用于确定无线电消息的接收时间的方法

摘要

用于确定无线电接收机(320，330，340)接收发射机(310)发送的二进制编码无线电消息的时间的方法，由此通过接收机接收无线电信号，从而获得模拟电信号，该模拟信号被采样和选择性地解调，由于基于作为数据位流的解调信号来确定消息的数据内容，该数据位流包括已确定接收时间的预定信号元素。本发明的特征在于，基于该数据位流创建数字化存储、构造的比较信号，从而使该构造的比较信号被构造为与采样信号相对应，在于，确定使该构造的比较信号与采样信号之间的相关性最大化的时间变量，在于，该时间变量之后被用于校正预定信号元素的接收的所述时间确定。

权利要求

1.一种用于确定无线电接收机(320，330，340；500；620)接收二进制编码AIS自动识别系统消息的时间的方法，AIS消息由发射机(310；400；610)以作为调制的无线电信号(520)的第一信号的形式发送，由此通过使用天线(501)的接收机接收第一信号，从而使得第二信号采用模拟电信号的形式，第二信号被采样，该采样能够以与第二信号的任意解调相关的任意顺序执行，该采样使用AD转换器(503)执行，从而使得数字化存储的第三信号采用被采样信号形式，其中，根据第三信号将消息的数据内容确定为数据位流，所述数据位流包括接收时间被确定的预定信号元素，其中，基于所述预定信号元素的定时确定消息的接收时间，其特征在于，基于所述数据位流构造数字化比较信号，从而将所构造的比较信号构造为模拟所述第三信号，在于，确定用于时间变量的最优值，所述时间变量表示所构造的比较信号相对于所述第三信号的时间位置，并且对于最优值而言，所构造的比较信号与所述第三信号之间的相关性最大，还在于，时间变量的最优值用于校正预定信号元素的接收时间的确定。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过对所述第二信号进行模拟调制，并接着对产生的相应模拟调制信号进行采样，而获得所述第三信号。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在发射机(310；400；610)调制之前，使用某种滤波器对所述第一信号滤波，并且以相应的方式使用具有与该种滤波器相同的特性的滤波器对表示所述数据内容的数字信号进行滤波以构造所述比较信号。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在计算所述相关性之前，使用滤波器对所构造的比较信号进行滤波，从而使用所述滤波器来模拟所述第三信号的偏差，该偏差由接收机(320，330，340；500；620)在采样之前的模拟频率和/或相位响应而引起。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述AD转换器(503)发送至少一个用于标记某个采样时间点的中断信号，在于，使用所述接收机中的时钟(507)来确定发送这种中断信号的时间，还在于，通过将所述中断信号的发送与所述第三信号的某个时间位置相关联，基于所述中断信号的发送时间进行所述预定信号元素的接收的时间确定。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述AD转换器(503)以预定时间间隔发送多个中断信号，为了估计某个中断信号的发送时间点，使用所述时钟(507)确定多个这种相应的中断信号的发送时间，并且使用所述时间间隔来进行调整，在于，对这些调整的时间确定取平均，从而获得该个中断信号的发送的平均时间确定，在于，通过使该个中断信号与采样的信号的某个时间位置相关联，基于该个中断信号的发送的平均时间确定进行所述预定信号元素的接收的时间确定。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述时钟(507)包括本地振荡器，其定期地同步到接收的GPS全球定位系统信号(530)中的时间信息。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收机(320，330，340；500；620)知道所述发射机(310；400；610)的位置，还在于，分别基于所述发射机和所述接收机位置之间的距离，通过所述接收机对于无线电信号(520)在所述发射机和所述接收机之间传送所花的时间校正所述预定信号元素的接收的时间确定，来同步所述发射机和所述接收机之间的时间共同点。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，至少三个接收机(320，330，340)的相应时钟(507)已经预先被同步，所述至少三个接收机从某个发射机(310)接收同一个无线电信号(520)，在于，每一个接收机确定接收到的信号的相同预定信号元素的接收时间，还在于，基于所述三个接收机的相应位置结合用于所述信号元素的相应接收的相应时间点之间的差，借助于与所述至少三个接收机通信的中央单元(350)，通过使用三角测量来确定所述发射机的位置。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，计算的用于所述发射机(310；400；610)的位置和/或航向和/或已经基于所述发射机的位置的几个连续计算而计算出的速度与从所述发射机发送的AIS自动识别系统消息中声明的用于所述发射机的位置和/或航向和/或速度进行比较，还在于，在两个位置和/或航向和/或速度两两相差大于一个相应的预定值的情况下，发送警报信号。

11.一种接收机(320，330，340；500；620)，其被设置为接收由发射机(310；400；610)以作为调制的无线电信号(520)的第一信号形式发送的二进制编码AIS自动识别系统消息，该接收机包括天线(501)、AD转换器(503)，所述天线被设置为接收第一信号，使得第二信号采用模拟电信号形式所述AD转换器被设置为采样所述模拟电信号，该采样能够以与第二信号的任何解调相关的任何顺序执行，使得数字化存储的第三信号采用被采样的信号形式，该接收机进一步包括解码设备(504)，其设置为解码所述第三信号并且由此获得作为数据位流的消息的数据内容，该数据位流包括接收时间被确定的预定信号元素，其中，所述接收机被设置为基于预定信号元素的时间确定消息的接收时间，并且由此所述接收机包括时间确定设备(508)，其设置为确定所述预定信号元素的接收时间，其特征在于，所述时间确定设备被设置为基于所述数据位流构造数字化的比较信号，从而将构造的比较信号构造为模拟所述第三信号，在于，所述时间确定设备被设置为确定对于时间变量的最优值，该时间变量表示所构造的比较信号相对于所述第三信号的时间位置，并且对于该最优值而言，所构造的比较信号和所述第三信号之间的相关性最大，还在于，所述时间确定设备被设置为使用时间变量的最优值校正预定信号元素的接收的时间确定。

12.一种用于确定发射机(310；400)的位置的系统，所述发射机发送调制的无线电信号(520)形式的二进制编码AIS自动识别系统消息，其特征在于，所述系统包括至少三个根据权利要求11所述的接收机(320，330，340)，每一个接收机包括被同步的相应时钟(507)，该接收机设置为从所述发射机接收同一个无线电信号(520)，在于，每一个接收机设置为确定接收到的信号的相同预定信号元素的接收时间，还在于，所述系统设置为三个接收机的相应位置结合用于所述信号元素的接收的相应时间点之间的差，通过使用三角测量来确定所述发射机的位置。

说明书

用于确定无线电消息的接收时间的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于确定无线电信息，尤其是从发射机发送到位于发射机附近的接收机的AIS(自动识别系统)信号的接收时间的方法。此外，本发明还涉及一种接收机，尤其是用于接收这种信号的AIS接收机。

背景技术

[0002] 例如，在航海和航空领域，标准的通信系统AIS被广泛地用于例如移动的舰船之间的本地通信，或者移动的舰船和比如港口或灯塔等的固定安装地之间的本地通信。例如参见由国际电信联盟在2010年公布的“建议ITU-RM.1371-4”。

[0003] 根据该系统，一组数字编码的、不同类型的预定消息能够被例如船舶所使用，此外，用于向位于上述船舶的本地地理位置附近的接收者通知该船舶的当前位置和速度。该系统就如下意义而言是自组织的，参与的发射机在特定长度的预定周期性重复的时间窗上将它们相应的发射分隔，从而使各个发射机使用时间窗的特定部分以用于发射。

[0004] AIS系统经常就如下意义而言具有低安全性：很难核实正被发送的数据的内容(比如发射机的位置)是否是准确的且与实际情况一致。这意味着期望参与的发射机被期望遵循AIS标准并且发射准确的信息，并且意味着只有简单的用于核实接收到信息的安全性的步骤被构建在该系统中。例如，过大时间误差对于发射的信号来说是不允许的。

[0005] 期望提供一种对于由船舶发射的比如船舶位置、速度和航向等的信息的控制能力被提高的接收机。也期望能够检测特定的AIS信号是否由同一个发射机发送。

[0006] 已知使用方向性天线用于测量无线电发射机的方向，从而因此核实发射机的位置。然而，这是高成本的且精确度相对较低。

[0007] 进一步期望提供用于使得本地时钟与其他发射船舶不同步的船舶重新同步其本地时钟的简单方式。具体地，期望提供所谓的辅助同步，该第二同步技术在AIS标准支持的同步处理出于一些原因不可用时能够用作该处理的替代。

[0008] 也期望提供用于使得两个或多个发射机/接收机能够在具体的时间定义上达成一致的方式，该具体的时间定义在发射机/接收机之间是保密的，其他任何接收方都不能接收关于此信息的信息。

[0009] 优选地应该使用现有AIS标准装备以有成本效益的方式并且在对现有AIS装备进行最少量的必要修改的情况下达到这些目的。

发明内容

[0010] 本发明解决上述的问题。

[0011] 因此，本发明涉及一种用于确定无线电接收机接收到二进制编码AIS消息的时间的方法，该AIS消息由发射机以作为调制的无线电信号的第一信号形式发送，由此，接收机使用天线接收到第一信号，从而获得模拟电信号形式的第二信号，该第二信号被采样和选择性被解调，该采样和解调能够以任何顺序执行，该采样使用AD转换器执行，从而获得被采样和选择性解调的信号形式的数字化存储的第三信号，其中，根据第三信号将消息的数据内容确定为数据位流，该数据位流包括接收时间被确定的预定信号元素，其中，基于预定信号元素的时间以确定消息的接收时间，该方法的特征在于，基于所述数据位流生成数字化存储的、构造的比较信号，从而将构造的比较信号构造为与第三信号相对应，在于，确定对于时间变量的最优值，该时间变量表示构造的比较信号相对于第三信号的时间位置，并且对于该最优值，构造的比较信号和第三信号之间的相关性最大，还在于，时间变量的最优值用于校正预定信号元素的接收的时间确定。

[0012] 此外，本发明涉及一种接收设备，其被设置为接收由发射机以作为调制的无线电信号的第一信号形式发送的二进制编码AIS消息，该接收设备包括被设置为接收第一信号并且由此获得模拟电信号形式的第二信号的天线、AD转换器和选择性的解调设备，该AD转换器和选择性的解调设备被设置为采样并且可能地解调所述模拟信号，该采样和解调能够以任何顺序执行，并且由此获得被采样和选择性解调的信号形式的数字化存储的第三信号，该接收设备进一步包括解码设备，该解码设备被设置为解码第三信号并且由此获得作为数据位流的消息的数据内容，该数据位流包括接收时间被确定的预定信号元素，其中，该接收设备被设置为基于预定信号元素的时间以确定消息的接收时间，该接收设备的特征在于，该接收设备包括时间确定设备，该时间确定设备被设置为确定预定信号元素的接收时间，在于，该时间确定设备被设置为基于所述数据位流生成数字化存储的、构造的比较信号，从而将构造的比较信号构造为与第三信号相对应，在于，该时间确定设备被设置为确定对于时间变量的最优值，该时间变量表示所构造的比较信号相对于第三信号的时间位置，并且对于该最优值，构造的比较信号与第三信号之间的相关性最大，还在于，该时间确定设备被设置为使用时间变量的最优值校正预定信号元素的接收的时间确定。

附图说明

[0013] 在下文中，将参考本发明的示例性实施例和附图来详细描述本发明，在所述附图中:

[0014] 图1示出了一般AIS消息的结构；

[0015] 图2示出了表示高斯滤波的、数字编码的、例示AIS消息的曲线图；

[0016] 图3是示出能够用于根据本发明的第一实施例的方法中的根据本发明的系统的概略图；

[0017] 图4示出了根据本发明的AIS装备的发射机功能；

[0018] 图5a和5b示出了根据本发明的AIS装备中的接收机功能的两种不同变体；

[0019] 图6是示出能够用于根据本发明的第二实施例的方法中的根据本发明的系统的概略图；以及

[0020] 图7a-7d是表示根据本发明的信号处理的相应曲线图。

具体实施方式

[0021] AIS是时间分布式消息系统的一个示例，在该系统下，在对发送消息所需要通过的共用中心单元没有需求的情况下，在地理上接近的连接单元之间能够直接发送标准二进制编码的无线电消息。该系统基于周期性地或非周期性地发送不同类型的标准消息的AIS连接的发射机，并且也基于包含在该系统中的不同发射机自身在它们之间分布各个发射时间周期的可用带宽。

[0022] 图3示出了永久性安装在陆地上的两件装备330、340，装备330、340用于接收和可能地发射AIS消息，以及布置成从海岸300离开的船310、320形式的在水上移动的船舶，该船舶包括用于发射和接收AIS消息的相应装备。无线电信号311、321形式的AIS消息被示意性示出。

[0023] 如图3所示，至少AIS发射机310和320向所有的在上述相应的AIS发射机的接收范围之内的AIS接收机发射信号。虽然所有连接的设备310、320、330、340没有必要是相同的标准类型，但是当它们地理位置上被聚集在一起时，它们将基于在特定发射周期上的时间划分而在它们之间建立自组织通信网络。其工作原理落在AIS标准范围之内并且本身是常规的。

[0024] 应当理解，在图3中示出的固定的和移动的单元310、320、330、340可以同样是其他类型的固定设备，比如在机场中永久性安装的应答机，可以是其他类型的移动船舶，比如飞行器或轮式车辆。

[0025] 不同类型的AIS消息试图被用于不同类型的信息，该信息例如包括与用于被连接的设备的当前位置、速度、偏航率、目的地、吃水深度等相关的信息。根据AIS标准的以不同的间隔并且使用不同的功率，尤其根据发射机的类型而发射不同类型的AIS消息。

[0026] 除此以外，AIS系统的这些和其他方面在建议ITU-R M-1371(上述)中进行控制。更多信息也出现在由国际海事组织(IMO)提供的文件中。

[0027] 图1示出了用于AIS消息的通用数据结构，该AIS消息包括以下的二进制编码字段。一个“位”是“1”或者“0”。

[0028] ·前导码：24位的初始序列。例如可能是交替的“0”和“1”，但是至少具有一个末尾的“0”。

[0029] ·起始标识和结束标识：都包括8位，并且用作用于AIS消息的定界符。例如可以是全为“1”的8位。

[0030] ·数据：168位，除了待发射的信息之外还包括消息标识符MSG ID，发送者标识符使用者ID以及字段通信状态。

[0031] ·FCS：基于字段数据的内容计算的16位校验码，该校验码的目的是能够核实AIS消息内容的完整性。

[0032] ·缓冲：24位，能够以与预定的方式被使用从而传送例如与发送者的距离和信号质量相关的信息。

[0033] 因此，总长度是256位，字段数据的特定部分被用于参数值的实际发射，同时一些初始字段，比如前导码和起始标识，包括预先确定的信息。

[0034] 图4示出了根据优选实施例的AIS设备400的关于发射的功能结构，包括用于汇编和周期性发射至少一个预定类型的AIS消息的装置，该AIS消息可被用于AIS消息的接收设备读取。优选地，发射设备400遵循具体AIS类型(比如“分类A”、“分类B”、基站、AtoN(航标)、SART(搜救与营救发射机)等)的规定，并且本身能够以特定间隔发送不同AIS消息类型的特定组合。

[0035] 设备400包括传感器401，该传感器被设置为：比如基于分配给分布式系统中的发射设备400的时间帧或者基于CSTMDA，检测将被发送的某个预定类型或者可能的其他类型的AIS消息。

[0036] 此外，发射设备400包括数字消息汇编装置402，其被设置为汇编、数字化存储和计算用于所述预定类型的和任何其他类型的AIS消息的校验码。消息汇编装置402接收来自数据源403的、尤其或者至少在AIS消息中发送的信息，该信息可以包含比如地理位置、发射机识别等的信息。

[0037] 由消息汇编装置402生成和存储的消息的示例在图2中显示为在图的底部示出的二进制“1”和“0”的序列。在图2中，出于清楚的原因消息被简化。

[0038] 在优选实施例中，发射设备400还包括滤波装置404，该滤波装置404被设置为基于所述数字化存储的二进制信号而生成滤波信号。这种滤波信号的一个示例在图2中被示出，比如上部曲线。二进制“1”和“0”在图2中显示为靠近滤波信号，并且从图2中清晰地看出二进制“1”与曲线中的较高信号值相对应，并且，对于二进制“0”反之亦然，其与曲线中的较低信号值相对应。如图2所示，消息不会遵循与在图1中示出的不同字段的位数相关的格式。

[0039] 从图2中清晰地看出，滤波曲线不是纯阶梯函数，但是阶梯函数的滤波版本与图中曲线下面的数字序列相对应。该滤波使得曲线具有特征化的外观。优选的滤波器的示例包括使用高斯滤波器的滤波，比如传统的GMSK调制(高斯最小频移键控)。优选地，获得的滤波曲线是模拟的，由此滤波器优选地能够是模拟滤波器，但是滤波器也可以是数字化编码的，在该情况下，滤波器是数字化的。

[0040] 经滤波的曲线被馈送到调制设备405，该设备调制(优选地频率调制)载波上的滤波信号，该信号然后被放大并且馈送到天线406，该天线继而将AIS信号作为无线电信号420发射。

[0041] 优选地，所有步骤401-406分别组成同一个计算机装备的软件或硬件实施的部件，该计算机装备在该情况下包括或组成设备400。

[0042] 图5a示意性示出了根据本发明的AIS设备500的接收功能，该接收功能被设置为确定AIS设备500接收到由与上述发射机类似的发射机发送的AIS消息的时间。天线501被设置为接收编码AIS消息的输入无线电信号520，从而获得模拟电信号。无线电信号(其为调制的无线电信号)由如下的载波组成：在该载波上调制数据信号，优选地进行频率调制。无线电信号是本发明的第一信号。

[0043] 接收到的模拟信号组成本发明的第二信号。该第二信号被采样并且也可能被解调。因此，被生成的、采样的并且选择性地解调的信号组成本发明的第三信号。如果信号同时被采样和解调，则采样和解调可以以任何顺序执行，参见下文。

[0044] 根据本示例性实施例，第二信号被解调和采样，该采样使用AD转换器503来执行，从而获得与被解调的模拟信号相对应的数字化存储的、被采样的和被解调的信号。AD转换器503具有至少10kHz的采样频率，优选至少100kHz。选择性地，采样频率是接收到的信号的每秒位速率的至少10倍，该位速率在AIS消息的情况下是9600Hz。

[0045] 图5a示出了解调设备502，该解调设备被设置为接收所述模拟电信号，并且将该信号解调，从而获得被解调的模拟信号，并且将该模拟信号馈送到AD转换器503。至于该被解调的模拟信号的外观，其类似于图2中的上部曲线，但是也包括一些以噪声和来自发射机和接收机的任何额外的滤波效应的形式的一些成分。

[0046] 图5b与图5a相同，但是示出了替代构造，其中，AD转换器503被设置为采样来自天线501的输入频率调制的模拟信号，从而获得该信号的数字版本，并且其中，解调设备502是数字化的，并且在数字域中执行解调。

[0047] 也应当理解，在第二信号被直接采样的情况下，能够执行数字解调，或者，在不需要特定解调的情况下，信息能够从采样的信号中直接提取。

[0048] 被解调的数字信号然后被馈送到解码设备504，该解码设备504被设置为基于被解调的信号将AIS信息数据内容确定为与图2中的下部数字序列类似的位数据流。该解码以比如常规方式完成。解码设备504优选地是AIS标准调制解调器，该调制解调器还可以包括例如解调设备502。

[0049] 解码设备504被设置成在解码之后使得经由接口505可以获得接收到的消息，比如用于公布消息的图形显示或数字通信接口，以用于外部软件模块的读取。

[0050] 根据本发明，预定信号元素已经被预先定义，该信号元素已知为位数据流所包含。这种预定信号元素的优选示例是如图1和图2所示的字段“起始标识”的前沿或尾沿。例如，在前沿处，可以预先知道一个“0”后面跟着一连串八个“1”。在尾沿侧，可以预先知道一连串八个“1”后面跟着一个“0”。后述类型的信号元素通过图2中的箭头201表示。优选地，预定信号元素以相应的方式由AIS消息的多个位中的预定位置构成，该AIS消息的数据内容预先是已知的，并且优选地包括预先已知长度的一连串“1”或一连串“0”，其之后跟着从“0”到“1”的变化或者从“1”到“0”的变化。这在被解调信号中提供了简单的且清晰易辨的向上侧或向下侧。尤其优选地，特别是在AIS应用中，信号元素由每一位为“0”或“1”并且分别跟着到“1”或“0”的切换的之前已知的一连串位中的最终位构成。具体地，AIS信息中的字段“起始标识”的末端(换言之其尾沿)是有用的。

[0051] 根据本发明，确定信号元素的接收时间，然后通过预先已知的消息中的预定信号元素的位置，基于预定信号元素的时间确定消息的接收时间。

[0052] 这是通过首先由时间确定设备508并且基于位数据流(换言之基于接收到的AIS消息中的数据内容)生成数字化存储、构造的比较信号，使得构造的比较信号被构造为在解调之前或者优选在解调之后与接收的频率调制信号相对应而完成的。该比较信号必须总是与采样信号相对应，但是在AD转换器503设置在解调设备502的上游的情况下，可以将比较信号构造为与解调之前或解调之后的采样信号相对应。在由天线接收到的信号在被发射机调制之前被特定滤波器滤波的情况下，优选以相应的方式通过使用滤波器对表示数据内容的数字信号进行滤波而构造该比较信号，该滤波器具有与所述特定滤波器基本相同的属性，例如根据以上的高斯滤波器。

[0053] 从图5a和5b中可以清晰地看出，AIS消息中被解码的二进制数据从解码设备504馈送到时间确定设备508。另外，采样信号，或者可替代地采样的和解调的信号与中断信号一起(参见下文)馈送到时间确定设备508。

[0054] 在上下文环境中，比较信号“被构造为对应于”接收到的信号表示：时间确定设备508通过以一种模拟或与发射机中的信号处理对应，而产生发送的然后被接收的调制无线电信号520的方式来数据处理接收到的AIS消息的数字内容(比如以二进制的“1”和“0”的形式)，而数字化地合成信号曲线。换言之，利用发射机的关于发射机如何产生发射的无线电信号的已知特征，AIS消息中的被解码二进制数据被用于模拟由时间确定设备508接收的被采样和选择性解调的信号。

[0055] 在如图4、5a和5b所示的示例中，该示例表示获得了在图2的顶部示出类型的高斯滤波曲线，其与在解码设备504中分析的AIS消息中的位序列相对应。因此，在该示例中，已经被天线501接收的信号在被发射机调制之前已经被特定的滤波器滤波，该特定的滤波器因此也适用于所构造的信号。

[0056] 此后，时间确定设备508确定用于时间变量的最优值，该时间变量规定了所构造的比较信号在时间刻度上相对于所述采样和可能解调的信号的位置或位移，对于其最优值而言，所构造的比较信号和采样信号之间的相关性最大。在下文中，出于简化的原因，采样和可能解调的信号被表示为“采样信号”。

[0057] 这里，术语“相关性”指的是在对于单个时间点而言在两个信号之间执行的比较操作，该相关性是以特定时间间隔观察到的信号的整体一致性和/或协方差的测量。

[0058] 换言之，所构造的比较信号被定向为相对于相应的采样信号有一定时间刻度的位移，在这之后，计算信号之间的相关性，并且使得相关性最大化的位移是用于时间变量的最优值。

[0059] 相关性例如可以根据如下的公式计算：

[0060]

[0061] 其中，

[0062] j＝所述时间常数

[0063] Cj＝对于时间常数＝j的相关性，

[0064] K＝常数，

[0065] {T0，T0}＝上述的时间间隔.

[0066] S(i)＝在点(i)的采样信号曲线，以及

[0067] J(i)＝在点(i)所构造的比较信号曲线。

[0068] {T0，T0}可以覆盖信号曲线的整个时间叠区，可替代地，只是更短的测试时间间隔。

[0069] 可以认识到，以相应的方式可以在连续的时间间隔上而不是离散的时间点上计算相关性。

[0070] 因此，计算使得Cj最大化的j的值。

[0071] 根据优选实施例，通过计算对于多个时间变量值的相关性，然后根据时间变量搜索用于该相关性的全局极大值，来计算对于时间变量的最优值。用数字表示，为通过首先确定两个信号的初始时间相对定向来执行上述的计算，该相对定向可以基于用于接收机500中的延迟的经验派生值。然后，可以对于相对于原始时间定向向前或向后移动的多个时间变量值计算相关性，从而获得相关性函数C(j)的大致近似，借助于该近似可以确定用于最优时间变量的粗略值。然后，为了获得用于最大值的更加精确值，可以对于所述粗略值周围的间隔中时间变量的较短间隔计算相关性。该计算能够重复多次，并且最终能够计算相关函数的导数，最大值能够确定为该导数函数与0相交时的时间变量值。例如可以借助于线性插值来计算该相交。在接收机500中的微处理器中，并且在时间确定设备508的发起下进行所有这些计算。

[0072] 然后，因此而确定的用于时间变量的最优值被用于校正预定信号元素的接收时间的确定。然后通过时间确定设备508经由接口505发布关于校正的时间的信息。

[0073] 根据优选的实施例，解码设备504被设置为检测上述预定信号元素的接收，并且在这样的检测时将该接收报告给时间确定设备508。在此情况下，检测可以是解码设备504接收的预定信号元素的时间确定，该时间通过上述的时间变量进行校正。

[0074] 根据又一优选实施例，在AIS消息被接收到之前，测量接收机中的所有相关延迟，该延迟包括解调设备502、AD转换器503和解码设备504中的延迟。因此，除了使用最优时间变量来进行调整之外，下述的延迟也用于调整预定信号元素的时间确定：影响通过时间确定设备508得到的且与预定信号元素的接收相关的这些所述延迟，和/或在信号表明已经被接收到的预定信号元素到达时间确定设备508之前产生的这些所述延迟。这种延迟一般是一致的、可预计到的，并且因此能够被预先确定。示例包括AD转换器503自身中的延迟。

[0075] 根据一个优选实施例，除了在调制之前试图模拟由发射机使用的滤波器的滤波(比如上述的高斯滤波)之外，所构造的比较信号也可以在计算所述相关性之前使用滤波器而被滤波，从而使用所述滤波器在采样之前模拟由之前已知的模拟频率和/或相位响应引起的偏差而产生的采样信号的偏差。这种滤波器例如可以由适合的FIR滤波器构成。

[0076] 与比较信号相关的采样信号可以从解码设备504馈送到时间确定设备508，但是优选地直接从解调设备502或AD转换器503馈送到时间确定设备508。重要的是与预定信号元素的接收时间相关的信息对于时间确定设备508是已知的。

[0077] 接收机包括时钟507，其向时间确定设备508提供当前时间。根据优选实施例，AD转换器503发送至少一个中断信号以指示某个采样时间。中断信号通过时间确定设备508直接地或经由例如解码设备504进行检测，并且中断信号的发送通过时钟507定时。在该情况下，借助于与被采样信号的某个时间位置相比较的中断信号的发送时间，预定信号元素的上述接收时间是基于所述中断信号的时间确定的发送。优选地，中断信号的发送与采样信号相关，中断信号是当接收到预定信号元素时发送的中断信号或者在与接收到预定信号元素的时间相关联的时间发送的中断信号。如上所述，为了确定当接收到预定信号元素时哪种中断信号被发送，解调设备502、AD转换器503、解码设备504等多种预先已知的延迟可以以适当的方式被补偿。

[0078] 根据优选实施例，AD转换器503以预定的时间间隔发送多种中断信号，优选地，对于每个采样点有一个中断信号。在该示例中，为了估计某一单个中断信号(比如接收到预定信号元素时的中断信号)的发送时间，使用由时钟507连续发送的多个这种中断信号来进行时间确定的发送，在此之后，使用之前已知的时间间隔来调整用于这种中断信号的接收的每一个时间点。这种因此被调整的时间确定然后被取平均，从而得到某一单个中断信号的发送的平均时间。最终，通过使得某一单个中断信号与采样信号在时间刻度上的特定位置相关联，基于某一单个中断信号的发送的平均时间点确定预定信号元素的接收时间。

[0079] 例如，在其处接收到预定信号元素的中断信号可以组成某一单个中断信号，然后由时间确定设备508检测的中断信号序列可以被用于如下计算某一中断信号更加精确的发送时间确值：

[0080]

[0081] 其中，

[0082] Tmed＝某一单个中断信号的接收的平均时间值，

[0083] K＝考虑到接收机500中的延迟的可选调整时间常数，

[0084] m＝被用于计算平均值的中断信号的总数量，

[0085] TCLK(i)＝当时间确定设备508检测到来自某一中断信号的数目为i的中断信号时的时钟507的时间，以及

[0086] FS＝采样频率

[0087] m优选是消息信号中与至少10位相对应的采样数量，可替代地，至少100个采样。

[0088] 这种方法提供了对于接收时间点的高精确度的值，并因此也提供了某一单个中断信号的发送的高精确度的值(在该示例中，某一单个中断信号是接收到预定信号元素时的中断信号)。由此，获得了对于采样信号精确定义的时间参照，其中，以相应的方式，使用所构造的信号的上述时间确定也变得非常精确。

[0089] 更优选地，时钟507包括本地振荡器，其被周期性地同步到接收到的GPS(全球定位系统)信号530中的时间信息，该信号通过天线506接收。从GPS信号530中提取出时间信号本身是常规操作。本发明已经发现如果本地振荡器本身由常规的晶体振荡器组成，该晶体振荡器比所说的原子钟便宜，并且在使用GPS信号定时周期性地同步振荡器的情况下，则将得到关于接收的AIS消息的时间的适当结果。因此，优选地不使用原子钟。

[0090] 优选地，使用GPS信号530的时间信息周期性同步时钟振荡器507，优选至少每分钟，更优选至少每十秒，更优选至少每秒。优选地，时钟507足够精确，从而总是具有对于这种同步周期至多100ns的精度是合适的时间意义。

[0091] 使用根据本发明的方法，包括预定信号元素的消息的接收时间能够以良好的精度确定。此外，能够精确地定时信号消息的接收。

[0092] 具体而言，这适用于AIS消息。因为AIS接收机典型地已经包括模块501、502、503、504和506，所以时间确定设备508可以以低成本添加到现有装备中，例如以被设置为在相同的计算机上执行的软件模块的形式，该软件模块已经执行例如组成解码设备504的软件。以此方式，在现有AIS系统的范围内并且在不需要对新硬件的重大投资的情况下，能够对上至每分钟2250个消息的接收进行定时。

[0093] 在下文中，描述了能够使用这种精确定时的多种应用。

[0094] 图3示出了第一示例，在该示例中，通过在至少三个不同接收机(比如AIS接收机320、330、340)相应的消息信号的接收时间之间进行三角测量来确定船舶310的位置。这些接收机320、330、340中的每一个的时钟已经预先被同步到同一个共视当前时间，优选所借助的所有三个都是上述GPS同步类型，由此共享相同的时间基准。

[0095] 所有三个接收机320、330、340从发射机310接收相同的AIS无线电信号A、B、C，但是在不同的时间进行接收。接收机320、330、340中的每一个测量接收信号的相同预定信号元素的接收时间，然后基于预先已知的三个接收机的相应位置结合所述信号元素的相应接收时间的差来进行三角测量以确定发射机310的位置。该三角测量计算自身可以通过例如中央计算机350执行，中央计算机350被连接到接收机320、330、340。任何可移动的参与船舶320(比如船、卡车或直升机)可以通过像无线数据链路322报告它们的当前位置。

[0096] 使用这种处理，本发明的发明人指出：在10分贝的SNR(信噪比)下，关于AIS发射机310的位置确定，已经达到了小至几百米的精度，该精度实际上对于核实例如由发射机310自身报告的AIS发射机310的报告位置而言是足够的。

[0097] 根据优选实施例，由AIS发射机310发送的至少一个AIS信息被分接(tapped)，从而能够获得用于AIS发射机的声明地址。另外，优选地分接使得特定未来AIS消息的发送时间能够被预测的AIS信息，例如使用关于如下的信息：在AIS时间窗口中，在正常操作期间从AIS发射机310周期性地发送特定AIS消息。然后，分接和定时来自上述AIS发射机310的某个未来AIS消息的接收，并且基于上述某个AIS消息的接收如上所述地对AIS发射机310的位置进行三角测量。

[0098] 此后，计算的AIS发射机310的位置和/或航向和/或基于通过AIS发射机310的位置执行的几个连续计算而计算出的速度可以与在由AIS发射机310发送的AIS消息中声明的AIS发射机310的位置和/或航向和/或速度进行比较。在位置和/或航向和/或速度两两相差大于一个相应的预定值的情况下，经由报警设备351发送报警信号，其在图3中象征性地示出。

[0099] 图6示出了上述的用于AIS消息的精确定时方法的应用的另一示例，其具有至少两个发射机/接收机装置610、620，比如能够安装在固定的和/或可移动的物体上的AIS装备，这两者都包括根据以上的相应GPS同步时钟，并且两者都能够发送比如AIS消息的无线电信号611、621。在此情况下，发射机610相对于接收机620的位置预先被接收机620知道，由此发射机610将包括预定信号元素的无线电消息(比如AIS消息)发射到接收机620。由此，接收机620能够使用根据本发明的方法以高精度确定发射信号的接收时间。在基于所述已知的相对距离对发射机610和接收机620之间的信号延迟进行校正之后，通过接收机620获得发射机610发送消息的精确时间。因此，基于由发射机610发送消息信号的共同已知定时，在发射机610和接收机620之间能够同步一个共同时间点。

[0100] 可以使用两种设备610、620之间的这种时间同步，例如在不需要能够得知这种时间意义的任何其他附近设备的情况下，达成关于时间的共同机密意义的共识。该时间意义例如能够用于提早对用于机密消息的载波频率变化的定时等达成共识。

[0101] 在关于图3和图6描述的两种应用中，存在额外的优点：关于发射机310、610，基于指纹增加另一层的验证。

[0102] 例如，在图3中，发射机310的位置、速度和/或航向的验证可以与这种指纹的验证组合，从而使组合的验证变得非常安全。例如，一个AIS消息的指纹可以与之后发送的AIS消息的指纹进行比较，通过检查指纹是否相同而完成验证。替选地，基于AIS发射机装备等类型的当前知识，检测到的指纹可以与之前已知的指纹进行比较。此外，能够核实相同的无线电信号被所有三个接收机320、330、340访问。

[0103] 在图6中，之前已知的发射机610的指纹的验证能够确保发射机610实际上是被期望的发射机。

[0104] 在本文中，“指纹”指的是取决于发射机自身的特征的无线电信号的特征，比如取决于发射机中的信号处理的之前已知的与理想信号的偏差。示例包括在AIS周期上定时不精确度的可预测变化、在上升或下降处的特征脉冲形状，以及产生的发射机的GMSK签名。

[0105] 下文中，为了提供对本发明的透彻理解，展示了一个实施例，在其中示例了接收的AIS信号被模拟，然后与本发明的构造信号进行比较。

[0106] 首先，产生位流，该位流由上文的“前导码”和“起始标识”以及与AIS消息的其余部分相对应的随机位组成。总计，位流包括250位，该250个位之后可以形成用于以9600位/秒的位速率发送AIS消息的模拟的基础。

[0107] 在图7a的下部曲线中图示出数字位流。位流之后被传递到常规的数字高斯滤波器，合成图7a的上部曲线。

[0108] 为了模拟实际上在正常操作情况下产生的信号的干扰，合成的信号之后使用具有大约5kHz截止频率的两个连续的一阶低通滤波器来降级，该滤波器被设置为模拟发射机的信号特征。最后，增加具有与信号自身相同的均方根的白噪声。合成的曲线如图7b所示。

[0109] 然后以192kHz的采样速率来执行模拟的采样，其中获得了根据本发明的采样信号。

[0110] 在没有白噪声的情况下，通过使图7a中的上部曲线经过与被模拟信号相同的低通滤波来构造比较信号。

[0111] 接下来，将采样的和构造的信号对于不同的时间变量值进行相关，该不同的时间变量值在时间刻度上相对于彼此移位信号。在图7c中示出了所计算的时间变量的相关性函数。

[0112] 图7D是如图7C所示的曲线701在曲线的全局最大值附近的放大图。在图7d中，示出了实际曲线701和其导数702。Y轴表示导数的值。很明显在图7d中，最优时间变量700被选择作为使得相关性701最大的值703，并且该值通过导数函数702的线性插值最终来计算。

[0113] 这种实际情况的模拟给出了如下对于不同相对噪声水平的定时的可重复性：

[0114] 信号水平＝噪声水平：大约90％落在±5.00μs中

[0115] 信号水平＝10×噪声水平：大约90％落在±0.50μs中

[0116] 信号水平＝100×噪声水平：大约90％落在±0.05μs中

[0117] 如上，已经描述了优选的实施例。然而，对于本领域的技术人员而言明显的是，在不脱离本发明的基本思想的情况下，可以对所描述的实施例进行多种修改。

[0118] 例如，本发明的概念也适用于除了AIS消息之外的其他类型的无线电信息。

[0119] 此外，关于发射机的信号特征，其他类型的之前已知或检测的指纹可以用于增加安全性。

[0120] 因此，本发明不限于描述的实施例，但是在权利要求的范围内可以进行改变。