CN102594400B

CN102594400B - 一种跳时脉冲位置键控遥测方法

Info

Publication number: CN102594400B
Application number: CN201210047230.4A
Authority: CN
Inventors: 杨春; 张健; 罗启彬; 石磊
Original assignee: Institute of Electronic Engineering of CAEP
Current assignee: Institute of Electronic Engineering of CAEP
Priority date: 2012-02-28
Filing date: 2012-02-28
Publication date: 2014-10-22
Anticipated expiration: 2032-02-28
Also published as: CN102594400A

Abstract

本发明公开了一种新型跳时脉冲位置键控遥测方法，属于无线测控通信领域。通过跳时扩频技术实现PPK遥测体制多址通信；接收端通过匹配滤波的方式来完成多用户检测。本方法安全、保密、抗干扰、抗截获能力强，并具有多址通信能力。

Description

一种跳时脉冲位置键控遥测方法

技术领域

本发明涉及一种安全、保密、具备抗干扰、抗截获能力和多址通信能力的数字化脉冲遥测方法，确切地说是一种在传统脉冲位置键控（PPK）遥测方法上采用跳时扩频技术的新型多进制数字化遥测方法，属于无线测控通信领域。

背景技术

我国再入遥测技术中对特殊信号的测量方法，从最早基于脉冲位置的PPM（PPM:Pulse Position Modulation）调制体制，发展到目前基于数字化传输的PPK（PPK:Pulse Position Key）遥测体制。其中PPM体制是一种模拟传输体制，这种模拟传输体制由于不能直接传输数字信号，因而逐渐被PPK遥测体制所取代。对于PPK体制，不但实现了信号的数字化传输，而且易于在工程中实现，所以该体制在再入遥测领域得到了很好的应用。

但随着技术的不断向前推进，遥测系统正在向综合测量系统方向发展，实际应用的需求对遥测系统的综合性能提出了更高的要求。

首先，多目标测量系统的应用要求遥测系统具备多目标测量能力；

其次，伴随电子对抗技术的发展，对无线测控系统的信息安全也提出很高要求，如一方面在信息层面需求无线测控系统采取信息加密等技术措施，另一方面也需要在无线传输体制上要具备抗干扰、抗截获能力。

而现阶段的PPK遥测体制并不能直接支持多目标通信，在抗干扰性能、抗截获能力等方面也亟待提升。

公开号为CN1402484，公开日为2003年3月12日的中国专利文献公开了一种安全的无线通信方法，采用跳时通信时，将时隙选定信息隐藏在随机信息中；发射装置只在选定的时隙发射数据，接收装置只处理选定时隙的接收信号；每个通信时隙传输一个数据包，其通信方式为异步通信方式；该通信方法，通过将选择跳时时隙的信息隐藏在随机信息中，增加了选定时隙的随机性，消除了通信中的安全隐患，确保了监测设备不被伪设备欺骗；同时采用异步通信的方式简化了实现的复杂度，通信装置简单，成本降低。

参照上述专利文献，可知跳时技术主要应用在超宽带（Ultra Wide BandUWB）无线电通信领域，作为三种基本扩频技术之一，跳时技术本身的抗干扰性不强，处理增益很低，并没有真正意义上的扩频，所以它很少单独使用。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种在传统脉冲位置键控（PPK）遥测方法上采用跳时扩频技术的新型多进制数字化遥测方法，本方法安全、保密、抗干扰、抗截获能力强，并具有多址通信能力。

本发明是通过采用下述技术方案实现的：

一种跳时脉冲位置键控遥测方法，其特征在于：通过跳时扩频技术实现PPK遥测体制多址通信；接收端通过匹配滤波的方式来完成多用户检测。

进一步的，本发明所说的“通过跳时扩频技术实现PPK遥测体制多址通信；接收端通过匹配滤波的方式来完成多用户检测”具体方法如下：

将每个用户的消息发送至一个缓存器，待缓存器中接收到设定比特的消息后，通过PPK编码器对这些消息完成PPK编码，然后为每个用户分配一个唯一的跳时序列，利用这个唯一的跳时序列，根据所传输的这段经过PPK编码的消息内容，产生传输这段消息的特有的一个脉冲串；接收端根据每个用户的跳时序列特性进行相关接收，从而分辨是哪个用户的消息，并根据相关峰恢复出所发送的消息信号。

进一步的，所说的跳时序列是指“通过现场可编程门阵列FPGA计算产生具有伪随机性的跳时序列簇，并为相应的用户分配的一个跳时序列”。

进一步的，在完成PPK编码后，将消息送入重复编码器进行重复编码。

所述的“接收端根据每个用户的跳时序列特性进行相关接收，从而分辨是哪个用户的消息，并根据相关峰恢复出所发送的消息信号”具体是指：

接收端产生与发送端一致的跳时序列，与所述脉冲串信号进行匹配滤波，得到属于该用户所传输消息对应的若干个相关峰（这里的每个相关峰经过后端解调后可以输出用户所传输的几个比特<一个信道字>的消息）；检测每一个脉冲所在位置，通过PPK解码，获得所传输信息。

所述的“每个用户的消息发送至一个缓存器”具体是：每个用户的消息按帧分组并增加帧头后，发送至一个缓存器，帧头用于后端PPK解码。

一帧信息包括帧头和若干段经过分组的消息。

所述分组的大小是根据传输要求通过外部输入设定的，其值大小即为PPK信道字。

与现有技术相比，本发明的有益效果表现在：

一、本发明创造性的将跳时扩频技术应用到PPK遥测体制中实现多址通信，且接收端通过匹配滤波的方式来完成多用户检测，与现有技术相比，突破了人们的传统观念，克服了跳时技术只能应用在超宽带（Ultra Wide BandUWB）无线电通信领域的偏见，具有安全、保密、抗干扰抗截获能力强，和具有多址通信能力的优点。

同时，将跳时扩频技术应用到PPK遥测体制中，克服了诸多困难：本来PPK体制中的脉冲持续时间比较短，经过跳时处理后，将以往一个PPK信道字周期内的一个脉冲转换为多个脉冲（具体脉冲数量根据跳时序列特性而定）这会致使脉冲更加短，这对后端接受的灵敏度提出了很高的要求，而本申请中采用了匹配滤波的方式，将整个信道字周期内的所有脉冲作为解调对象，以此降低了由于灵敏度高而产生误判的风险，从而使跳时扩频技术应用到PPK遥测体制中成为了可能，并达到了较好的技术效果。

二、本发明中，采用“将每个用户的消息发送至一个缓存器，待缓存器中接收到设定比特的消息后，通过PPK编码器对这些消息完成PPK编码，然后为每个用户分配一个唯一的跳时序列，利用这个唯一的跳时序列，根据所传输的这段经过PPK编码的消息内容，产生传输这段消息的特有的一个脉冲串；接收端根据每个用户的跳时序列特性进行相关接收，从而分辨是哪个用户的消息，并根据相关峰恢复出所发送的消息信号”这样特定的方式，使跳时扩频技术真正能行之有效的应用到PPK遥测体制中：

一方面通过跳时扩频的方式实现了PPK多址通信的目的；

另一方面跳时扩频将原本PPK的一个脉冲分散到同一信道字周期内的其他位置的多个脉冲，从而降低了传输过程中每个脉冲的能量，降低平滑信号频谱，隐藏信号于噪声中，有利于对抗非合作方的检测，提升抗截获性能；

另一方面，通过跳时扩频提高了系统抗干扰性能；

还一方面，接收端通过匹配滤波的方式来完成多用户检测，从而有效避免了同步的问题；（不再像以前的系统中，需要复杂的同步系统来完成系统同步），并且能将整个信道字周期内的所有脉冲作为解调对象，以此降低了由于灵敏度高而产生误判的风险，从而使跳时扩频技术应用到PPK遥测体制中成为了可能，并达到了较好的技术效果。

三、本发明中，采用“利用这个唯一的跳时序列，根据所传输的这段经过PPK编码的消息内容，产生传输这段消息的特有的一个脉冲串”的方案，从而增加了信息的隐藏性，消除了传输过程中被非合作方检测的安全隐患。

四、本发明通过对PPK体制的改进，实现了发送端的设备数字化，简单化，降低发送端产生信号的复杂度，易于在工程实践中实现。

附图说明

下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明，其中：

图1为本发明发送端信号产生原理框图；

图2为本发明接收端信号检测原理框图；

图3为本发明TH/PPK信号结构示意图；

图4为本发明接收数据检测时序图。

具体实施方式

实施例1

本发明公开了一种跳时脉冲位置键控遥测方法，通过跳时扩频技术实现PPK遥测体制多址通信；接收端通过匹配滤波的方式来完成多用户检测。

针对本实施例，本领域的技术人员看到上述技术方案的描述后，就能想到如何将跳时技术应用到数字化脉冲遥测中，以及如何实现接收端通过匹配滤波的方式来完成多用户检测。本实施例，突破了人们的传统观念，克服了跳时扩频技术不能应用到PPK遥测体制的偏见，具有安全、保密、抗干扰抗截获能力强，和具有多址通信能力的优点。

实施例2

在实施例1的基础上，本发明提出了一种更好的将跳时扩频技术应用到PPK遥测体制的方法，具体是：在PPK体制的基础上利用跳时扩频技术，将每个用户的消息按帧（一帧就是若干个信息字）分组并增加帧头，发送至一个缓存器，待缓存器中接收到一定比特（这个比特多少可以通过设置PPK信道字长来改变，这就是多进制，与传统的二进制有区别，二进制只能够传输0或1，而多进制可以传输0,1,2,3……）的消息，系统通过PPK编码器对这些消息完成PPK编码；下一步中，系统为每个用户分配一个唯一的跳时序列；利用这个特有的跳时序列，并根据所传输的这段经过PPK编码的消息内容，产生传输这段消息特有的一个脉冲串；接收端根据每个用户的跳时序列特性进行相关接收，根据相关峰恢复出所发送的消息信号；每次传输一个数据包，数据包大小根据PPK所设置的信道字长确定。

所述一帧信息包括：帧头、若干段经过分组的消息（分组大小是根据传输要求通过外部输入设定的，其值大小即为PPK信道字）。

TH/PPK系统的方法包括：

1、由系统内部的FPGA（Field Programmable Gate Array, FPGA）产生具有伪随机性的跳时序列簇；

2、根据跳时序列和所发送的PPK编码的消息内容，产生传输这段消息特有的一个脉冲串；

3、接收端产生与发送端对应的跳时序列，与接收信号进行相关，从而分辨是哪个用户的消息，并恢复出所发送的消息信号。

产生跳时序列簇的方法：

1、外部设定参数，参数包括：可支持最大用户数、跳时参数p；

2、通过FPGA计算产生具有伪随机性的跳时序列簇，并为相应的用户分配一个跳时序列。

采用如本实施例这样特定的结合方式，使跳时扩频技术真正能行之有效的应用到PPK遥测体制中：

一方面通过跳时扩频的方式实现了PPK多址通信的目的；

另一方面，通过跳时扩频提高了系统抗干扰性能；

还一方面，接收端通过匹配滤波的方式来完成多用户检测，从而有效避免了同步的问题；（不再像以前的系统中，需要复杂的同步系统来完成系统同步）。

实施例3

参照说明书附图1-4，作为本发明的最佳实施方式，其方法如下：

1、消息信号首先输入至缓存器中，待累积到L比特，再经过PPK编码器完成PPK编码；

2、再将信号送入重复编码器进行重复编码，尔后通过跳时序列来控制每个PPK信道字的发送时隙；

3、利用2中产生的信号通过OOK控制载波，完成中频调制。

4、在接收端收到信号，进行信道滤波和下变频，得到不同用户的脉冲串（这些脉冲串是混在一起的）；

5、接收端产生与发送端一致的跳时序列，与“脉冲串”信号进行匹配滤波，得到属于该用户的若干个相关峰；

6、通过帧头的相关峰，恢复每个PPK信道字位定时信息；

7、检测每一个脉冲所在位置，通过PPK解码，获得所传输信息。

本发明采用跳时脉冲位置键控的通信方法，由跳时序列和消息信号相关产生传输过程中的脉冲序列，从而增加了信息的隐藏性，消除了传输过程中被非合作方检测的安全隐患。本发明通过对PPK体制的改进，实现了发送端的设备数字化，简单化，降低发送端产生信号的复杂度，易于在工程实践中实现。

Claims

1.一种跳时脉冲位置键控遥测方法，其特征在于：通过跳时扩频技术实现脉冲位置键控PPK遥测体制多址通信；接收端通过匹配滤波的方式且将整个信道字周期内的所有脉冲作为解调对象来完成多用户检测，具体是指：

将每个用户的消息发送至一个缓存器，待缓存器中接收到设定比特数量的消息后，通过PPK编码器对这些消息完成PPK编码，然后为每个用户分配一个唯一的跳时序列，利用这个唯一的跳时序列，根据所传输的这段经过PPK编码的消息内容，产生传输这段消息的特有的一个脉冲串；

接收端产生与发送端一致或对应的跳时序列，与所述脉冲串信号进行匹配滤波，得到属于该用户所传输消息对应的若干个相关峰，从而分辨是哪个用户的消息，并根据相关峰恢复出所发送的消息信号。

2.根据权利要求1所述的跳时脉冲位置键控遥测方法，其特征在于：所说的跳时序列是指通过现场可编程门阵列FPGA计算产生具有伪随机性的跳时序列簇，并为相应的用户分配的一个跳时序列。

3.根据权利要求1或2所述的跳时脉冲位置键控遥测方法，其特征在于：在完成PPK编码后，将消息送入重复编码器进行重复编码。

4.根据权利要求3所述的跳时脉冲位置键控遥测方法，其特征在于：所述的根据所述相关峰恢复出所发送的消息信号，具体是指检测每一个脉冲所在位置，通过PPK解码，获得所传输信息。

5.根据权利要求4所述的跳时脉冲位置键控遥测方法，其特征在于：所述的每个用户的消息发送至一个缓存器具体是：每个用户的消息按帧分组并增加帧头后，发送至一个缓存器，帧头用于后端PPK解码。

6.根据权利要求5所述的跳时脉冲位置键控遥测方法，其特征在于：一帧信息包括帧头和若干段经过分组的消息。

7.根据权利要求6所述的跳时脉冲位置键控遥测方法，其特征在于：所述分组的大小是根据传输要求通过外部输入设定的，其值大小即为PPK信道字。