CN105897303B - 减少跳频通信***跳频信号同步时间的方法与电路 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种减少跳频***同步时间的方法，利用本发明能够显著改善跳频信号同步性能。本发明通过下述技术方案予以实现：运用跳频同步电路，在确定跳频信号所处的频段后，以跳频图案和跳频频点为基础对跳频信号所覆盖的频带进行信道划分，记录各个信道内信号出现的时刻，把记录的跳频点映射为产生跳频图案的序列，并与产生跳频图案的周期序列进行相关，找出已经接收到的信号在跳频图案中的位置；当找到信号在跳频图案中的位置后，结合本地计数器值确定出现的频点和时间，就可以确定下一次信号出现的频点和时间，从而完成粗同步。对粗同步后的信号进行解跳和解调后得到精确的跳频频点切换时刻，从而实现跳频信号的精确同步和跟踪。

Description

减少跳频通信***跳频信号同步时间的方法与电路

技术领域

本发明涉及一种主要用于短波调频电台、移动无线电话网及卫星通频技术的跳频通信***，尤其是跳频信号接收设备在通信建立阶段的快速同步方法，本发明能够显著减少跳频信号的同步时间。

背景技术

随着无线电通信技术的发展,跳频通信***已经广泛应密安全问题已经成为人们关注的一个焦点。跳频通信是一种数字化通信，是 扩频通信的一种。在这种通信方式中，信号传输所使用的射频带宽是原信号带宽的几十倍、几百倍以至几千倍。但仅就某一瞬间来说，它只工作在某一频率上。它的主要作用是使跳频通信发射的载波按一定规则的随机跳变序列发生变化。跳频通信是现代通信领域中一种有效的抗干扰和抗截获通信手段。跳频通信正常工作的核心技术之一是实现收发双方的同步。跳频通信一般分为两种：跳频频率高于信元码率时，称作快速跳频。跳频频率低于信元码率时，称作慢速跳频。跳频同步性能的好坏对于跳频通信***性能有极大的影响。跳频是最常用的扩频方式之一，其工作原理是指收发双方传输信号的载波频率按照预定规律进行离散变化的通信方式，也就是说，通信中使用的载波频率受伪随机变化码的控制而随机跳变。从通信技术的实现方式来说，"跳频"是一种用码序列进行多频频移键控的通信方式，也是一种码控载频跳变的通信***。时域上来看，跳频信号是一个多频率的频移键控信号；从频域上来看，跳频信号的频谱是一个在很宽频带上以不等间隔随机跳变的。实现跳频通信的关键是，收发双方受伪随机码控制的、用来改变载频频率的本振频率必须严格同步。跳频同步的要求是：自动、迅速、可靠、能抗干扰，失步后能迅速同步。在跳频***中接收机本地输出的跳变频率必须与发送端的码控跳频器产生的频率严格地同步,才能正确地进行相关解调,解调出有用信号。但由于时钟漂移、收发信机之间距离不定,产生了时间差异,又因为振荡器频率漂移等引起的收发失步, 所以同步的过程就是搜索跳频频点,消除时间与频率差的过程,以保证收发双方码相位与载波的一致性。只有建立起准确的跳频同步,跳频***才能正常工作。同步建立的快慢和同步***的抗干扰能力直接影响着整个跳频***的性能,它已成为跳频通信的关键技术。跳频同步包括跳频信号的捕获与跳频信号的跟踪两部分。常规跳频通信实现同步的方法主要采用精确时钟法、独立信道法、同步字头法、匹配滤波器法和自同步法等，包括同步时间收端采用快速扫描驻留同步的方法。由于各种方法单独使用都存在需要利用固定频点传输同步信息，同步时间长、同步困难的缺点，因此目前常用的同步方法大多都是几种方法的整合，如基于精确时钟法和同步头法等。

随着现代电子技术和电路的发展，跳频通信***向高速跳频、超高速跳频方向发展，跳频图案也越来越复杂。与以往的跳频通信***相比，这两方面的发展使跳频信号的抗截获能力和抗干扰能力得到了大幅提升，能够很好保障传输信息的安全性。高速跳频信号在提供这些优势的同时也给跳频信号的同步带来了更大的挑战，跳频速率越高，跳频图案越复杂，抗截获和抗干扰能力越强，但跳频同步实现难度也越大。以往的跳频同步方法由于存在同步时间长、同步难的问题，已经难以实现对超高速、复杂跳频图案跳频信号的同步。因此，需要采用新的跳频同步方法来完成对高跳速、复杂跳频图案跳频信号的同步。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术在高跳速、复杂跳频图案跳频信号同步过程中存在的同步时间长、同步概率低的问题，提供一种同步时间短、捕获概率高、虚警概率低、抗干扰能力强，能够显著改善跳频信号同步性能的跳频同步方法。

本发明解决现有技术问题所采用的方案是：一种减少跳频通信***跳频信号同步时间的方法，其特征在于包括如下步骤：运用跳频同步电路，在确定跳频信号所处的频段后，通过高速AD进行采样，把模拟形式的跳频信号转换为宽带数字信号，以跳频图案和跳频频点为基础对跳频信号所覆盖的频带进行信道划分，在每轮检测过程开始时启动本地计数器对检测过程进行计数，在下一轮检测开始时对本地计数器进行复位，使本地计数器重新从0开始计数；进行检测时，在各信道内对信号进行信号下变频和降采处理，对信道内信号求模，按照单个跳频频点的驻留时间为周期进行移动积分，对积分结果进行检测；当积分结果出现明显的三角形峰值，将峰值最高点对应的起始积分点作为跳频信号的频率切换时刻，然后根据频点切换时刻，对各个子信道的信号按照每个跳频频点的驻留时间进行检测，判断各个信道中是否存在信号，记录各个信道内信号出现的时刻，把记录的跳频点映射为产生跳频图案的序列，并与产生跳频图案的周期序列进行相关，找出已经接收到的信号在跳频图案中的位置，按照时间顺序对信号在出现的不同跳频频点进行记录，把记录结果与已知的跳频图案进行相关来得到接收信号在跳频图案中所处的位置，把跳频信号的同步过程转换成跳频图案产生序列的同步；频率控制字产生模块根据接收信号在跳频图案中的位置以及本地计数器的计数值，确定下一次信号出现的频点和时间，据此产生出相应的频率控制字送给解跳模块，解跳模块块根据接收到的频率控制字对高速采样后的跳频信号进行下变频，并把下变频后的基带信号送给解调模块进行解调，解调模块在对基带信号进行解调的同时，根据解调结果确定跳频信号频点的切换时刻，送给频率控制字产生模块产生用于解跳的频率控制字；然后采用解跳模块对频率控制字产生模块产生频率控制字进行动态调整，保持对跳频信号的跟踪，频率控制字产生模块根据跳频信号频点的切换时刻调整送给解跳模块的频率控制字来实现对跳频频点的跟踪，从而实现跳频信号的同步。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

虚警概率低、抗干扰能力强。本发明针对跳频通信***中跳频同步的主要要求，采用高速采样技术把模拟形式的跳频信号转换为宽带数字信号，再通过以跳频图案为基础对宽带信号进行高效的信道划分，记录各个信道内信号出现的时刻，最后把记录的跳频点映射为产生跳频图案的序列，与产生跳频图案的周期序列进行相关，找出已经接收到的信号在跳频图案中的位置，实现跳频信号的同步，不需要利用固定频点传输同步信息，提高了跳频信号抗干扰和抗截获能力。在缩短同步捕获时间方面优于等待搜索式和位移等待式自同步方式 ; 在可靠性方面优于精确时钟定时同步方式 ; 在节省频率资源方面优于***导频头同步方式。

同步时间短、捕获概率高。本发明根据已知的跳频频点采用数字信道化接收方法来实现具有针对性的高效信道化划分。按照时间顺序对信号在出现的不同跳频频点进行记录，通过把记录结果与已知的跳频图案进行相关来得到接收信号在跳频图案中所处的位置，把跳频信号的同步过程转换成跳频图案产生序列的同步，简化了处理过程，缩短了同步时间；显著提高了对具有复杂跳频图案、宽带超高速跳频信号的同步性能；能够同时自动适应多种跳频图案。具有同步时间快, 同步概率高,同步灵敏度高的特点。

本发明特别适合于具有复杂跳频图案、超高跳速、宽频带跳频信号的快速同步。

附图说明

下面结合附图和实施例对本专利进一步说明。

图1是跳频同步电路的实现电路框图。

具体实施方式

参阅图1。在以下描述的本发明最佳实施例中，根据本发明，运用跳频同步电路，在确定跳频信号所处的频段后，通过高速AD进行采样，把模拟形式的跳频信号转换为宽带数字信号，以跳频图案和跳频频点为基础对跳频信号所覆盖的频带进行信道划分，在各个信道内对信号是否出现进行检测，记录各个信道内信号出现的时刻，把记录的跳频点映射为产生跳频图案的序列，并与产生跳频图案的周期序列进行相关，找出已经接收到的信号在跳频图案中的位置；频率控制字产生模块根据接收信号在跳频图案中的位置以及本地计数器的计数值，就可以确定下一次信号出现的频点和时间，据此产生出相应的频率控制字送给解跳模块，解跳模块块根据接收到的频率控制字对高速采样后的跳频信号进行下变频，并把下变频后的基带信号送给解调模块进行解调。解调模块在对基带信号进行解调的同时，根据解调结果确定跳频信号频点的切换时刻，送给频率控制字产生模块。然后采用解跳模块对产生的用于解跳的频率控制字进行动态调整，保持对跳频信号的跟踪，频率控制字产生模块根据跳频信号频点的切换时刻调整送给解跳模块的频率控制字来实现对跳频频点的跟踪，从而实现跳频信号的同步。整个同步过程分为跳频图案的粗捕和解调模块与频率控制字产生模块之间调整跟踪的精确同步两个环节。具体而言：

1）在确定跳频信号所处的频段后，通过高速AD进行采样；以跳频图案和跳频频点为基础进行信道划分，信道划分后，在各个子信道内寻找信号是否出现，当检测到信号存在时，按照时间先后顺序和在每个频点上的信号驻留时间，对跳频频点出现的先后顺序进行记录；

2）把已经发现的跳频频点出现顺序与已知的跳频图案进行对比，从跳频图案中找到相应的位置。同时用本地时钟对搜索过程持续时间进行计时。当找到接收信号在跳频图案中的位置后，结合本地计数器值就确定下一次信号出现的频点和时间，从而完成跳频信号的粗略同步。频率控制字产生模块根据下一次信号出现的频点和时间产生相应的频率控制字送给解跳模块。

3）解跳模块块根据接收到的频率控制字对高速采样后的跳频信号进行下变频，并把下变频后的基带信号送给解调模块进行解调，解调模块在对基带信号进行解调的同时，根据解调结果进一步确定跳频信号频点的精确切换时刻，送给频率控制字产生模块，完成跳频信号的精确同步。

4）在解调过程中，解调模块根据解调结果实时对跳频信号频点的切换时刻进行动态调整，从而实现对跳频信号的稳定跟踪。

跳频同步电路包括：依次串联在同一线路上的高速采样模块、数字信道化模块、频点切换时刻估计模块、信号检测模块、跳频频点记录模块和跳频频点搜索模块，并联在信号检测模块和跳频频点搜索模块之间的本地计数器和频率控制字产生模块。在信号检测模块和跳频频点搜索模块之间电连接有形成并联回路的本地计数器和频率控制字产生模块，以及串联高速采样模块，与上述频率控制字产生模块形成并联回路的解跳模块和解调模块，其中，高速采样模块首先对接收到的跳频信号进行采样，将模拟信号转换为数字信号，把得到的采样数据送给数字信道化模块，数字信道化模块根据预先确定的跳频频点对采样带宽进行子信道划分，形成与跳频频点相同的子信道，在每个子信道内对信号进行下变频和降采样处理，减少需要处理的数据量，提高计算效率。数字信道化模块把各个子信道的处理结果送给频点切换时刻估计模块进行频点切换时刻估计；频点切换时刻估计模块对接收到的各个子信道的信号求模，按照单个跳频频点的驻留时间为周期进行移动积分，对积分结果进行检测；当积分结果出现明显的三角形峰值，将峰值最高点对应的起始积分点作为跳频信号的频率切换时刻。频点切换时刻估计模块把估计出的频点切换时刻送给信号检测模块，信号检测模块根据频点切换时刻对接收到的各个子信道的信号，按照每个跳频频点的驻留时间进行检测，判断各个子信道中是否存在信号，把信号检测结果送给跳频频点记录模块，并在每轮检测过程开始时，启动本地计数器对检测过程进行计数；跳频频点记录模块依据信号检测模块送来的每个子信道出现的跳频点时间，送给跳频频点记录模块进行记录，把记录结果送给跳频频点搜索模块；跳频频点搜索模块根据跳频频点的记录结果在跳频图案中对出现的信号进行搜索，确定出接收信号在跳频图案中的位置，从而完成跳频图案的同步。频率控制字产生模块根据跳频频点搜索模块的搜索结果和本地计数器产生的当前计数结果与当前信号相对应的频率控制字送给解跳模块。解跳模块根据接收到的频率控制字对高速采样模块送来的信号进行下变频处理和降采样处理，并把处理结果送给解调模块；解调模块对接收到的基带信号进行解调，并把解调结果输出。

在上述同步过程中：信号检测模块根据解调模块送来的信号锁定标志来启动一轮信号检测过程。如果信号锁定标志为锁定状态，则停止信号检测；如果信号锁定标志为未锁定状态，在开始一轮的信号检测，每轮信号检测过程结束后根据信号锁定标志来确定是否开始下一轮信号检测过程。

本地计数器的作用是对信号检测模块、跳频频点记录模块和跳频频点搜索模块的处理过程的延迟进行计数，因为在进行这些处理时，接收信号是在不断进行传输的，而跳频频点搜索模块得到的搜索结果是滞后当前的接收信号的，因此要通过本地计数器的技术值来对频率控制字的产生过程进行调整。

解调模块在解调过程中，还需要对频率控制字的产生过程进行微调和持续跟踪，以保证频率控制字的产生与跳频频点的切换时刻一致。

信号检测模块根据解调模块送来的信号锁定标志来启动一轮信号检测过程时，需要对本地计数器进行复位，使本地计数器重新从0开始进行计数。

信号检测模块在对接收信号进行检测时，是以每个跳频频点的持续时间为周期进行检测的，即以信号在单个跳频频点的驻留时间为周期对每个跳频频点进行检测的。

信号检测模块在对接收信号进行检测时，需要先估计出跳频频点的切换时刻，这是为了避免在对单个子信道进行检测的过程中发生信号跨越两个跳频频点的情况，这会使检测效果严重恶化。

当接收的跳频信号同时存在几种可能的跳频图案时，跳频频点搜索模块同时与多个跳频图案进行相关，把所有相关结果中最大的相关峰值所对应的跳频图案确定为实际采用的跳频图案。因此该跳频同步方法能够实现对跳频图案的自适应接收。

Claims (10)

1.一种减少跳频通信***跳频信号同步时间的方法，其特征在于包括如下步骤：运用跳频同步电路，在确定跳频信号所处的频段后，通过高速AD进行采样，把模拟形式的跳频信号转换为宽带数字信号，以跳频图案和跳频频点为基础对跳频信号所覆盖的频带进行信道划分，在每轮检测过程开始时启动本地计数器对检测过程进行计数，在下一轮检测开始时对本地计数器进行复位，使本地计数器重新从0开始计数；进行检测时，在各信道内对信号进行信号下变频和降采处理，对信道内信号求模，按照单个跳频频点的驻留时间为周期进行移动积分，对积分结果进行检测；当积分结果出现明显的三角形峰值，将峰值最高点对应的起始积分点作为跳频信号的频率切换时刻，然后根据频点切换时刻，对各个子信道的信号按照每个跳频频点的驻留时间进行检测，判断各个信道中是否存在信号，记录各个信道内信号出现的时刻，把记录的跳频点映射为产生跳频图案的序列，并与产生跳频图案的周期序列进行相关，找出已经接收到的信号在跳频图案中的位置，按照时间顺序对信号在出现的不同跳频频点进行记录，把记录结果与已知的跳频图案进行相关来得到接收信号在跳频图案中所处的位置，把跳频信号的同步过程转换成跳频图案产生序列的同步；频率控制字产生模块根据接收信号在跳频图案中的位置以及本地计数器的计数值，确定下一次信号出现的频点和时间，据此产生出相应的频率控制字送给解跳模块，解跳模块块根据接收到的频率控制字对高速采样后的跳频信号进行下变频，并把下变频后的基带信号送给解调模块进行解调，解调模块在对基带信号进行解调的同时，根据解调结果确定跳频信号频点的切换时刻，送给频率控制字产生模块产生用于解跳的频率控制字；然后采用解跳模块对频率控制字产生模块产生频率控制字进行动态调整，保持对跳频信号的跟踪，频率控制字产生模块根据跳频信号频点的切换时刻调整送给解跳模块的频率控制字来实现对跳频频点的跟踪，从而实现跳频信号的同步。

2.如权利要求1上述的减少跳频通信***跳频信号同步时间的方法，其特征在于：信道划分后，在各个子信道内寻找信号是否出现，当检测到信号存在时，按照时间先后顺序和在每个频点上的信号驻留时间，对跳频频点出现的先后顺序进行记录；把已经发现的跳频频点出现顺序与已知的跳频图案进行对比，从跳频图案中找到相应的位置,同时用本地时钟对搜索过程持续时间进行计时；当找到跳频图案后，结合本地计数器值确定下一条信号出现的频点和时间，通过调整送给解跳模块的频率控制字来实现对接收跳频信号的解跳。

3.如权利要求2所述的减少跳频通信***跳频信号同步时间的方法，其特征在于：采用解调模块的解调结果确定精确的跳频频点切换时刻，对用于解跳的频率控制字进行动态调整，保持对跳频信号的持续跟踪，同时对解跳后的信号进行解调，恢复出发送的数据。

4.一种按权利要求1所述方法采用的跳频同步电路，包括：依次串联在同一线路上的高速采样模块、数字信道化模块、频点切换时刻估计模块、信号检测模块、跳频频点记录模块和跳频频点搜索模块，其特征在于：在信号检测模块和跳频频点搜索模块之间电连接有形成并联回路的本地计数器和频率控制字产生模块，以及串联高速采样模块，与上述频率控制字产生模块形成并联回路的解跳模块和解调模块。

5.如权利要求4所述的跳频同步电路，其特征在于：高速采样模块首先对接收到的跳频信号进行采样，将模拟信号转换为数字信号，把得到的采样数据送给数字信道化模块，数字信道化模块根据预先确定的跳频频点对采样带宽进行子信道划分，形成与跳频频点相同的子信道，在每个子信道内对信号进行下变频和降采样处理。

6.如权利要求4所述的跳频同步电路，其特征在于：数字信道化模块把各个子信道的处理结果送给频点切换时刻估计模块进行频点切换时刻估计；频点切换时刻估计模块对接收到的各个子信道的信号求模，按照单个跳频频点的驻留时间为周期进行移动积分，对积分结果进行检测；当积分结果出现明显的三角形峰值，将峰值最高点对应的起始积分点作为跳频信号的频率切换时刻。

7.如权利要求6所述的跳频同步电路，其特征在于：频点切换时刻估计模块把估计出的频点切换时刻送给信号检测模块，信号检测模块根据频点切换时刻对接收到的各个子信道的信号，按照每个跳频频点的驻留时间进行检测，判断各个子信道中是否存在信号，把信号检测结果送给跳频频点记录模块，并在每轮检测过程开始时，启动本地计数器对检测过程进行计数；跳频频点记录模块依据信号检测模块送来的每个子信道出现的跳频点时间，送给跳频频点记录模块进行记录，把记录结果送给跳频频点搜索模块；跳频频点搜索模块根据跳频频点的记录结果在跳频图案中对出现的信号进行搜索，确定出接收信号在跳频图案中的位置，从而完成跳频图案的同步。

8.如权利要求4所述的跳频同步电路，其特征在于：频率控制字产生模块根据跳频频点搜索模块的搜索结果，将本地计数器产生的当前计数结果和当前信号相对应的频率控制字送给解跳模块；解跳模块根据接收到的频率控制字对高速采样模块送来的信号进行下变频处理和降采样处理，并把处理结果送给解调模块；解调模块对接收到的基带信号进行解调，并把解调结果输出。

9.如权利要求4所述的跳频同步电路，其特征在于：在同步过程中，信号检测模块根据解调模块送来的信号锁定标志来启动一轮信号检测过程，如果信号锁定标志为锁定状态，则停止信号检测；如果信号锁定标志为未锁定状态，开始一轮的信号检测，每轮信号检测过程结束后根据信号锁定标志来确定是否开始下一轮信号检测过程。

10.如权利要求8所述的跳频同步电路，其特征在于：信号检测模块根据解调模块送来的信号锁定标志来启动一轮信号的检测，对本地计数器进行复位，使本地计数器重新从0开始进行计数；在对接收信号进行检测时，以每个跳频频点的持续时间为周期进行检测，即以信号在单个跳频频点的驻留时间为周期对每个跳频频点进行检测。