減少跳頻通信同步時間的方法
【專利摘要】本發明提出了一種減少跳頻系統同步時間的方法，利用本發明能夠顯著改善跳頻信號同步性能。本發明通過下述技術方案予以實現：運用跳頻同步電路，在確定跳頻信號所處的頻段后，以跳頻圖案和跳頻頻點為基礎對跳頻信號所覆蓋的頻帶進行信道劃分，記錄各個信道內信號出現的時刻，把記錄的跳頻點映射為產生跳頻圖案的序列，并與產生跳頻圖案的周期序列進行相關，找出已經接收到的信號在跳頻圖案中的位置；當找到信號在跳頻圖案中的位置后，結合本地計數器值確定出現的頻點和時間，就可以確定下一次信號出現的頻點和時間，從而完成粗同步。對粗同步后的信號進行解跳和解調后得到精確的跳頻頻點切換時刻，從而實現跳頻信號的精確同步和跟蹤。
【專利說明】
減少跳頻通信同步時間的方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種主要用于跳頻通信系統的跳頻信號接收設備在通信建立階段的快速同步方法，本發明能夠顯著減少跳頻信號的同步時間。
【背景技術】
[0002]跳頻通信是現代通信領域中一種有效的抗干擾和抗截獲通信手段。跳頻通信正常工作的核心技術之一是實現收發雙方的同步。跳頻同步性能的好壞對于跳頻通信系統性能有極大的影響。跳頻同步的要求是:自動、迅速、可靠、能抗干擾，失步后能迅速同步。在跳頻系統中接收機本地輸出的跳變頻率必須與發送端的跳頻器產生的頻率嚴格地同步，才能正確地進行相關解調，解調出有用信號。但由于時鐘漂移、收發信機之間距離不定，產生了時間差異，又因為振蕩器頻率漂移等引起的收發失步，所以同步的過程就是搜索跳頻頻點，消除時間與頻率差的過程，以保證收發雙方碼相位與載波的一致性。只有建立起準確的跳頻同步，跳頻系統才能正常工作。同步建立的快慢和同步系統的抗干擾能力直接影響著整個跳頻系統的性能，它已成為跳頻通信的關鍵技術。跳頻同步包括跳頻信號的捕獲與跳頻信號的跟蹤兩部分。常規跳頻通信實現同步的方法主要采用精確時鐘法、獨立信道法、同步字頭法、匹配濾波器法和自同步法等，包括同步時間收端采用快速掃描駐留同步的方法。由于各種方法單獨使用都存在需要利用固定頻點傳輸同步信息，同步時間長、同步困難的缺點，因此目前常用的同步方法大多都是幾種方法的整合，如基于精確時鐘法和同步頭法等。
[0003]隨著現代電子技術和電路的發展，跳頻通信系統向高速跳頻、超高速跳頻方向發展，跳頻圖案也越來越復雜。與以往的跳頻通信系統相比，這兩方面的發展使跳頻信號的抗截獲能力和抗干擾能力得到了大幅提升，能夠很好保障傳輸信息的安全性。高速跳頻信號在提供這些優勢的同時也給跳頻信號的同步帶來了更大的挑戰，跳頻速率越高，跳頻圖案越復雜，抗截獲和抗干擾能力越強，但跳頻同步實現難度也越大。以往的跳頻同步方法由于存在同步時間長、同步難的問題，已經難以實現對超高速、復雜跳頻圖案跳頻信號的同步。因此，需要采用新的跳頻同步方法來完成對高跳速、復雜跳頻圖案跳頻信號的同步。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是針對現有技術在高跳速、復雜跳頻圖案跳頻信號同步過程中存在的同步時間長、同步概率低的問題，提供一種同步時間短、捕獲概率高、虛警概率低、抗干擾能力強，能夠顯著改善跳頻信號同步性能的跳頻同步方法。
[0005]本發明解決現有技術問題所采用的方案是:一種減少跳頻系統同步時間的方法，其特征在于包括如下步驟:運用跳頻同步電路，在確定跳頻信號所處的頻段后，通過高速AD進行采樣，把模擬形式的跳頻信號轉換為寬帶數字信號，以跳頻圖案和跳頻頻點為基礎對跳頻信號所覆蓋的頻帶進行信道劃分，在各個信道內對信號是否出現進行檢測，記錄各個信道內信號出現的時刻，把記錄的跳頻點映射為產生跳頻圖案的序列，并與產生跳頻圖案的周期序列進行相關，找出已經接收到的信號在跳頻圖案中的位置;頻率控制字產生模塊根據接收信號在跳頻圖案中的位置以及本地計數器的計數值，就可以確定下一次信號出現的頻點和時間，據此產生出相應的頻率控制字送給解跳模塊，解跳模塊塊根據接收到的頻率控制字對高速采樣后的跳頻信號進行下變頻，并把下變頻后的基帶信號送給解調模塊進行解調，解調模塊在對基帶信號進行解調的同時，根據解調結果確定跳頻信號頻點的切換時刻，送給頻率控制字產生模塊。然后采用解跳模塊對產生的用于解跳的頻率控制字進行動態調整，保持對跳頻信號的跟蹤，頻率控制字產生模塊根據跳頻信號頻點的切換時刻調整送給解跳模塊的頻率控制字來實現對跳頻頻點的跟蹤，從而實現跳頻信號的同步。
[0006]本發明相比于現有技術具有如下有益效果:
虛警概率低、抗干擾能力強。本發明針對跳頻通信系統中跳頻同步的主要要求，采用高速采樣技術把模擬形式的跳頻信號轉換為寬帶數字信號，再通過以跳頻圖案為基礎對寬帶信號進行高效的信道劃分，記錄各個信道內信號出現的時刻，最后把記錄的跳頻點映射為產生跳頻圖案的序列，與產生跳頻圖案的周期序列進行相關，找出已經接收到的信號在跳頻圖案中的位置，實現跳頻信號的同步，不需要利用固定頻點傳輸同步信息，提高了跳頻信號抗干擾和抗截獲能力。在縮短同步捕獲時間方面優于等待搜索式和位移等待式自同步方式;在可靠性方面優于精確時鐘定時同步方式;在節省頻率資源方面優于插入導頻頭同步方式。
[0007]同步時間短、捕獲概率高。本發明根據已知的跳頻頻點采用數字信道化接收方法來實現具有針對性的高效信道化劃分。按照時間順序對信號在出現的不同跳頻頻點進行記錄，通過把記錄結果與已知的跳頻圖案進行相關來得到接收信號在跳頻圖案中所處的位置，把跳頻信號的同步過程轉換成跳頻圖案產生序列的同步，簡化了處理過程，縮短了同步時間；顯著提高了對具有復雜跳頻圖案、寬帶超高速跳頻信號的同步性能;能夠同時自動適應多種跳頻圖案。具有同步時間快，同步概率高，同步靈敏度高的特點。
[0008]本發明特別適合于具有復雜跳頻圖案、超高跳速、寬頻帶跳頻信號的快速同步。
【附圖說明】
[0009]下面結合附圖和實施例對本專利進一步說明。
[0010]圖1是跳頻同步電路的實現電路框圖。
【具體實施方式】
[0011]參閱圖1。在以下描述的本發明最佳實施例中，根據本發明，運用跳頻同步電路，在確定跳頻信號所處的頻段后，通過高速AD進行采樣，把模擬形式的跳頻信號轉換為寬帶數字信號，以跳頻圖案和跳頻頻點為基礎對跳頻信號所覆蓋的頻帶進行信道劃分，在各個信道內對信號是否出現進行檢測，記錄各個信道內信號出現的時刻，把記錄的跳頻點映射為產生跳頻圖案的序列，并與產生跳頻圖案的周期序列進行相關，找出已經接收到的信號在跳頻圖案中的位置;頻率控制字產生模塊根據接收信號在跳頻圖案中的位置以及本地計數器的計數值，就可以確定下一次信號出現的頻點和時間，據此產生出相應的頻率控制字送給解跳模塊，解跳模塊塊根據接收到的頻率控制字對高速采樣后的跳頻信號進行下變頻，并把下變頻后的基帶信號送給解調模塊進行解調。解調模塊在對基帶信號進行解調的同時，根據解調結果確定跳頻信號頻點的切換時刻，送給頻率控制字產生模塊。然后采用解跳模塊對產生的用于解跳的頻率控制字進行動態調整，保持對跳頻信號的跟蹤，頻率控制字產生模塊根據跳頻信號頻點的切換時刻調整送給解跳模塊的頻率控制字來實現對跳頻頻點的跟蹤，從而實現跳頻信號的同步。整個同步過程分為跳頻圖案的粗捕和解調模塊與頻率控制字產生模塊之間調整跟蹤的精確同步兩個環節。具體而言:
1)在確定跳頻信號所處的頻段后，通過高速AD進行采樣；以跳頻圖案和跳頻頻點為基礎進行信道劃分，信道劃分后，在各個子信道內尋找信號是否出現，當檢測到信號存在時，按照時間先后順序和在每個頻點上的信號駐留時間，對跳頻頻點出現的先后順序進行記錄；
2)把已經發現的跳頻頻點出現順序與已知的跳頻圖案進行對比，從跳頻圖案中找到相應的位置。同時用本地時鐘對搜索過程持續時間進行計時。當找到接收信號在跳頻圖案中的位置后，結合本地計數器值就確定下一次信號出現的頻點和時間，從而完成跳頻信號的粗略同步。頻率控制字產生模塊根據下一次信號出現的頻點和時間產生相應的頻率控制字送給解跳模塊。
[0012]3)解跳模塊塊根據接收到的頻率控制字對高速采樣后的跳頻信號進行下變頻，并把下變頻后的基帶信號送給解調模塊進行解調，解調模塊在對基帶信號進行解調的同時，根據解調結果進一步確定跳頻信號頻點的精確切換時刻，送給頻率控制字產生模塊，完成跳頻信號的精確同步。
[0013]4)在解調過程中，解調模塊根據解調結果實時對跳頻信號頻點的切換時刻進行動態調整，從而實現對跳頻信號的穩定跟蹤。
[0014]跳頻同步電路包括:依次串聯在同一線路上的高速采樣模塊、數字信道化模塊、頻點切換時刻估計模塊、信號檢測模塊、跳頻頻點記錄模塊和跳頻頻點搜索模塊，并聯在信號檢測模塊和跳頻頻點搜索模塊之間的本地計數器和頻率控制字產生模塊。在信號檢測模塊和跳頻頻點搜索模塊之間電連接有形成并聯回路的本地計數器和頻率控制字產生模塊，以及串聯高速采樣模塊，與上述頻率控制字產生模塊形成并聯回路的解跳模塊和解調模塊，其中，高速采樣模塊首先對接收到的跳頻信號進行采樣，將模擬信號轉換為數字信號，把得到的采樣數據送給數字信道化模塊，數字信道化模塊根據預先確定的跳頻頻點對采樣帶寬進行子信道劃分，形成與跳頻頻點相同的子信道，在每個子信道內對信號進行下變頻和降采樣處理，減少需要處理的數據量，提高計算效率。數字信道化模塊把各個子信道的處理結果送給頻點切換時刻估計模塊進行頻點切換時刻估計;頻點切換時刻估計模塊對接收到的各個子信道的信號求模，按照單個跳頻頻點的駐留時間為周期進行移動積分，對積分結果進行檢測；當積分結果出現明顯的三角形峰值，將峰值最高點對應的起始積分點作為跳頻信號的頻率切換時刻。頻點切換時刻估計模塊把估計出的頻點切換時刻送給信號檢測模塊，信號檢測模塊根據頻點切換時刻對接收到的各個子信道的信號，按照每個跳頻頻點的駐留時間進行檢測，判斷各個子信道中是否存在信號，把信號檢測結果送給跳頻頻點記錄模塊，并在每輪檢測過程開始時，啟動本地計數器對檢測過程進行計數;跳頻頻點記錄模塊依據信號檢測模塊送來的每個子信道出現的跳頻點時間，送給跳頻頻點記錄模塊進行記錄，把記錄結果送給跳頻頻點搜索模塊;跳頻頻點搜索模塊根據跳頻頻點的記錄結果在跳頻圖案中對出現的信號進行搜索，確定出接收信號在跳頻圖案中的位置，從而完成跳頻圖案的同步。頻率控制字產生模塊根據跳頻頻點搜索模塊的搜索結果和本地計數器產生的當前計數結果與當前信號相對應的頻率控制字送給解跳模塊。解跳模塊根據接收到的頻率控制字對高速采樣模塊送來的信號進行下變頻處理和降采樣處理，并把處理結果送給解調模塊;解調模塊對接收到的基帶信號進行解調，并把解調結果輸出。
[0015]在上述同步過程中:信號檢測模塊根據解調模塊送來的信號鎖定標志來啟動一輪信號檢測過程。如果信號鎖定標志為鎖定狀態，則停止信號檢測;如果信號鎖定標志為未鎖定狀態，在開始一輪的信號檢測，每輪信號檢測過程結束后根據信號鎖定標志來確定是否開始下一輪信號檢測過程。
[0016]本地計數器的作用是對信號檢測模塊、跳頻頻點記錄模塊和跳頻頻點搜索模塊的處理過程的延遲進行計數，因為在進行這些處理時，接收信號是在不斷進行傳輸的，而跳頻頻點搜索模塊得到的搜索結果是滯后當前的接收信號的，因此要通過本地計數器的技術值來對頻率控制字的產生過程進行調整。
[0017]解調模塊在解調過程中，還需要對頻率控制字的產生過程進行微調和持續跟蹤，以保證頻率控制字的產生與跳頻頻點的切換時刻一致。
[0018]信號檢測模塊根據解調模塊送來的信號鎖定標志來啟動一輪信號檢測過程時，需要對本地計數器進行復位，使本地計數器重新從O開始進行計數。
[0019]信號檢測模塊在對接收信號進行檢測時，是以每個跳頻頻點的持續時間為周期進行檢測的，即以信號在單個跳頻頻點的駐留時間為周期對每個跳頻頻點進行檢測的。
[0020]信號檢測模塊在對接收信號進行檢測時，需要先估計出跳頻頻點的切換時刻，這是為了避免在對單個子信道進行檢測的過程中發生信號跨越兩個跳頻頻點的情況，這會使檢測效果嚴重惡化。
[0021]當接收的跳頻信號同時存在幾種可能的跳頻圖案時，跳頻頻點搜索模塊同時與多個跳頻圖案進行相關，把所有相關結果中最大的相關峰值所對應的跳頻圖案確定為實際采用的跳頻圖案。因此該跳頻同步方法能夠實現對跳頻圖案的自適應接收。
【主權項】
1.一種減少跳頻系統同步時間的方法，其特征在于包括如下步驟:運用跳頻同步電路，在確定跳頻信號所處的頻段后，通過高速AD進行采樣，把模擬形式的跳頻信號轉換為寬帶數字信號，以跳頻圖案和跳頻頻點為基礎對跳頻信號所覆蓋的頻帶進行信道劃分，在各個信道內對信號是否出現進行檢測，記錄各個信道內信號出現的時刻，把記錄的跳頻點映射為產生跳頻圖案的序列，并與產生跳頻圖案的周期序列進行相關，找出已經接收到的信號在跳頻圖案中的位置;頻率控制字產生模塊根據接收信號在跳頻圖案中的位置以及本地計數器的計數值，確定下一次信號出現的頻點和時間，據此產生出相應的頻率控制字送給解跳模塊，解跳模塊塊根據接收到的頻率控制字對高速采樣后的跳頻信號進行下變頻，并把下變頻后的基帶信號送給解調模塊進行解調，解調模塊在對基帶信號進行解調的同時，根據解調結果確定跳頻信號頻點的切換時刻，送給頻率控制字產生模塊;然后采用解跳模塊對產生的用于解跳的頻率控制字進行動態調整，保持對跳頻信號的跟蹤，頻率控制字產生模塊根據跳頻信號頻點的切換時刻調整送給解跳模塊的頻率控制字來實現對跳頻頻點的跟蹤，從而實現跳頻信號的同步。2.如權利要求1上述的減少跳頻系統同步時間的方法，其特征在于:信道劃分后，在各個子信道內尋找信號是否出現，當檢測到信號存在時，按照時間先后順序和在每個頻點上的信號駐留時間，對跳頻頻點出現的先后順序進行記錄;把已經發現的跳頻頻點出現順序與已知的跳頻圖案進行對比，從跳頻圖案中找到相應的位置，同時用本地時鐘對搜索過程持續時間進行計時；當找到跳頻圖案后，結合本地計數器值確定下一條信號出現的頻點和時間，通過調整送給解跳模塊的頻率控制字來實現對接收跳頻信號的解跳。3.如權利要求2所述的減少跳頻系統同步時間的方法，其特征在于:采用解調模塊的解調結果確定精確的跳頻頻點切換時刻，對用于解跳的頻率控制字進行動態調整，保持對跳頻信號的持續跟蹤，同時對解跳后的信號進行解調，恢復出發送的數據。4.一種按權利要求1所述方法采用的跳頻同步電路，包括:依次串聯在同一線路上的高速采樣模塊、數字信道化模塊、頻點切換時刻估計模塊、信號檢測模塊、跳頻頻點記錄模塊和跳頻頻點搜索模塊，其特征在于:在信號檢測模塊和跳頻頻點搜索模塊之間電連接有形成并聯回路的本地計數器和頻率控制字產生模塊，以及串聯高速采樣模塊，與上述頻率控制字產生模塊形成并聯回路的解跳模塊和解調模塊。5.如權利要求4所述的減少跳頻系統同步時間的方法，其特征在于:高速采樣模塊首先對接收到的跳頻信號進行采樣，將模擬信號轉換為數字信號，把得到的采樣數據送給數字信道化模塊，數字信道化模塊根據預先確定的跳頻頻點對采樣帶寬進行子信道劃分，形成與跳頻頻點相同的子信道，在每個子信道內對信號進行下變頻和降采樣處理。6.如權利要求4所述的跳頻同步電路，其特征在于:數字信道化模塊把各個子信道的處理結果送給頻點切換時刻估計模塊進行頻點切換時刻估計;頻點切換時刻估計模塊對接收到的各個子信道的信號求模，按照單個跳頻頻點的駐留時間為周期進行移動積分，對積分結果進行檢測；當積分結果出現明顯的三角形峰值，將峰值最高點對應的起始積分點作為跳頻信號的頻率切換時刻。7.如權利要求6所述的跳頻同步電路，其特征在于:頻點切換時刻估計模塊把估計出的頻點切換時刻送給信號檢測模塊，信號檢測模塊根據頻點切換時刻對接收到的各個子信道的信號，按照每個跳頻頻點的駐留時間進行檢測，判斷各個子信道中是否存在信號，把信號檢測結果送給跳頻頻點記錄模塊，并在每輪檢測過程開始時，啟動本地計數器對檢測過程進行計數;跳頻頻點記錄模塊依據信號檢測模塊送來的每個子信道出現的跳頻點時間，送給跳頻頻點記錄模塊進行記錄，把記錄結果送給跳頻頻點搜索模塊;跳頻頻點搜索模塊根據跳頻頻點的記錄結果在跳頻圖案中對出現的信號進行搜索，確定出接收信號在跳頻圖案中的位置，從而完成跳頻圖案的同步。8.如權利要求4所述的跳頻同步電路，其特征在于:頻率控制字產生模塊根據跳頻頻點搜索模塊的搜索結果和本地計數器產生的當前計數結果與當前信號相對應的頻率控制字送給解跳模塊;解跳模塊根據接收到的頻率控制字對高速采樣模塊送來的信號進行下變頻處理和降采樣處理，并把處理結果送給解調模塊;解調模塊對接收到的基帶信號進行解調，并把解調結果輸出。9.如權利要求4所述的跳頻同步電路，其特征在于:在同步過程中，信號檢測模塊根據解調模塊送來的信號鎖定標志來啟動一輪信號檢測過程，如果信號鎖定標志為鎖定狀態，則停止信號檢測;如果信號鎖定標志為未鎖定狀態，開始一輪的信號檢測，每輪信號檢測過程結束后根據信號鎖定標志來確定是否開始下一輪信號檢測過程。10.如權利要求8所述的跳頻同步電路，其特征在于:信號檢測模塊根據解調模塊送來的信號鎖定標志來啟動一輪信號的檢測，對本地計數器進行復位，使本地計數器重新從O開始進行計數;在對接收信號進行檢測時，以每個跳頻頻點的持續時間為周期進行檢測，即以信號在單個跳頻頻點的駐留時間為周期對每個跳頻頻點進行檢測。
【文檔編號】H04B1/7156GK105897303SQ201610173396
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年3月23日
【發明人】張波
【申請人】中國電子科技集團公司第十研究所