CN102983881B - 基于北斗授时芯片的跳频同步实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于北斗授时芯片的跳频同步实现方法，该方法包括以下步骤：1）将北斗授时芯片与电台FPGA相连，构成北斗授时系统；2）通过北斗授时系统搜索北斗授时信号，电台获取精确实时时间，并转换为电台TOD，采用短跳发送长跳搜索的方式实现电台的跳频同步，同时训练电台的晶体振荡器，获取训练参数；3）若北斗授时信号出现短时中断，通过训练参数训练电台的晶体振荡器，电台得到较为精确时间，将其转换为电台TOD，采用三倍慢搜索机制实现电台的跳频同步；否则，继续以短跳发送长跳搜索的方式维持电台的同步，并对训练参数进行调整。本发明可以很好地结合北斗授时与传统的跳频同步方法，保证跳频同步时间短，抗干扰性能强。

Description

基于北斗授时芯片的跳频同步实现方法

技术领域

本发明涉及一种跳频同步实现方法，尤其是一种基于北斗授时芯片的跳频同步实现方法，属于无线通信领域。

背景技术

跳频通信是一种扩频通信，收、发信机之间传输信号所采用的载波频率按照预定的规律进行离散变化，要想截获其中的通信内容则必须要清楚载波频率的跳变规律，因而具有抗干扰、抗截获的能力，并能作到频谱资源共享。通常发信机和收信机开始一次通信之前，各自以自己的时间信息进行随机频率跳变；因而在收、发信机开始通信之前，需要实现收、发机同时进行频率跳变和同时结束一次频率跳变（即跳对齐），以及每次跳变的频率均一样（即频率同步），这也就是跳频通信系统所要建立的跳频同步过程。

如果收、发信机之间的时间信息完全一致，收、发信机的载波频率可以在同一时刻跳到经过时间信息换算出来的同一频率上。但是收、发信机之间需要跳对齐，要精确到一个样点周期（采样率通常为几百kHz）；需要频率一致，要精确到一个跳周期（1000跳/秒的跳频系统，跳周期为1ms）。目前国内跳频通信通常采用一种基于收、发信机有时差要求（5分钟时差）的跳频同步实现方式：在发信机的跳频同步头中包括相关跳和勤务信息跳，收信机采用慢搜索进行跳频截获后，先完成跳对齐，再检测出勤务信号，最后根据同步信息来建立正确的跳频同步。电台的跳频同步维持靠内部晶体振荡器进行，该方法需要在通信前手动的将双方的时间调到相差五分钟的范围之内，并且这种慢搜索导致跳频同步时间长以及跳频同步的载波频率不够随机等问题。美国由于GPS系统已经比较完善，他们的跳频通信电台通常情况基于GPS授时，直接将收、发信机之间的时间信息调整到一致，其它模式或其它通信手段作为备份通信方式，该方法没有将卫星授时系统充分利用，尤其在组网情况下，如果个别电台卫星信号不太稳定的情况下，导致这个点与其它电台没法通信。

发明内容

本发明的目的，是为了解决上述现有技术的缺陷，提供一种可以很好地结合北斗授时与传统的跳频同步方法，保证跳频同步时间短，抗干扰性能强的基于北斗授时芯片的跳频同步实现方法。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

基于北斗授时芯片的跳频同步实现方法，其特征在于包括以下步骤：

1）将北斗授时芯片通过串口与电台FPGA相连，构成北斗授时系统；

2）通过北斗授时系统搜索北斗授时信号，当搜索到北斗授时信号后，电台获取精确实时时间，将该实时时间转换为电台TOD，采用短跳发送长跳搜索的方式实现电台收、发信机之间的跳频同步，同时通过北斗授时系统训练电台的晶体振荡器，获取训练参数；

3）在同步过程中，若北斗授时信号出现短时中断，通过步骤2）获取的训练参数训练电台的晶体振荡器，电台得到较为精确时间，将其转换为电台TOD，采用三倍慢搜索机制实现电台收、发信机之间的跳频同步；否则，继续以短跳发送长跳搜索的方式维持电台的同步，并对训练参数进行调整。

作为一种优选方案，步骤3）所采用的慢搜索机制为三倍慢搜索机制。

作为一种优选方案，所述北斗授时信号包括1PPS的秒脉冲信号和串行时间信息。

作为一种优选方案，所述串行时间信息为含年、月、日、时、分、秒的时间信息。

作为一种优选方案，所述训练参数包括瞬时频偏参数和老化频偏参数。

作为一种优选方案，步骤2）中所述训练电台的晶体振荡器获取训练参数采用如下方式：以北斗授时信号和晶体振荡器的时钟信号为输入，通过频偏参数生成算法，完成对频偏特性预测。

作为一种优选方案，所述频偏参数生成算法是将1PPS的秒脉冲信号和晶体振荡器的时钟信号输入秒脉冲上升沿判决模块，通过瞬时TIC计数器和老化偏差计数器分别得到瞬时频偏参数和老化频偏参数。

作为一种优选方案，步骤3）所述北斗授时信号出现短时中断的中断时间不大于24小时。

作为一种优选方案，步骤3）中所述通过训练参数训练晶体振荡器得到较为精确时间采用如下方式：将频偏参数输入到频率补偿算法，从而完成对晶体振荡器时钟的纠偏。

作为一种优选方案，所述频率补偿算法是先将瞬时频偏参数输入AD电路，将得到的直流电压值输入晶体振荡器产生震荡频率，然后将老化频偏参数输入进行老化偏差TIC补偿。

本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：

1、本发明采用近几年取得发展的北斗授时系统和北斗授时芯片，在每个电台中嵌入北斗授时芯片成为必然趋势，在高速跳频通信条件下，在北斗授时系统中，电台获得非常精准的时间。

2、本发明通过北斗授时系统对电台的晶体振荡器进行训练，校准本地晶体振荡器的同时，获取相应的训练参数，在短时（24小时内）出现北斗信号中断的时候，本地晶体振荡器仍然通过已经获取到的训练参数进行校准，继续维持比较精准的时间。这样不仅完成了当时的通信，还利用本地晶体振荡器充当“电池”的角色，将这卫星的精确时间信息储存了起来。

3、本发明可以很好地结合北斗授时与传统的跳频同步方法，保证跳频同步时间短，抗干扰性能强，尤其是在运动中卫星信号不稳定，或者是卫星信号被短时（24小时内）干扰时，能够不影响跳频同步过程。

附图说明

图1为本发明的工作流程图。

图2为本发明北斗授时系统的接口示意图。

图3为本发明北斗授时信号传输的时序图。

图4为本发明采用短跳发送长跳搜索的同步搜索过程。

图5为本发明通过北斗授时系统对晶体振荡器进行训练的示意图。

图6为本发明通过训练参数对晶振进行补偿的示意图。

图7为本发明采用三倍慢搜索的同步搜索过程。

具体实施方式

实施例1：

相关设置：电台用于跳频同步的时间单位为跳周期以及样点周期，以跳周期计数（1000Hop/s,跳周期为1ms），称为TOD（Time OfData），为了能够完成信息的解调，1跳又包括1000个样点，也就是说一个样点周期为1μs。

如图1所示，本实施例的实现方法包括以下步骤：

1）如图2所示，将北斗授时芯片通过串口与电台FPGA相连，构成北斗授时系统。

2）通过北斗授时系统搜索北斗授时信号，该北斗授时信号包括1PPS的秒脉冲信号，1秒钟产生一次，同时还包括串行时间信息：包头、年、月、日、时、分、秒、毫秒等信息，北斗授时信号传输的时序图如图3所示。

3）当搜索到北斗授时信号后，获取精确实时时间，北斗授时系统在上电之后将实时钟转化会TOD，TOD与实时钟建立一一对应关系，电台将实时钟的某一起点，如2000年1月1日0时0分0秒设为TOD的0时刻；将某一时刻，如2049年12月31日23点59分59秒设为TOD的最大值，这样电台的有效范围为50年，TOD可以用n比特进行计数。

4）电台实时通过北斗授时信号校准本地的TOD和样点计数器，由于收、发信机之间的TOD和样点都一致，跳频同步只需要补偿空间传输时延即可完成跳频同步头的捕获；采用短跳发送长跳搜索的方式实现电台收、发信机之间的跳频同步，以保证发信机由效能量能够完全被收信机接收到，如图4所示。

5）在校准本地的TOD和样点计数器的同时，对电台晶体振荡器进行校准。由于晶体振荡器存在瞬时频偏和老化频偏，且这两种频偏都各自按照一定时间曲线进行，以北斗授时的1PPS信号和晶体振荡器的时钟信号为输入，通过频偏参数生成算法，如图5所示，将1PPS的秒脉冲信号和晶体振荡器的时钟信号输入秒脉冲上升沿判决模块，通过瞬时TIC计数器和老化偏差计数器分别得到瞬时频偏参数和老化频偏参数，从而完成对频偏特性预测，对频偏参数不断调整。

6）在同步过程中，若北斗授时信号出现24小时内的短时中断，将步骤5）获取的频偏参数输入到频率补偿算法，如图6所示，所述频率补偿算法是先将瞬时频偏参数输入AD电路，将得到的直流电压值输入晶体振荡器产生震荡频率，然后将老化频偏参数输入进行老化偏差TIC补偿，从而完成对晶体振荡器时钟的纠偏，得到较为精确时间，将其转换为电台TOD，通过频率补偿算法可以保证24小时内所有电台的偏差（0.86ms）不大于1跳时间，使得晶体振荡器可以维持在0.01ppm的范围之内，从而可以较长时间维持电台的同步；采用三倍慢搜索机制实现电台收、发信机之间的跳频同步，以满足最大一跳偏差时，同步头有效能量能够完全被搜索到，如图7所示。否则，继续以短跳发送长跳搜索的方式维持电台的同步，并对频偏参数进行调整。

上述晶体振荡器为10M晶体振荡器。

以上所述，仅为本发明优选的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.基于北斗授时芯片的跳频同步实现方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将北斗授时芯片通过串口与电台FPGA相连，构成北斗授时系统；

2)通过北斗授时系统搜索北斗授时信号，当搜索到北斗授时信号后，该北斗授时信号包括1PPS的秒脉冲信号和串行时间信息，电台获取精确实时时间，将该实时时间转换为电台TOD，采用短跳发送长跳搜索的方式实现电台收、发信机之间的跳频同步，同时以北斗授时信号和晶体振荡器的时钟信号为输入，通过频偏参数生成算法，将1PPS的秒脉冲信号和晶体振荡器的时钟信号输入秒脉冲上升沿判决模块，通过瞬时TIC计数器和老化偏差计数器，分别得到瞬时频偏参数和老化频偏参数；

3)在同步过程中，若北斗授时信号出现不大于24小时的短时中断，通过步骤2)获取的瞬时频偏参数和老化频偏参数输入到频率补偿算法，所述频率补偿算法是先将瞬时频偏参数输入AD电路，将得到的直流电压值输入晶体振荡器产生振荡频率，然后将老化频偏参数输入进行老化偏差TIC补偿，从而完成对晶体振荡器时钟的纠偏，使得晶体振荡器维持在0.01ppm的范围之内，使电台得到较为精确时间，将其转换为电台TOD，采用三倍慢搜索机制实现电台收、发信机之间的跳频同步；否则，继续以短跳发送长跳搜索的方式维持电台的同步，并对瞬时频偏参数和老化频偏参数进行调整。

2.根据权利要求1所述的基于北斗授时芯片的跳频同步实现方法，其特征在于：所述串行时间信息为含年、月、日、时、分、秒的时间信息。