CN106849995A - 自适应跳频系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应跳频系统及方法，该方法包括：初始化步骤，收发双方通过初始化同步获得相同的伪随机序列发生器初始序列，并根据该初始序列生成跳频图案；所述跳频图案包括N行J列个跳频点f₁₁‑f_NJ，假设第n行j列的跳频点为f_nj；步骤1，根据跳频图案依次查找下一跳频点进行跳频通信；步骤2，在每个跳频点处感测噪声功率幅值并计算加权值并存储；步骤3，判断第一行跳频点是否跳完；若否，则返回步骤1；若是，则进入步骤4；步骤4，进入自适应跳频流程。本发明的自适应跳频系统及方法能够根据周围环境干扰选择合适的跳频点，抗干扰能力强。

Description

自适应跳频系统及方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，特别涉及跳频通信领域中一种根据通信环境自适应调整跳频图案的方法。

背景技术

跳频技术是指通信收发双方的跳频图案是事先约好的，同步地按照跳频图案进行跳变。这种跳频方式称为常规跳频(Normal FH)。在跳频通信中，跳频图案反映了通信双方的信号载波频率的规律，保证了通信方发送频率有规律可循，但又需要不易被对方所发现。因此为了不被第三方截获或者干扰通信，跳频图案要求越复杂越好。通常跳频图案由两个部分构成，一个是固定的跳频表，一个是跳频序列。跳频序列是伪随机序列，采用不同的跳频序列从同一张跳频表中取出指定数目的频率，即构成了一个新的跳频图案。因为跳频图案各不相同，在使用过程中，每次都重新生成会造成不必要的资源浪费，因此一般都会将编辑好的跳频图案保存成文件，在使用的时候直接调出即可。

如前所述，根据修改跳频表和跳频序列，可以达到修改跳频图案的目的，现有的跳频图案输入中多是先固定跳频带宽，然后再选择各种内建的跳频序列，在跳频带宽内选择跳频点，组建成新的跳频图案。如设定跳频带宽为1MHz～10MHz，频率步进为1K，则跳频表就由1MHz、1.1MHz……10MHz构成了，然后再选择内建的跳频序列，从这些跳频点中随机取数即可。这种方法用户操作起来比较简单，只用设置几个简单参数，然后选择想要的跳频序列即可。跳频图案的产生基于线性或非线性跳频码序列。例如常用的跳频码序列是基于m序列、M序列、RS码等设计的伪随机序列。这些伪随机码序列通过移位寄存器加反馈结构来实现，结构简单，性能稳定，能够较快实现同步。它们可以实现较长的周期，相关特性也比较好，但是当存在人为的故意干扰，如预测码序列后进行的跟踪干扰时，这些序列的抗干扰能力较差。

随着现代战争中的电子对抗越演越烈，在常规跳频的基础上又提出了自适应跳频。它增加了频率自适应控制和功率自适应控制两方面。目前已经有很多自适应跳频方面的研究，效果各有优劣，应用场景也各有局限。但其都在跳频图案的选择上有很好的约束和严禁性，本发明的主要思想是在跳频图案的设计和接收端频率感知模块的重设计基础上更好的结合跳频图案和频率感知模块以更优的选择跳频频率。

发明内容

实施本发明实施例，具有如下有益效果：本发明的自适应跳频系统及方法能够根据周围环境干扰选择合适的跳频点，抗干扰能力强。

本发明提供了一种自适应跳频方法，包括：

初始化步骤，收发双方通过初始化同步获得相同的伪随机序列发生器初始序列，并根据该初始序列生成跳频图案；所述跳频图案包括N行J列个跳频点f₁₁-f_NJ，假设第n行j列的跳频点为f_nj；

步骤1，发送方根据所述跳频图案查找下一跳的跳频点时，接收方在当前跳频点感测跳频图案中所有频点的噪声功率幅值X₁₁-X_NJ；然后根据感测到的所述噪声功率幅值计算跳频点的噪声幅值加权值β₁₁-β_NJ，并发送给发送方；发送方存储所述加权值；

步骤2，发送方根据跳频点f_nj的此次加权值β_njk与前次加权值β_njk-1的大小，确定是否合适的跳频点，若不是，则丢弃该跳频点，并重复步骤1，直到找到合适的跳频点；若是，则跳到该合适的跳频点。

其中，所述步骤1进一步包括，所述在第1行跳频点f₁₁-f_1J跳频结束后，在第2行跳频点开始进入步骤2。

其中，所述步骤2进一步包括：

步骤21，发送方根据跳频图案查询下一跳跳频点，若该下一跳跳频点为第一次跳频点，则直接跳到该下一跳跳频点；若该下一跳跳频点是重复跳频点，则查询该跳频点对应的加权值β_njk及该频率点的前一次加权值β_njk-1；

步骤22，若β_njk<β_njk-1，则直接确定该跳频点为下一跳跳频点，并进入步骤3；若β_njk-1>β_njk-1,则丢弃该跳频点并返回步骤1；

步骤32，所述发送方选择该合适的跳频点，并通知所述接收方，返回步骤2，直至跳频结束。

其中，所述计算加权值β_nj的步骤进一步包括：

根据跳频图案中的各频点的使用概率值Ynj及fnj频点所感测到的功率幅值Xnj所在档位系数Rm计算第一加权系统为Y_njm

Y_njm＝Y_njR_m

其中，R_m为第m档功率幅值对应的系数，Y_njm为第nj个频率点在第m档功率幅值时的加权初始系数；

然后根据下述公式计算加权值，

其中，k>0,X_njk为第nj个频率点在第k次感知测量时的功率幅值，Y_njmk为第nj个频率点在第k次感知测量时的功率幅值所在档的加权初始系数。

其中，若连续选取总频点数的次还没有合适结果，则初始化加权值表，重新开始跳频。

本发明进一步提供了一种自适应跳频系统，包括：

接收方和发送方，其包括通过初始化同步获得相同的伪随机序列发生器初始序列并根据该初始序列生成的跳频图案，所述跳频图案包括N行J列个跳频点；

发送方根据跳频图案查找下一跳的跳频点时，接收方均在当前跳频点感测跳频图案中所有频点的噪声功率幅值X₁₁-X_NJ；然后根据感测到的所述噪声功率幅值计算跳频点的噪声幅值加权值β₁₁-β_NJ，并发送给发送方，发送方存储所述加权值，假设第n行j列的跳频点f_nj的加权值为β_nj；

发送方根据加权值β_njk与前次加权值β_njk-1的大小，确定该下一跳的跳频点是否合适的跳频点，若不是，则丢弃该跳频点，继续查找下一跳频点，直到找到合适的跳频点；若是，则收发双方均跳到该合适的跳频点。

其中，所述计算加权值β_nj的步骤进一步包括：

根据跳频图案中的各频点的使用概率值Ynj及fnj频点所感测到的功率幅值Xnj所在档位系数Rm计算第一加权系统为Y_njm

Y_njm＝Y_njR_m

其中，R_m为第m档功率幅值对应的系数，Y_njm为第nj个频率点在第m档功率幅值时的加权初始系数；

然后根据下述公式计算加权值，

其中，k>0,X_njk为第nj个频率点在第k次感知测量时的功率幅值，Y_njmk为第nj个频率点在第k次感知测量时的功率幅值所在档的加权初始系数。

其中，若连续选取总频点数的次还没有合适结果，则初始化加权值表，重新开始跳频。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是常规的自适应跳频系统示意图；

图2是本发明的自适应跳频系统结构示意图；

图3是本发明的自适应跳频方法主流程图；

图4是本发明的自适应跳频方法子流程图；

图5是本发明的噪声功率档位示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为常规跳频电台发送方和接收方的系统示意图，其中包括发送方1和接收方2。

首先，发送方1上电，进入待机状态，其和接收方2均事先加载了同步伪随机序列频点。即双方可以同步按照相同的跳频图案10和20进行跳频。发送方通过跳频图案设置的频点发送信号，接收方同步通过监听跳频图案的相应频点接收信号，并将接收到的信号数据进行调制/解调然后发送给数据中心。发送完毕数据后继续根据跳频图案监听下一个频点发来的数据。

与常规跳频系统不同的是，本发明的自适应跳频系统的收发电台双方可以在发送信号和接收信号的同时进行通信，以便能够根据环境干扰对跳频图案的跳频顺序进行实时更新。本发明的自适应跳频系统在频率选取过程中加入频率图案中各个频率点的加权因子，在每次跳频选择时都要考量其加权系数值来肯定当前跳频频率值或丢弃当前图案频率选择从而继续跳频以达到理想跳频值。

图2所示为根据本发明的跳频系统的结构示意图。

其中，本发明的自适应跳频系统的接收方2进一步包括感知模块21，用于感测当前跳频点fnj的噪声功率幅值Xnj；系数计算单元22，用于计算感测到的各功率幅值Xnj所在档位及对应的系数Rm；概率计算模块23，用于根据所述跳频图案生产各跳频点的使用概率Ynj；加权值计算模块24，用于根据感测到的Xnj和Rm以及所述概率Ynj，计算各跳频点的加权值。

其中，系数计算单元22，根据当前接收方自身信号使用功率的大小将感测到的不同功率幅值范围的干扰噪声进行分档，每个档如何细分，这需要建立在自身信号的幅值和收发双方接收灵敏度以及相关法规和特殊应用场景具体考虑。

对于同频率同相位的干扰信号我们对其建立了积分分布比较器，通过对不同频点在相应幅值范围内的分布曲线下的积分比例来设置频点分布系数Rm。

例如，假设自身信号频点为1GHZ，规定1GHZ信号在作为某一特定场所通信时功率最大不可超过50mw，收发双方在功率为1mw时才能正常接收，自身发射信号功率为10mw，则在设置分档时的有效范围就可以在0.1-5档。

本发明的接收方2中设置了一个积分分布比较器，用于计算Rm的值。

为了方便理解，举例说明，图5直观地示出了两档位(m＝2)的积分分布示意图。如图所示，由0-1之间的积分面积与0-2的积分面积比值就可得到R₁的值，即第1档功率噪声所占所有噪声功率的比值；同理1-2之间的积分面积与0-2的积分面积比值就可得到R₂的值(即第2档噪声所占所有噪声功率的比值)。需要指出的是，功率幅值分档越细致，效果越好。例如，共m个档。则积分分布比较器可以计算每个档位的积分面积与全部档位的积分面积的比值。

根据感测到的噪声干扰幅值X_nj可以计算出该幅值对应的档位以及该档位对应的Rm值。

然后，根据初始跳频序列函数统计每个跳频点f_nj的使用概率，设置每个频率点的加权系数为Y_nj(理想情况下，即N*J个跳频点均只使用一次，因此每个跳频点的加权系数即为)；

然后，加权值计算单元24生成强度动态调整加权系数：Y_njm＝Y_njR_m。(R_m为第m档功率幅值对应的系数，Y_njm为第n行j列个频率点fnj在第m档功率幅值时的加权初始系数)。

然后根据感测到的所述噪声功率幅值计算跳频点的噪声幅值加权值

β₁₁-β_NJ，并发送给发送方，发送方存储所述加权值，并在第1行跳频点f₁₁-f_1J跳频结束后，在第2行跳频点开始自适应跳频流程；

同时，接收方通过感知模块21确定当前噪声所涉及的跳频点的功率幅值，根据这些跳频值的加权平均(即此时的功率幅值与历史功率幅值平均值的比值)计算出该频率点当前的加权值β_njk：

(k>0,X_njk为第n个频率点在第k次感知测量时的功率幅值，Y_njk为第n个频率点在第k次感知测量时的功率幅值所在档的加权初始系数)。

图3示出了本发明的跳频方法，包括如下主流程步骤：

步骤1，查找跳频图案依次进行跳频通信；

具体地，在步骤1，收发双方通过初始化同步获得相同的伪随机序列发生器初始序列，并根据该初始序列生成跳频图案；所述跳频图案包括N行J列个跳频点f₁₁-f_NJ，初始跳频点为f₁₁；然后，收发双方从f₁₁跳频点开始进入常规跳频流程，发送方通过查找跳频图案依次跳到下一个跳频点；该步骤1与常规跳频中方法并无不同。

然后，进入步骤2，在每个跳频点处感测功率幅值并计算加权值并存储；

具体地，本发明的接收方在每次跳频时，均在通信频点感测跳频图案中所有N行J列个频率点的噪声功率幅值X₁₁-X_NJ；然后进入步骤3；

步骤3，判断第一行跳频点是否跳完？若否，则返回步骤1；若是，则进入步骤4；

步骤4，进入自适应跳频流程。

图4示出了本发明的自适应跳频子流程具体包括如下步骤：

步骤41，根据跳频图案查询下一跳跳频点；

步骤42，判断是否是第一次跳频点；若是，则跳到该跳频点，然后进入步骤45；若否，则进入步骤43；

步骤43，计算该跳频点本次对应的加权值βnjm_k并查询前一次该频率点的加权值βnjm_k-1；根据此次跳频点的加权值β_njk以及查询前次的次跳频点的加权值β_njk-1，若βnjm_k<βnjm_k-1，则进入步骤44，跳到该跳频点，进入步骤45；

若βnjm_k>βnjm_k-1，则丢弃该跳频点，返回步骤41；

然后，进入步骤45，全部跳频点已完成跳频？若否，则返回步骤1；

若是，则结束。

更进一步，若连续选取总频点数的次还没有合适结果，则初始化加权值表，重新开始跳频。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种自适应跳频方法，包括：

初始化步骤，收发双方通过初始化同步获得相同的伪随机序列发生器初始序列，并根据该初始序列生成跳频图案；所述跳频图案包括N行J列个跳频点f₁₁-f_NJ，假设第n行j列的跳频点为f_nj；

步骤1，根据跳频图案依次查找下一跳频点进行跳频通信；

步骤2，在每个跳频点处感测噪声功率幅值并计算加权值并存储；

步骤3，判断第一行跳频点是否跳完；若否，则返回步骤1；若是，则进入步骤4；

步骤4，进入自适应跳频流程。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述步骤4进一步包括，

步骤41，根据跳频图案查询下一跳跳频点；

步骤42，判断是否是第一次跳频点？若是，则跳到该跳频点，然后进入步骤45；若否，则进入步骤43；

步骤43，计算该跳频点本次对应的加权值βnjk并查询前一次该频率点的加权值βnjm_k-1；根据此次跳频点的加权值β_njk以及查询前次的次跳频点的加权值β_njk-1，若βnjm_k<βnjm_k-1，则进入步骤44，跳到该跳频点，进入步骤45；若βnjm_k>βnjm_k-1，则丢弃该跳频点，返回步骤41；

然后，进入步骤45，判断全部跳频点已完成跳频？若否，则返回步骤41；

若是，则结束。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述计算加权值β_njk的步骤进一步包括，

根据跳频图案中的各频点的使用概率值Ynj及fnj频点所感测到的功率幅值Xnj所在档位系数Rm计算第一加权系统为Y_njm

Y_njm＝Y_njR_m

其中，R_m为第m档功率幅值对应的系数，Y_njm为第nj个频率点在第m档功率幅值时的加权初始系数；

然后根据下述公式计算加权值，

${\mathrm{\&beta;}}_{njk}=\frac{X_{njk}*Y_{{\mathrm{njm}}_k}}{\frac{X_{nj0}*Y_{{\mathrm{njm}}_0}+\mathrm{...}+X_{nj(k-1)}*Y_{{\mathrm{njm}}_{k-1}}}{k}}$

其中，k>0,X_njk为第nj个频率点在第k次感知测量时的功率幅值，Y_njmk为第nj个频率点在第k次感知测量时的功率幅值所在档的加权初始系数。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

若连续选取总频点数的次还没有合适结果，则初始化加权值表，重新开始跳频。

5.一种自适应跳频系统，包括：

接收方和发送方，其包括通过初始化同步获得相同的伪随机序列发生器初始序列并根据该初始序列生成的跳频图案，所述跳频图案包括N行J列个跳频点；

发送方根据跳频图案查找下一跳的跳频点时，接收方均在当前跳频点感测跳频图案中所有频点的噪声功率幅值X₁₁-X_NJ；然后根据感测到的所述噪声功率幅值计算跳频点的噪声幅值加权值β₁₁-β_NJ，并发送给发送方，发送方存储所述加权值，假设第n行j列的跳频点f_nj的加权值为β_nj；

发送方在第一行跳频点f11-f1n跳频结束后，在根据第二行跳频图案跳频时，根据当前加权值β_njk与前次加权值β_njk-1的大小，确定该下一跳的跳频点是否合适的跳频点，若不是，则丢弃该跳频点，继续查找下一跳频点，直到找到合适的跳频点；若是，则收发双方均跳到该合适的跳频点。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：

所述计算加权值β_nj的步骤进一步包括，

根据跳频图案中的各频点的使用概率值Ynj及fnj频点所感测到的功率幅值Xnj所在档位系数Rm计算第一加权系统为Y_njm

Y_njm＝Y_njR_m

其中，R_m为第m档功率幅值对应的系数，Y_njm为第nj个频率点在第m档功率幅值时的加权初始系数；

然后根据下述公式计算加权值，

${\mathrm{\&beta;}}_{njk}=\frac{X_{njk}*Y_{{\mathrm{njm}}_k}}{\frac{X_{nj0}*Y_{{\mathrm{njm}}_0}+\mathrm{...}+X_{nj(k-1)}*Y_{{\mathrm{njm}}_{k-1}}}{k}}$

其中，k>0,X_njk为第nj个频率点在第k次感知测量时的功率幅值，Y_njmk为第nj个频率点在第k次感知测量时的功率幅值所在档的加权初始系数。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：

若连续选取总频点数的次还没有合适结果，则初始化加权值表，重新开始跳频。