado con el barco dado y determinar si los datos digitales de entrada son un mensaje de señal candidato asociado con el barco.