Detección por satélite de señales del sistema de identificación automática.

Un sistema (10) para detectar y decodificar senales AIS del Sistema de Identificacion Automatica,

incluyendo elsistema:

(a) una pluralidad de satelites orbitales, teniendo cada satelite orbital (12) al menos una antena (32, 33, 46), teniendola al menos unica antena una pluralidad de polarizaciones de antena para recibir una pluralidad de senales de radiofrecuencia desfasadas, incluyendo las senales de radio frecuencia una o mas senales de mensaje AIS (500);

(b) teniendo tambien cada satelite orbital (12) un modulo de comunicacion configurado para:

(i) aceptar la pluralidad de senales de radio frecuencia desfasadas;

(ii) convertir la pluralidad de senales de radio frecuencia desfasadas a datos en paquetes muestreados;

(iii) insertar los datos en paquetes muestreados y una pluralidad de parametros de senal en un flujo de datos; y

(iv) transmitir el flujo de datos y un flujo de datos de telemetria para el satelite orbital a al menos una estacion detierra (14); y

(c) un procesador (24) situado en la al menos unica estacion de tierra (14) configurado para recibir el flujo de datos;correlacionar el flujo de datos con una pluralidad de senales predefinidas para calcular una pluralidad de senales decorrelacion; y explorar la pluralidad de senales de correlacion en busca de picos de correlacion que exceden de otrospicos en una cantidad predeterminada para identificar una o mas senales de mensaje AIS candidatas, caracterizadoporque el procesador incluye:

(i) un modulo de refinamiento (62) configurado para identificar y quitar una o mas senales de mensaje AISsuperpuestas, siendo la unica o mas senales de mensaje AIS superpuestas una o mas senales de mensaje AIScandidatas superpuestas por una senal de mensaje candidata cuyo pico de correlacion excede del de la unica o massenales de mensaje AIS candidatas en un valor umbral predeterminado;

(ii) un modulo de descolision (63) configurado para descolisionar la unica o mas senales de mensaje AISsuperpuestas, para cada senal de mensaje AIS candidata en la unica o mas senales de mensaje AIS superpuestas,desfasando computacionalmente un primer segmento de senal muestreada de la unica o mas senales de mensajeAIS superpuestas y combinandolo con un segundo segmento de senal muestreada de la unica o mas senales demensaje AIS superpuestas hasta que el desfase en el segundo segmento cancele o reduzca la intensidad relativade, una senal de mensaje AIS de solapamiento para revelar la senal de mensaje AIS candidata, donde el segundosegmento de senal muestreada es coincidente en el tiempo con el primer segmento muestreado, pero se recibe enuna antena diferente o polarizacion de antena diferente; y

(iii) un decodificador (64) configurado para decodificar la unica o mas senales de mensaje AIS candidatas paraobtener un segmento de mensaje AIS.

Detección por satélite de señales del 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 satélites de órbita terrestre baja, transmitiendo las señales a tierra y decodificando las señales usando técnicas de cálculo de alto rendimiento.

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 puede 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 seguridad potencial.

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.

WO 2008/148188 describe un sistema y método para detectar señales AIS en el espacio y decodificar dichas señales. WO 2007/143378 describe un sistema de base espacial para rastrear y supervisar simultáneamente uno o más barcos del océano en cualquier punto de la tierra. El sistema incluye una pluralidad de satélites, incluyendo cada satélite una carga de comunicaciones AIS para recibir señales AIS. WO 03/046603 describe un sistema de satélite para identificación de barcos, incluyendo medios para enviar un mensaje entrante de un barco, mediante al menos un satélite geoestacionario y una estación base, a un centro de control. El documento “Space-Based AIS Receiver for Maritime Traffic Monitoring Using Interference Cancellation” de Ole Fredrik Haakonsen Dahl describe el problema de interferencia entre mensajes AIS de diferentes barcos y cómo la cancelación de una o más señales en el receptor puede hacer que aumente la probabilidad de detección. Se examinan soluciones de receptor para reducir el problema de interferencia utilizando diversidad de antenas junto con el entorno de señal y el potencial de cancelación de interferencia.

Resumen Según un primer aspecto de la invención, se facilita un sistema para detectar y decodificar señales “AIS” del sistema de identificación automática, incluyendo el sistema: (a) una pluralidad de satélites orbitales, teniendo cada satélite orbital al menos una antena, teniendo la al menos única antena una pluralidad de polarizaciones de antena para recibir una pluralidad de señales de radio frecuencia desfasadas, incluyendo las señales de radio frecuencia una o más señales de mensaje AIS; (b) teniendo también cada satélite orbital un módulo de comunicación configurado para: (i) aceptar la pluralidad de señales de radio frecuencia desfasadas, (ii) convertir la pluralidad de señales de radio frecuencia desfasadas a datos en paquetes muestreados, (iii) insertar los datos en paquetes muestreados y una pluralidad de parámetros de señal en un flujo de datos, y (iv) transmitir el flujo de datos y un flujo de datos de telemetría para el satélite orbital a al menos una estación de tierra. Un procesador situado en la al menos única estación de tierra está configurado para recibir el flujo de datos y correlacionar el flujo de datos con una pluralidad de

señales predefinidas para calcular una pluralidad de señales de correlación; y explorar la pluralidad de señales de correlación en busca de picos de correlación que exceden de otros picos en una cantidad predeterminada para identificar una o más señales de mensaje AIS candidatas. El procesador incluye:

(i) un módulo de refinamiento configurado para identificar y quitar una o más señales de mensaje AIS superpuestas, siendo la única o más señales de mensaje AIS superpuestas una o más señales de mensaje AIS candidatas superpuestas por una señal de mensaje candidata cuyo pico de correlación excede del de la única o más señales de mensaje AIS candidatas en un valor umbral predeterminado; (ii) un módulo de descolisión configurado para descolisionar la única o más señales de mensaje AIS superpuestas para cada señal de mensaje AIS candidata en la única o más señales de mensaje AIS superpuestas, desfasando computacionalmente un primer segmento de señal muestreada de la única o más señales de mensaje AIS superpuestas y combinándolo con un segundo segmento de señal muestreada de la única o más señales de mensaje AIS superpuestas hasta que el desfase en el segundo segmento cancele, o reduzca la intensidad relativa de, una señal de mensaje AIS de solapamiento para revelar la señal de mensaje AIS candidata, donde el segundo segmento de señal muestreada es coincidente en el tiempo con el primer segmento muestreado, pero se recibe en una antena diferente o polarización de antena diferente; y (iii) un decodificador configurado para decodificar la única o más señales de mensaje AIS candidatas para obtener un segmento de mensaje AIS.

En algunas realizaciones, el procesador también determina la exactitud de la única o más señales de mensaje AIS candidatas comparando una posición referida de un transmisor AIS, siendo identificada la posición referida en la única o más señales de mensaje AIS candidatas, con una pluralidad de posiciones válidas en base a uno o más de una desviación Doppler, una polarización, un sello de tiempo y los datos de telemetría asociados con la única o más señales de mensaje AIS candidatas.

[Quitado]

En algunas realizaciones, el procesador también extrae una pluralidad de parámetros extraídos de los datos en paquetes muestreados, donde la pluralidad de parámetros extraídos se seleccionan del grupo que consta al menos de: un índice de modulación, amplitudes de señal para cada una de la al menos única polarización de antena de la al menos única antena, y desfases entre las señales recibidas por cada una de la al menos única polarización de antena de la al menos única antena cuando se emplea una pluralidad de polarizaciones de antena o una pluralidad de antenas o ambas. La pluralidad de polarizaciones de antena puede incluir polarizaciones dobles. La pluralidad de polarizaciones de antena puede incluir tres polarizaciones.

El procesador puede ser un grupo de cálculo de alto rendimiento. En algunas realizaciones, la pluralidad de satélites orbitales ocupa al menos tres planos orbitales diferentes, teniendo cada uno de los tres planos orbitales inclinaciones sustancialmente diferentes y/o altitudes sustancialmente diferentes. En algunas realizaciones, el flujo de datos es encriptado para transmisión a al menos una estación de tierra.

1. Un sistema (10) para detectar y decodificar señales AIS del Sistema de Identificación Automática, incluyendo el sistema:

(a) una pluralidad de satélites orbitales, teniendo cada satélite orbital (12) al menos una antena (32, 33, 46) , teniendo la al menos única antena una pluralidad de polarizaciones de antena para recibir una pluralidad de señales de radio frecuencia desfasadas, incluyendo las señales de radio frecuencia una o más señales de mensaje AIS (500) ;

(b) teniendo también cada satélite orbital (12) un módulo de comunicación configurado para:

(i) aceptar la pluralidad de señales de radio frecuencia desfasadas;

(ii) convertir la pluralidad de señales de radio frecuencia desfasadas a datos en paquetes muestreados;

(iii) insertar los datos en paquetes muestreados y una pluralidad de parámetros de señal en un flujo de datos; y

(iv) transmitir el flujo de datos y un flujo de datos de telemetría para el satélite orbital a al menos una estación de tierra (14) ; y

(c) un procesador (24) situado en la al menos única estación de tierra (14) configurado para recibir el flujo de datos; correlacionar el flujo de datos con una pluralidad de señales predefinidas para calcular una pluralidad de señales de correlación; y explorar la pluralidad de señales de correlación en busca de picos de correlación que exceden de otros picos en una cantidad predeterminada para identificar una o más señales de mensaje AIS candidatas, caracterizado porque el procesador incluye:

(i) un módulo de refinamiento (62) configurado para identificar y quitar una o más señales de mensaje AIS superpuestas, siendo la única o más señales de mensaje AIS superpuestas una o más señales de mensaje AIS candidatas superpuestas por una señal de mensaje candidata cuyo pico de correlación excede del de la única o más señales de mensaje AIS candidatas en un valor umbral predeterminado;

(ii) un módulo de descolisión (63) configurado para descolisionar la única o más señales de mensaje AIS superpuestas, para cada señal de mensaje AIS candidata en la única o más señales de mensaje AIS superpuestas, desfasando computacionalmente un primer segmento de señal muestreada de la única o más señales de mensaje AIS superpuestas y combinándolo con un segundo segmento de señal muestreada de la única o más señales de mensaje AIS superpuestas hasta que el desfase en el segundo segmento cancele o reduzca la intensidad relativa de, una señal de mensaje AIS de solapamiento para revelar la señal de mensaje AIS candidata, donde el segundo segmento de señal muestreada es coincidente en el tiempo con el primer segmento muestreado, pero se recibe en una antena diferente o polarización de antena diferente; y

(iii) un decodificador (64) configurado para decodificar la única o más señales de mensaje AIS candidatas para obtener un segmento de mensaje AIS.

2. El sistema de la reivindicación 1, donde el procesador (24) también determina la exactitud de la única o más señales de mensaje AIS candidatas comparando una posición referida de un transmisor AIS (18) , siendo identificada la posición referida en la única o más señales de mensaje AIS candidatas, con una pluralidad de posiciones válidas en base a uno o más de una desviación Doppler, una polarización, un sello de tiempo y los datos de telemetría asociados con la única o más señales de mensaje AIS candidatas.

3. El sistema de la reivindicación 1, donde al menos uno de los parámetros de señal insertados en el flujo de datos es una ganancia de recepción para cada una de las polarizaciones de antena.

4. El sistema de la reivindicación 1, donde la pluralidad de polarizaciones de antena incluye polarizaciones dobles.

5. El sistema de la reivindicación 1, donde la pluralidad de polarizaciones de antena incluye tres polarizaciones.

6. El sistema de la reivindicación 1, donde el procesador (24) es un grupo de cálculo de alto rendimiento.

7. El sistema de la reivindicación 1, donde la pluralidad de satélites orbitales ocupa al menos tres planos orbitales diferentes, teniendo cada uno de los tres planos orbitales inclinaciones sustancialmente diferentes y/o altitudes sustancialmente diferentes.

8. El sistema de la reivindicación 1, donde el flujo de datos es encriptado para transmisión a al menos una estación de tierra (14) .

9. Un método para detectar y decodificar señales AIS del Sistema de Identificación Automática, incluyendo el

método:

(a) proporcionar una pluralidad de satélites orbitales, teniendo cada satélite orbital (12) al menos una antena (32, 33, 46) , teniendo la al menos única antena una pluralidad de polarizaciones de antena para recibir una pluralidad de señales de radio frecuencia desfasadas, incluyendo las señales de radio frecuencia una o más señales de mensaje AIS (500) ;

(b) filtrar, muestrear y paquetizar la pluralidad de señales de radio frecuencia desfasadas en datos en paquetes muestreados; 10

(c) insertar los datos en paquetes muestreados y una pluralidad de parámetros de señal en un flujo de datos;

(d) transmitir el flujo de datos y un flujo de datos de telemetría para el satélite orbital (12) a al menos una estación de

tierra (14) ; 15

(e) recibir el flujo de datos en la al menos única estación de tierra;

(f) correlacionar el flujo de datos con una pluralidad de señales predefinidas para calcular una pluralidad de señales

de correlación; 20

(g) explorar la pluralidad de señales de correlación en busca de picos de correlación que exceden de otros picos una cantidad predeterminada para identificar una o más señales de mensaje AIS candidatas; y

(h) procesar el flujo de datos en la al menos única estación de tierra (14) para identificar una o más señales de 25 mensaje AIS candidatas caracterizado porque el procesado incluye:

(i) identificar y sacar una o más señales de mensaje AIS superpuestas, siendo la única o más señales de mensaje AIS superpuestas una o más señales de mensaje AIS candidatas superpuestas por una señal de mensaje candidata cuyo pico de correlación excede del de la única o más señales de mensaje AIS candidatas en un valor umbral predeterminado;

(ii) descolisionar la única o más señales de mensaje AIS superpuestas, para cada señal de mensaje AIS candidata en la única o más señales de mensaje AIS superpuestas, desfasando computacionalmente un primer segmento de señal muestreada de la única o más señales de mensaje AIS superpuestas y combinándolo con un segundo segmento de señal muestreada de la única o más señales de mensaje AIS superpuestas hasta que el desfase en el segundo segmento cancele, o reduzca la intensidad relativa de, una señal de mensaje AIS de solapamiento para revelar la señal de mensaje AIS candidata, donde el segundo segmento de señal muestreada es coincidente en el

tiempo con el primer segmento muestreado, pero se recibe en una antena diferente o polarización de antena diferente; y

(iii) decodificar la única o más señales de mensaje AIS candidata para obtener un segmento de mensaje AIS.

10. El método de la reivindicación 9, incluyendo además determinar la exactitud de la única o más señales de mensaje AIS candidatas comparando una posición referida de un transmisor AIS (18) , siendo identificada la posición referida en la única o más señales de mensaje AIS candidatas, con una pluralidad de posiciones válidas en base a uno o más de una desviación Doppler, una polarización, un sello de tiempo y los datos de telemetría asociados con la única o más señales de mensaje AIS candidatas.

11. El método de la reivindicación 9, donde al menos uno de los parámetros de señal es una ganancia de recepción para cada una de las polarizaciones de antena.

12. El método de la reivindicación 9, donde la pluralidad de polarizaciones de antena incluye polarizaciones dobles. 55

13. El método de la reivindicación 9, donde la pluralidad de polarizaciones de antena incluye tres polarizaciones.

14. El método de la reivindicación 9, incluyendo además almacenar el flujo de datos en una base de datos (80) y

procesar datos de una pluralidad de flujos de datos para identificar una o más señales de mensaje AIS candidatas. 60

15. El método de la reivindicación 9, donde el procesador es un grupo de cálculo de alto rendimiento.

16. El método de la reivindicación 9, donde la pluralidad de satélites orbitales ocupa al menos tres planos orbitales

diferentes, teniendo cada uno de los tres planos orbitales inclinaciones sustancialmente diferentes y/o altitudes 65 sustancialmente diferentes.

17. El método de la reivindicación 9, incluyendo además encriptar el flujo de datos antes de la transmisión a la al menos única estación de tierra (14) y desencriptar el flujo de datos después de la recepción en la al menos única estación de tierra (14) .

18. El método de la reivindicación 9, incluyendo además hacer el seguimiento y supervisar transmisores AIS (18) integrando datos seleccionados del grupo de: señales de mensaje AIS, seguimiento óptico y radar.