CN105703800B - 基于排序重置的宽间隔跳频序列产生方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于排序重置的宽间隔跳频序列产生方法。该方法首先根据频率集内的频点数，对现有伪随机序列分段排序，生成序号序列，再根据间隔宽度，对序号序列进行宽间隔重置，产生宽间隔跳频序列。本发明产生的跳频序列不但满足宽间隔的要求，而且具有优良的序列均匀性、汉明相关性和间隔均匀分布特性，克服了现有宽间隔跳频序列总是存在部分统计性能不佳的缺点。

Description

基于排序重置的宽间隔跳频序列产生方法
技术领域
本发明属于跳频通信技术领域，用于宽间隔跳频序列的设计。
背景技术
跳频通信是一种使用伪随机序列控制载波频率跳变的扩谱通信方式，具有良好的抗干扰能力和多址组网性能，广泛用于军、民通信领域。在具体工程应用中，通常要求宽间隔跳频，即相邻两个跳频频点的频率间隔大于某预定值。宽间隔跳频能够更好地对抗窄带干扰、跟踪式干扰、阻塞式干扰和多径衰落。跳频通信中频率跳变由跳频序列控制，跳频序列对跳频通信的性能有着决定性的影响。因此，支持宽间隔跳频通信的宽间隔跳频序列具有重大的实用意义。
目前产生宽间隔跳频序列的方法有去中间频带法、随机平移替代法、对偶频带法等。去中间频带法由于中间一部分频带未被使用，序列均匀性差，频谱利用率低；随机平移替代法在跳频遇到窄点(相邻两个跳频频点的频率间隔小于预定值)后，则根据当前跳频码值进行平移，移到满足宽间隔要求的位置，随机平移替代宽间隔跳频序列具有较好的汉明相关性，但平移过程使跳频序列的均匀性恶化；对偶频带法将全部频率分为两个互相对偶的频率库，当跳频遇到窄点后，则跳变到当前频点的对偶频点上，对偶频带宽间隔跳频序列具有较好的均匀性和汉明相关性，但对偶变换在一定程度造成了跳频间隔分布特性的退化。目前常用的宽间隔跳频序列在统计性能上总是存在部分缺陷，不能保证全部统计性能良好。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于排序重置的宽间隔跳频序列产生方法，对伪随机序列进行排序后宽间隔重置，产生了具有优良均匀性、汉明相关性和间隔分布特性的宽间隔跳频序列，能够有效支持跳频通信系统对抗窄带干扰、跟踪式干扰和多径衰落。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：
(1)对卡方检验和连续性检验结果都在置信度为95％的均匀假设肯定域内的伪随机序列，按照跳频频点集合内的频率数目进行截段划分，并舍弃尾部不能整除的部分，获得若干个分段，每个分段内包含的序列码数目为频率数目；对各分段的序列码从头至尾分配由0开始的自然数序号，然后按照段内序列码值的大小进行升序排列，排列后各序列码的序号形成序号序列；全部分段的序号序列拼接成总序号序列；
(2)遍历总序号序列，如果有相邻的前后两个序列码之间的差值间隔小于等于指定的间隔宽度，则对后一个序列码及其后续的序列码循环左移一位进行重置，此时后序列码移动至于总序号序列最后位置；继续判断前后两个序列码之间的差值间隔是否小于等于指定的间隔宽度，如果仍小于等于指定间隔宽度，则再次进行循环左移，直至前后序列码之间的差值间隔大于指定的间隔宽度；已遍历的总序号序列长度等于需要产生的宽间隔序列长度时，终止遍历；
(3)将遍历的总序号序列作为最终的宽间隔跳频序列输出。
所述的步骤(1)中进行升序排列时，如果所用的排序方法为稳定排序法，则相同码值的序列码前后位置顺序不变，否则，相同码值的序列码前后位置顺序发生变化。
所述的步骤(1)中，伪随机序列的长度大于需要产生的宽间隔跳频序列的长度。
本发明的有益效果是：产生的宽间隔跳频序列保留了原序号序列的优良均匀性和汉明相关特性，同时也具有优良的间隔分布均匀特性，相比与当前宽间隔跳频序列，性能更为全面。使用数理统计的方法对序列的均匀性、汉明相关性、间隔分布均匀特性进行分析，并与理论参考值比较，具有如下结果：
宽间隔序列种类 宽间隔 序列均匀性 汉明相关性 间隔分布均匀性
去中间频带法 是 差 差 差
随机平移替代法 是 差 良好 良好
对偶频带法 是 良好 良好 差
排序重置法 是 良好 良好 良好
附图说明
图1为本发明的系统应用原理图。
图2为本发明的步骤示意图。
图3为本发明实现的处理流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
本发明的技术方案为：先对伪随机序列进行分段排序产生序号序列，再对序号序列进行宽间隔重置，构造宽间隔序列。具体如下：
(1)对现有具备优良均匀性的伪随机序列，即序列的卡方检验和连续性检验结果，都在置信度为95％的均匀假设肯定域内，如混沌映射伪随机序列或分组加密伪随机序列，按照跳频频点集合内的频率数目进行截段划分，并舍弃尾部不能整除的部分，获得若干个分段，每个分段内包含的序列码数目为频率数目。对各分段的序列码从头至尾分配基于0的自然数序号，然后按照段内序列码值的大小进行升序排列(如果所用的排序方法为稳定排序法，则相同码值的序列码前后位置顺序不变，否则，相同码值的序列码前后位置顺序发生变化，具体位置由排序方法决定)，排列后各序列码的序号形成序号序列。各分段的序号序列是最长非重复序列，具有最佳的汉明相关性和均匀性。全部分段的序号序列拼接成总序号序列。
(2)从头至尾对总序号序列进行遍历，如果有相邻的前后两个序列码之间的差值间隔小于或等于指定的间隔宽度，则对后码及其后续的序列码循环左移一位进行重置，此时后码移动至于序号序列最后位置，前码之后的序列码都进行了更新。继续判断前后码之间的差值间隔是否小于或等于指定的间隔宽度，如果仍小于或等于指定间隔宽度，则再次进行循环左移，直至前后码之间的差值间隔大于指定的间隔宽度，由于事先提供了足够长度的序号序列，因此不会产生死循环。在此过程中，已遍历的序号序列长度等于需要产生的宽间隔序列长度时，终止遍历。重置不但使序列满足宽间隔要求，而且保留了原序号序列良好的统计性能。
(3)将遍历后的序号序列作为最终的宽间隔跳频序列输出。
图1为本发明所在的宽间隔跳频通信系统应用原理图。在发送端，待发送信息经信息调制后，再跳频调制到频率跳变的载波上，载波频率由宽间隔跳频序列在频率表中选出，载波由频率合成模块产生。在接收端，跳频信号经同步后，由对应的宽间隔序列从频率表中，选出相应的载波频率并合成载波，进行跳频解调，再经信息解调，获得对端发送的信息。
图3为本发明实现的处理流程图。假设跳频频率集合内的频率数为q，输入的伪随机跳频序列长度为L，如果需要产生长度为L'的宽间隔跳频序列，为避免重置过程中产生死循环，应满足条件，式中为对*的向上取整运算。具体步骤如下：
[步骤1]
对现有常用的伪随机序列进行分段排序。伪随机序列为{x0,x1,…,xk,…xL}，简记为{xk}，其长度为L。按照q对{xk}进行分段划分，舍弃尾部不能整除的部分，则共划分为个分段，式中为对*的向下取整运算，各分段序列为Xj＝{x0+jq,x1+jq,…xq-1+jq}，其中对各分段Xj中的序列码，在段内从头至尾依次绑定0～q-1的位置序号，再对各分段进行段内排序，设段内排序后的序列为Xj'，则由Xj'中序列码的位置序号形成序号序列Cj，全部分组的序号序列构成总序号序列简记为{ck}。
[步骤2]
对{ck}进行宽间隔重置，分为如下子步骤：
[步骤2.1]
从第一个序列码开始对{ck}进行遍历。
[步骤2.2]
遍历过程中，如果相邻两个序列码不满足宽间隔的要求，即：|ci-ci+1|≤g或|ci-ci+1|≥q-g，则将{ci+1,ci+2,…,cL}循环左移一位形成{ci+2,ci+3,…,cL,ci+1}，并将其作为新的{ci+1,ci+2,…,cL}。
[步骤2.3]
重复步骤2.2，直至ci与ci+1满足宽间隔的要求，即g+1≤|ci-ci+1|≤q-(g+1)。
[步骤2.4]
重复步骤2.2和步骤2.3，直至i＝L'，即，前L'个序列码都满足宽间隔要求。
[步骤3]
将前L'个序列码{c0,c1,…,cL’-1}作为宽间隔跳频序列{fk}输出。

Claims (3)

1.一种基于排序重置的宽间隔跳频序列产生方法，其特征在于包括下述步骤：
(1)对卡方检验和连续性检验结果都在置信度为95％的均匀假设肯定域内的伪随机序列，按照跳频频点集合内的频率数目进行截段划分，并舍弃尾部不能整除的部分，获得若干个分段，每个分段内包含的序列码数目为频率数目；对各分段的序列码从头至尾分配由0开始的自然数序号，然后按照段内序列码值的大小进行升序排列，排列后各序列码的序号形成序号序列；全部分段的序号序列拼接成总序号序列；
(2)遍历总序号序列，如果有相邻的前后两个序列码之间的差值间隔小于等于指定的间隔宽度，则对后一个序列码及其后续的序列码循环左移一位进行重置，此时后序列码移动至于总序号序列最后位置；继续判断前后两个序列码之间的差值间隔是否小于等于指定的间隔宽度，如果仍小于等于指定间隔宽度，则再次进行循环左移，直至前后序列码之间的差值间隔大于指定的间隔宽度；已遍历的总序号序列长度等于需要产生的宽间隔序列长度时，终止遍历；
(3)将遍历的总序号序列作为最终的宽间隔跳频序列输出。
2.根据权利要求1所述的基于排序重置的宽间隔跳频序列产生方法，其特征在于：所述的步骤(1)中进行升序排列时，如果所用的排序方法为稳定排序法，则相同码值的序列码前后位置顺序不变，否则，相同码值的序列码前后位置顺序发生变化。
3.根据权利要求1所述的基于排序重置的宽间隔跳频序列产生方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，伪随机序列的长度大于需要产生的宽间隔跳频序列的长度。
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