船舶自动识别系统（AIS）是一种海上辅助导航系统,该系统能够自主连续的在甚高频信道上广播信息,自动交换船舶静态信息和动态信息,实现船与船、船与基站之间实时通信,对可能发生的事故进行提前预警,有效的避免船舶碰撞,保障航行安全,推动了海上交通运输的发展。目前国内AIS设备厂商较少且大部分实现方案都是采用国外AIS信号处理专用芯片,核心技术受制于人。因此,深入研究AIS通信协议,完成AIS控制子系统的设计与实现,对于研发具备自主知识产权的AIS系统具有重要意义和应用价值。首先,本文从系统组成、基本功能、工作流程、工作模式、系统层结构以及系统链路层的相关技术对AIS进行概述,对3种AIS信道接入方法展开研究;尤其对AIS系统主要使用的SOTDMA信道接入算法,从理想情况和近似实际情况两个方面对时隙预约冲突率进行理论分析和计算,得到两种情况下的SOTDMA信道接入方法的时隙预约冲突率的理论公式;并对AIS信道接入方法进行建模,完成在上述两种情况下的时隙预约冲突率的仿真,对比分析理论与仿真结果,验证了理论分析的正确性;针对现有SOTDMA信道接入方法的不足,提出了一种冲突反馈自适应SOTDMA时隙预约算法,该算法在每一帧的结尾释放本船与其他船舶发生冲突的预约时隙并在下一帧重新预约发送时隙,使用原发送时隙将带有预约时隙信息的消息发送出去;对该算法的通信性能使用建模的方法进行仿真分析,与原方法对比,冲突反馈自适应SOTDMA时隙预约算法具有零冲突率,高时隙利用率等优点。其次,为了实现AIS系统链路层功能,给出了AIS控制子系统的设计方案,重点研究分析了其中几个重要模块的设计与实现方案。根据UTC同步源有效与否,分别设计了两种情况下的时隙相位同步方案,并验证了UTC同步源有效情况下的时隙相位同步模块的正确性;给出了信道接入模块的整体设计方案,设计并实现了该模块中的SOTDMA子模块、RATDMA子模块和ITDMA子模块,通过软件模拟三种信道协调工作的过程,验证了该模块的正确性;根据AIS系统数字接口标准（IEC-61162）中规定的数据通信格式和通信方法,设计并实现了传感器数据传输和解析的方法,并以GPS传感器为例,在ZYNQ-7000硬件上测试了该模块的工作稳定性;分析对比,确定了ZYNQ内部数据互联方式,并通过AXI4-Lite总线完成ARM与FPGA的信号互联,实现了数据交互功能。最后,阐述了AIS控制子系统硬件平台方案和架构,并完成了测试环境的搭建。对UTC信源有效情况下的时隙相位同步模块进行测试,测试结果表明该模块能够有效地使本地时隙时钟与UTC时间偶数秒完成时隙相位同步;完成了信道接入模块的测试,将测试结果与AIS标准协议对比验证,验证结果表明信道接入模块能够准确地识别信道中其他用户占用时隙的情况并能够使用三种信道接入方法选择合适的时隙用于消息的发送,与协议要求一致;对ARM与FPGA数据交互功能进行测试和验证,测试结果表明通过AXI-GP接口基于BRAM的数据交互方案能够有效地支持ARM与FPGA之间的数据交互工作;此外,给出了AIS显示终端的实现结果,结果表明传感器数据传输和解析模块在实际使用过程中具有良好的稳定性,并且系统能够准确地解析出接收到的AIS报文消息,并将报文信息内容显示在AIS终端上。上述各模块测试结果表明,本文实现的AIS控制子系统符合AIS标准协议的要求。