[发明专利]一种基于AIS信号电平的海上表面波导无源监测新方法

权利要求书

1.一种基于AIS信号电平的海上表面波导无源监测新方法，其特征在于，包括：

S1、构建大气基础环境，按照电磁波传播模型计算的精度要求生成满足一定空间分辨率指标的大气修正折射率三维廓线数据集；

S2、搭建与大气修正折射率三维廓线数据集相关联的AIS信号传播环境数据库，利用与VHF信号相适配的电磁波传播模型、大气修正折射率三维廓线数据集、AIS信号辐射源参数信息生成AIS信号传播环境数据库；

S3、配套监测装置研制；

S4、实测AIS信号传播环境数据预处理，对采集的AIS信号传播环境数据进行筛选；

S5、建立合理的目标函数和快速搜索算法，获得较为准确的反演监测结果，目标函数的值是衡量实际观测到的AIS信号传播环境数据和建模仿真获得的AIS信号传播环境数据之间匹配程度的标准，而快速搜索算法负责对建立的目标函数进行优化，以最短的时间在AIS信号传播环境数据库中找到使目标函数最小的数据，并将该数据所关联的包括大气修正折射率三维廓线数据在内的波导参数作为最终输出结果。

2.根据权利要求1所述的基于AIS信号电平的海上表面波导无源监测新方法，其特征在于，在步骤S1中，采用基于大气资料同化的廓线建模方法来构建大气基础环境，具体包括：

S11、大气资料同化

将驱动数据代入到中尺度模式中，并判断时间窗口内是否有岸基、船载平台观测数据，如果有观测数据则通过数据同化算法进行同化，生成最终的数据同化产品用于廓线建模；如果没有观测数据，则中尺度模式输出的结果作为廓线建模的输入；

S12、廓线建模

将低层大气的气压、相对湿度、气温、风速利用相似定理进行加密处理得到高垂直分辨率的低层气压、相对湿度、气温、风速数据，通过融合算法将低层和高层大气的气象数据进行充分融合，进而计算出完整的大气修正折射率廓线。

3.根据权利要求1所述的基于AIS信号电平的海上表面波导无源监测新方法，其特征在于，在步骤S2中，基于表面波导传播损耗模型来计算AIS信号传播环境数据，其表达式如下：

L＝32.44+20lg(f)-Z_y+20lg(r)-L_d            (1)

其中，L是传播损耗，r是传播距离，Z_y是接收天线的高度增益函数，L_d是天线方向图损耗项，f是电磁波频率。

4.根据权利要求3所述的基于AIS信号电平的海上表面波导无源监测新方法，其特征在于，对于接收天线高度z，高度增益Z_y是电波频率f和表面波导高度d的函数，由于AIS设备频率为161.975MHz和162.025MHz，因此高度增益函数表示为：

5.根据权利要求1所述的基于AIS信号电平的海上表面波导无源监测新方法，其特征在于，在步骤S3中，配套监测装置包括：AIS接收机、超短波天线及配套电缆；

所述AIS接收机包括限幅器、射频及终端模块，限幅器用于完成空间无用信号的幅度抑制，射频及终端模块用于完成AIS信号的滤波、变频、放大后解调AIS信息，并根据协议组成AIS报文，通过串口上报到上位机；

所述超短波天线通过电缆与AIS接收机连接，用于完成空间信号的接收。

6.根据权利要求5所述的基于AIS信号电平的海上表面波导无源监测新方法，其特征在于，所述射频及终端模块包括射频单元和终端处理单元；

所述射频单元包括依次连接的第一放大器、功分器，功分器将AIS信号分为两路，每一路分别依次连接有窄带滤波器、第二放大器、混频器及解调芯片；

所述终端处理单元包括处理器、分别与处理器连接的解调芯片、复位芯片、EEPROM、温度传感器、隔离芯片及对外接口芯片。