Sistemas y métodos para la decodificación de señales de un sistema de identificación automática.

Un método de extracción de un sistema de identificación automática,

AIS, de segmentos de mensaje desde al

menos una señal AIS recibida por un satélite (12), comprendiendo el método:

(a) el engaño de (302, 502, 702, 902) al menos una señal AIS desde al menos una antena de satélite;

(b) la generación de múltiples versiones de la al menos una señal AIS recibida mediante la variación de uno o más parámetros de detección de la señal AIS cuando se generan cada una de las múltiples versiones;

(c) la extracción de segmentos de mensaje contenidos dentro de cada una de las múltiples versiones de la al menos una señal AIS usando el al menos un receptor AIS;

(d) la clasificación de los segmentos de mensaje por tiempo de recepción; y

(e) el borrado de cualquier segmento de mensaje duplicado.

Sistemas y métodos para la decodificación de señales de un sistema de identificación automática

Campo Las realizaciones descritas en el presente documento se refieren a sistemas y métodos para la decodificación de señales de un Sistema de Identificación Automática. Más particularmente, las realizaciones descritas en el presente documento se refieren a sistemas y métodos para la supervisión de naves que envían señales del Sistema de Identificación Automática mediante la recepción de las señales con un satélite en órbita terrestre baja y extrayendo segmentos de mensaje contenidos en él.

Antecedentes El Sistema de Identificación Automática (AIS) es un sistema de comunicaciones marítimas diseñado para comunicaciones de corto alcance (típicamente 20-30 millas náuticas) de barco a barco y barco a costa. El sistema AIS usa canales en banda estrecha (es decir un ancho de banda de 25 kHz) en Muy Alta Frecuencia (VHF) centrados en 161, 975 MHz y 162, 025 MHz, con un posible canal adicional en 157, 375 MHz y un método de comunicación denominado Acceso Múltiple por División de Tiempo Auto Organizado (SOTDMA) .

El sistema AIS soporta un cierto número de tipos diferentes de señal. La señal AIS principal enviada por un barco es un informe de posición que proporciona información que pertenece a la identificación, localización, curso, velocidad y otros detalles del barco. Una señal de informe de posición incluye típicamente un campo de entrada, una secuencia de entrenamiento, un marcador de inicio, un campo de segmento de mensaje, una Secuencia de Comprobación de Trama (FCS) , un campo de marcador final y un campo de memoria intermedia. Es el campo de segmento de mensaje el que contiene información que pertenece al barco desde el que se envió la señal AIS, tal como el MMSI (Identidad del Servicio Móvil Marítimo) y la longitud y latitud de la localización del barco. El campo de segmento de mensaje puede incluir también otra información relativa al barco que incluye el estado de navegación, velocidad de viraje, rumbo verdadero, etc., así como otra información tal como una marca de tiempo que indica cuando se obtuvo la información.

El sistema AIS también incluye el uso de un receptor, permitiendo a un barco recibir señales AIS emitidas por barcos alrededor de él y extraer los segmentos de mensaje contenidos en él. Cada minuto, cada canal de VHF se divide en 2250 ranuras de tiempo, cada una de las cuales pueda alojar una transmisión AIS (es decir una señal AIS) , de 26, 67 ms. Las ranuras de tiempo se sincronizan con precisión con el Tiempo Universal Coordinado (UTC) que se usa típicamente en el Sistema de Posicionamiento Global (GPS) , y cada unidad AIS reserva ranuras de tiempo para transmisiones AIS futuras desde el barco. Otras unidades AIS dentro del alcance pueden mantener por lo tanto un mapa de ranuras reservadas y evitar la transmisión durante estos intervalos. La característica de organización automática evita colisiones de señal en los cortos alcances implicados en transmisiones de superficie.

El uso del AIS es ahora obligatorio en todos los barcos de más de 300 toneladas dedicados a viajes internacionales, y se está extendiendo también a otros navíos. Se concibió originalmente como una ayuda a la navegación y a la seguridad y también tiene aplicaciones de seguridad potenciales para supervisión del tráfico marítimo. La detección de la señal AIS se podría conseguir usando estaciones de costa/de tierra, pero el alcance limitado de las señales 45 VHF requeriría que tales estaciones de costa/tierra estuviesen situadas en muchas localizaciones a lo largo de la costa, incluso podrían supervisar solamente la región costera inmediata.

La Solicitud de Patente de Estados Unidos publicada como US 2009/0161797 describe un sistema y método de detección de señales AIS en el espacio y decodificación de estas señales. El sistema incluye un receptor para la recepción de una pluralidad de señales AIS y para procesamiento de éstas para producir unos datos de entrada digitales que se pueden procesar adicionalmente a continuación para identificar una o más señales de mensaje AIS candidatas basados en los desplazamientos Doppler, determinar las estimaciones de los desplazamientos Doppler correspondientes y estimaciones de tiempo de las señales de mensajes AIS candidatas, separar y decodificar estas señales candidatas para obtener segmentos de mensaje correspondientes y validar estos segmentos de mensaje 55 para un formateo AIS apropiado.

Sumario La invención se define en la reivindicación independiente a la que se dirige ahora la referencia. Las características preferidas se establecen en las reivindicaciones dependientes. Las realizaciones descritas en el presente documento se refieren a métodos y sistemas para la extracción de segmentos de mensaje del sistema de identificación automática (AIS) para al menos una señal AIS recibida por un satélite mediante la generación y procesamiento de múltiples versiones de al menos una señal AIS.

En un amplio aspecto se proporciona un método de extracción de segmentos de mensaje del sistema de identificación automática (AIS) desde al menos una señal AIS recibida por un satélite. El método incluye: (a) la recepción de al menos una señal AIS desde al menos una antena de satélite; (b) la generación de múltiples versiones de la al menos una señal AIS recibida mediante la variación de uno o más parámetros de detección de la señal AIS cuando se generan cada una de las múltiples versiones; (c) la extracción de segmentos de mensaje contenidos dentro de cada una de las múltiples versiones de la al menos una señal AIS usando el al menos un receptor AIS; (d) la clasificación de los segmentos de mensaje por tiempo de recepción; y (e) el borrado de cualquier segmento de mensaje duplicado.

En otra característica de ese aspecto de la invención que genera múltiples versiones de la al menos una señal AIS, incluye la variación de al menos uno de entre (i) un parámetro de al menos una señal AIS y (ii) un parámetro del al menos un receptor AIS. Los parámetros de la al menos una señal AIS pueden incluir la frecuencia y amplitud de la al menos una señal AIS. Los parámetros del al menos un receptor AIS pueden incluir la frecuencia central, la respuesta de frecuencia y el ancho de banda de un filtro pasa banda interno a al menos un receptor AIS. Los parámetros de la al menos una señal AIS y del al menos un receptor AIS se pueden variar de una forma predeterminada o en una forma adaptativa en base al número de segmentos de mensaje extraídos.

En otra característica de ese aspecto, la generación de múltiples versiones de la al menos una señal AIS incluye:

(b.1) la división de al menos una señal AIS en un número predeterminado de señales AIS equivalentes y (b.2) el filtrado de cada una de las señales AIS equivalentes usando un filtro pasa banda separado para producir las múltiples versiones de la al menos una señal AIS. El número de filtros pasa banda y el ancho de banda de cada uno de los filtros pasa banda se puede seleccionar de acuerdo con BC = B + (N – 1) * (B – BD) = N * B – (N –1) * BD

donde BD es el ancho de banda mínimo para extraer segmentos de mensaje, B es el ancho de banda de cada filtro pasa banda, BC es el ancho de banda del canal AIS y N es el número de filtros pasa banda. El ancho de banda de cada filtro pasa banda puede estar entre aproximadamente 10 kHz y aproximadamente 14 kHz. En algunos casos el número de filtros pasa banda es de 7 y el ancho de banda de cada filtro pasa banda es aproximadamente de 12 kHz.

En otra característica de ese aspecto, la primera y segunda señales AIS se reciben desde una primera y segunda antenas respectivamente, y la generación de múltiples versiones de la al menos una señal AIS incluye: (b.1) la división de la primera señal AIS en un número predeterminado de primeras señales AIS equivalentes; (b.2) la división de la segunda señal AIS en un número predeterminado de segundas señales AIS equivalentes; (b.3) desplazamiento de fase de cada una de las segundas señales AIS equivalentes en una cantidad diferente para producir una pluralidad de señales AIS desplazadas en fase y (b.4) la combinación de cada una de las primeras señales AIS equivalentes con una de las señales AIS desplazadas en fase para producir las múltiples versiones de la al menos una señal AIS. La cantidad de cada desplazamiento de fase puede estar predeterminada. El número predeterminado puede ser cuatro y la cantidad de desplazamiento de fase puede ser 0º, 90º, 180º y 270º. El número predeterminado puede ser ocho y la cantidad de desplazamiento de fase puede ser 0º, 45º, 90º, 135º, 180º, 225º, 270º... [Seguir leyendo]

1. Un método de extracción de un sistema de identificación automática, AIS, de segmentos de mensaje desde al

menos una señal AIS recibida por un satélite (12) , comprendiendo el método: 5

(a) el engaño de (302, 502, 702, 902) al menos una señal AIS desde al menos una antena de satélite;

(b) la generación de múltiples versiones de la al menos una señal AIS recibida mediante la variación de uno o más parámetros de detección de la señal AIS cuando se generan cada una de las múltiples versiones;

(c) la extracción de segmentos de mensaje contenidos dentro de cada una de las múltiples versiones de la al menos una señal AIS usando el al menos un receptor AIS;

(d) la clasificación de los segmentos de mensaje por tiempo de recepción; y

(e) el borrado de cualquier segmento de mensaje duplicado.

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, donde la generación de múltiples versiones de la al menos una señal AIS comprende la variación (304) de al menos uno de entre (i) un parámetro de al menos una señal AIS; y (ii) un parámetro del al menos un receptor AIS.

3. El método de acuerdo con la reivindicación 2, donde los parámetros de la al menos una señal AIS comprenden la frecuencia y amplitud de la al menos una señal AIS.

4. El método de acuerdo con la reivindicación 2, donde los parámetros del al menos un receptor AIS comprenden la frecuencia central, la respuesta de frecuencia y el ancho de banda de un filtro pasa banda interno a al menos un receptor AIS.

5. El método de acuerdo con la reivindicación 2, donde los parámetros de la al menos una señal AIS y del al menos un receptor AIS se varían de una forma predeterminada o donde los parámetros de la al menos una señal AIS y del al menos un receptor AIS se varían de una forma adaptativa en base al número de segmentos de mensaje extraídos.

6. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, donde la generación de múltiples versiones de la al menos una señal AIS comprende:

(b.1) el reparto (504) de al menos una señal AIS en un número predeterminado de señales AIS repartidas; y

(b.2) el filtrado (506) de cada una de las señales AIS repartidas usando un filtro pasa banda separado para producir las múltiples versiones de la al menos una señal AIS.

7. El método de acuerdo con la reivindicación 6, donde el número de filtros pasa banda y el ancho de banda de cada uno de los filtros pasa banda se selecciona de acuerdo con BC = B + (N – 1) * (B – BD) = N * B – (N –1) * BD

en donde BD es el ancho de banda mínimo para extraer segmentos de mensaje, B es el ancho de banda de cada filtro pasa banda, BC es el ancho de banda del canal AIS y N es el número de filtros pasa banda.

8. El método de acuerdo con la reivindicación 7, donde el ancho de banda de cada filtro pasa banda está entre aproximadamente 10 kHz y aproximadamente 14 kHz.

9. El método de acuerdo con la reivindicación 8, donde el número de filtros pasa banda es de 7 y el ancho de banda de cada filtro pasa banda es aproximadamente de 12 kHz.

10. El método de acuerdo con la reivindicación 1, donde la primera y segunda señales AIS se reciben desde una primera y segunda antenas respectivamente, y la generación de múltiples versiones de la al menos una señal AIS comprende:

(b.1) la división (704) de la primera señal AIS en un número predeterminado de primeras señales AIS divididas;

(b.2) la división (704) de la segunda señal AIS en un número predeterminado de segundas señales AIS divididas;

(b.3) el desplazamiento de fase (706) de cada una de las segundas señales AIS divididas en una cantidad diferente para producir una pluralidad de señales AIS desplazadas en fase; y

(b.4) la combinación (710) de cada una de las primeras señales AIS divididas con una de las señales AIS desplazadas en fase para producir las múltiples versiones de la al menos una señal AIS.

11. El método de acuerdo con la reivindicación 10, donde la cantidad de cada desplazamiento de fase está 65 predeterminada.

12. El método de acuerdo con la reivindicación 11, donde el número predeterminado es cuatro y la cantidad de desplazamientos de fase es 0º, 90º, 180º y 270º, o donde el número predeterminado es ocho y la cantidad de desplazamientos de fase es 0º, 45º, 90º, 135º, 180º, 225º, 270º y 315º.

13. El método de acuerdo con la reivindicación 10, donde la cantidad de cada desplazamiento de fase se determina adaptativamente en base al número de segmentos de mensaje extraídos de cada una de las múltiples versiones de la al menos una señal AIS.

14. El método de acuerdo con la reivindicación 10, donde la generación de múltiples versiones de la al menos una señal AIS comprende adicionalmente el ajuste (708) de la amplitud de al menos una de las primeras señales AIS divididas y de las señales AIS desplazadas en fase previamente a la combinación de cada una de las primeras señales AIS divididas con una de las señales AIS desplazadas en fase.

15. El método de acuerdo con la reivindicación 1, donde la generación de múltiples versiones de la al menos una señal AIS comprende una cancelación de interferencias sucesiva, donde la cancelación sucesiva de interferencias comprende, en al menos un paso sucesivo:

(b.1) la generación (908) de una señal AIS que representa los segmentos de mensaje extraídos;

(b.2) la resta (904) de la señal AIS que representa los segmentos de mensaje extraídos de la al menos una señal AIS para generar una versión de la al menos una señal AIS;

(c.1) la extracción de segmentos de mensaje adicionales contenidos dentro de la versión de la al menos una señal AIS usando el al menos un receptor AIS;

(d.1) la clasificación de los segmentos de mensaje adicionales por tiempo de recepción; y 25 (e.1) el borrado de cualquier segmento de mensaje duplicado en los segmentos de mensaje adicionales.

16. El método de acuerdo con la reivindicación 15, donde la generación de múltiples versiones de la al menos una señal AIS comprende adicionalmente la repetición (910) de las etapas (b.1) a (e.1) hasta que un número de mensajes nuevos extraídos caiga por debajo de un umbral predeterminado.

17. El método de acuerdo con la reivindicación 1, donde una primera y segunda señales AIS recibidas desde la primera y segunda antenas, respectivamente, y la generación de múltiples versiones de la al menos una señal AIS comprende:

(b.1) la división de la primera señal AIS en un primer número predeterminado de primeras señales AIS divididas;

(b.2) la división de la segunda señal AIS en el primer número predeterminado de segundas señales AIS divididas;

(b.3) el filtrado de cada una de las primeras señales AIS divididas usando un filtro pasa banda separado para producir una pluralidad de primeras señales AIS filtradas;

(b.4) el filtrado de cada una de las segundas señales AIS divididas usando un filtro pasa banda separado para producir una pluralidad de segundas señales AIS filtradas;

(b.5) la división de cada una de las primeras señales AIS filtradas en un segundo número predeterminado de primeras señales AIS filtradas divididas;

(b.6) la división de cada una de las segundas señales AIS filtradas en el segundo número predeterminado de segundas señales AIS filtradas divididas;

(b.7) la aplicación de al menos uno de entre un desplazamiento de fase y un desplazamiento de amplitud a cada una de las segundas señales AIS filtradas divididas para producir una pluralidad de señales AIS desplazadas, donde se aplican diferentes desplazamientos de fase y amplitud a cada una de las segundas señales AIS filtradas divididas correspondientes a una segunda señal AIS filtrada particular; y

(b.8) la combinación de cada una de las primeras señales AIS filtradas divididas con una de las señales AIS desplazadas para producir las múltiples versiones de la al menos una señal AIS.

18. El método de acuerdo con la reivindicación 1, donde una primera y segunda señales AIS se reciben desde una 55 primera y segunda antenas, respectivamente, y la generación de múltiples versiones de la al menos una señal AIS comprende:

(b.1) la división de la primera señal AIS en un primer número predeterminado de primeras señales AIS divididas;

(b.2) la división de la segunda señal AIS en el primer número predeterminado de segundas señales AIS divididas;

(b.3) la aplicación de al menos uno de entre un desplazamiento de fase y un desplazamiento de amplitud a cada una de las segundas señales AIS divididas para producir una pluralidad de señales AIS desplazadas, donde se aplican diferentes desplazamientos de fase y amplitud a cada una de las segundas señales AIS

divididas;

(b.4) la combinación de cada una de las primeras señales AIS divididas con una de las señales AIS desplazadas para producir una pluralidad de señales AIS combinadas;

(b.5) la división de cada una de las señales AIS combinadas en un segundo número predeterminado de señales AIS combinadas divididas y

(b.6) el filtrado de cada una de las señales AIS combinadas divididas usando un filtro pasa banda separado para producir las múltiples versiones de la al menos una señal AIS.