CN110138414A - 一种适用于卫星通信的猝发跳频传输快速同步方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种适用于卫星通信的猝发跳频传输快速同步方法，涉及卫星通信中的跳频同步技术，包含以下几个步骤：步骤一、用户站接收广播的TOD信息，同时估计信号传播时延；步骤二、用户站推算猝发跳频信号发送时的参考TOD值，并生成跳频图案；步骤三、用户站按照猝发跳频信号帧结构及跳频图案发送同步和数据信息；步骤四、地面站进行猝发跳频信号捕获和TOD值恢复，实现快速跳频同步。本发明设计猝发跳频信号中同步序列载波频率按跳频图案跳变，保证猝发信号的抗干扰和抗侦察定位性能，同时通过在发送端设计同步信号结构，使得接收端能够完成猝发跳频信号快速同步。

Description

一种适用于卫星通信的猝发跳频传输快速同步方法
技术领域
本发明涉及一种卫星通信中的猝发跳频传输快速同步方法，属于卫星通信领域。
背景技术
卫星通信具有覆盖区域广阔、不受地理条件和陆地灾害影响、通信容量大等特点，目前已在军事、商业以及应急救灾等领域得到广泛应用。但是卫星信道的开放性使其易于被干扰和截获。为了有效提升卫星通信的抗干扰、抗截获能力，将跳频技术引入卫星通信，从而融合跳频在抗干扰和抗截获方面的技术优势。在跳频卫星通信中，考虑某些特殊用户站与地面站的传输要求具备抗侦察定位能力，需要采用猝发通信方式，设计猝发跳频传输体制。
猝发跳频传输中首先需要完成跳频同步，进而实现突发捕获以及信号解调。目前实现跳频同步的方法主要有参考时钟法、独立信道法、自同步法、同步字头法和基于时间信息(Time of Day,TOD)的同步方法。其中基于TOD的跳频同步方法中，同步序列载波频率能够跳变，具有较强的抗干扰、抗侦察能力，但无法适用于猝发跳频传输。猝发跳频信号的跳频同步主要采用同步字头法，并且同步头传输使用固定频点，降低了猝发跳频信号的抗干扰、抗侦察能力。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提出一种适用于卫星通信的猝发跳频传输快速同步方法，使得同步序列载波频率能够跳变，同时保证猝发跳频信号的可靠捕获与接收，从而满足卫星通信中特殊用户的抗干扰、抗侦察使用要求。
一种适用于卫星通信的猝发跳频传输快速同步方法，具体包括以下步骤：
步骤一：用户站接收地面站通过卫星广播的信号，提取卫星广播信号中的同步信息和TOD信息，提取的TOD信息记为TODR；同时用户站根据自身位置信息和卫星轨位估计信号传播时延，并将其记为Td；
步骤二：用户站利用提取的TODR和估计得到的信号传播时延Td，计算得到猝发跳频信号发送时的参考TOD，记为TODT；根据TODT值，采用设定的基于TOD的跳频图案生成方案生成信号跳频图案；
步骤三：用户站生成猝发跳频信号中的同步序列和当前时刻的TOD信息，将待发送的数据信息与同步序列、TOD信息复接构成完整的猝发跳频信号帧，并基于跳频图案生成猝发跳频信号的载波频率，之后按照帧结构发送；
步骤四：地面站基于本地跳频图案和同步序列进行猝发跳频信号捕获，之后获取猝发跳频信号中TOD信息；根据获取的TOD信息，采用与用户站相同的跳频图案生成方案生成新的跳频图案，实现猝发跳频信号快速跳频同步。
其中，步骤二中计算TODT的表达式为：
TODT＝TODR+2×round(Td/ΔTOD)
式中round(·)表示近似取整；ΔTOD为TOD信息表示的单位时间。
其中，步骤三中猝发跳频信号中的同步序列为伪随机序列，同步序列和TOD信息发送时，每一跳两侧添加保护间隔，并且保护间隔长度根据可能存在的最大同步误差确定。
本发明的优点在于：
1.本发明的同步采用基于TOD和同步字头的方法，同步序列载波频率能够按照基于TOD生成的跳频图案进行跳变，从而保证猝发信号具备较强的抗干扰和抗侦察定位能力；
2.本发明的猝发跳频信号中同步信息发送时，通过在发送端设计信号结构，添加保护间隔，使得接收端能够在同步序列载波频率跳变的情况下完成猝发信号快速同步，从而有效缩短发送端信号发射时间，提升抗侦察定位能力。
附图说明
图1是本发明的方法流程图；
图2是本发明跳频图案生成结构框图；
图3是本发明同步序列发送信号结构图；
图4是本发明猝发跳频信号帧结构图。
具体实施方式
下面结合附图1-4和实施例对本发明作进一步的详细说明。需要特别提醒的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被省略。
本发明所述的一种适用于卫星通信的猝发跳频传输快速同步方法采用基于TOD和同步头的跳频同步思路，猝发跳频信号传输时使用基于TOD生成的长周期跳频图案，保证信号的抗干扰和抗截获能力；同时，发送端通过参考TOD估计和信号帧结构设计，保证接收端能够快速可靠地完成跳频同步。本发明基本流程图如图1所示，包括以下几个步骤：
步骤一：用户站接收地面站通过卫星广播的信号，提取卫星广播信号中的同步信息和TOD信息，提取的TOD信息记为TODR；同时用户站根据自身位置信息和卫星轨位估计信号传播时延，并将其记为Td；
步骤二：用户站利用提取的TODR和估计得到的信号传播时延Td，计算得到猝发跳频信号发送时的参考TOD，记为TODT；根据TODT值，采用设定的基于TOD的跳频图案生成方案生成信号跳频图案；
TODT的计算式可表示为：
TODT＝TODR+2×round(Td/ΔTOD)
其中round(·)表示近似取整；ΔTOD为TOD信息表示的单位时间。
基于计算得到的TODT，采用图2所示的基于TOD的跳频图案生成方案生成信号发送时的跳频图案。
步骤三：用户站生成猝发跳频信号中的同步序列和当前时刻的TOD信息，将待发送的数据信息与同步序列、TOD信息复接构成完整的猝发跳频信号帧，并基于跳频图案生成猝发跳频信号的载波频率，之后按照帧结构发送；
实施例中，生成具有良好相关特性的伪随机序列，作为猝发跳频信号发送时的同步序列。按照图3所示的信号结构发送N个同步序列，每个同步序列两侧设置保护间隔。保护间隔长度根据用户站位置信息和卫星轨位误差确定，以消除收发两端可能存在的同步误差的影响。同步序列发送时的载波频率基于跳频图案中该时刻的频点生成。
读取TOD信息发送时刻的TOD值，对其进行编码、调制等基带处理，然后通过若干个跳频周期发送。TOD信息发送时，每一跳的信号结构与图3相似，利用保护间隔消除收发两端可能存在的同步误差的影响，每一跳的载波频率基于跳频图案中该时刻的频点生成。
对需要发送的数据信息进行编码、调制等基带信号处理，并基于生成的跳频图案完成跳频传输。数据信息与同步序列、TOD信息复接构成完整的猝发跳频信号，其帧结构如图4所示。
步骤四：地面站基于本地跳频图案和同步序列进行猝发跳频信号捕获，之后获取猝发跳频信号中TOD信息；根据获取的TOD信息，采用与用户站相同的跳频图案生成方案生成新的跳频图案，实现猝发跳频信号快速跳频同步。
实施例中，地面站接收机基于本地TOD值生成跳频图案，并根据该跳频图案中的频点依次进行频点驻留，同时利用同步序列的相关特性采用匹配滤波及累积算法进行猝发跳频信号捕获。猝发信号捕获期间，每个频点的驻留时间等于图3所示信号结构的时间长度。
捕获到同步序列后，使用基于本地TOD值生成的跳频图案进行猝发跳频信号中的TOD信息接收。然后，基于接收的TOD信息，采用图2所示的跳频图案生成方案生成新的跳频图案，完成猝发跳频传输快速跳频同步。
以上所述仅为本发明的一种具体实施方式，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根据本发明的技术方案及其发明构思作出的等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种适用于卫星通信的猝发跳频传输快速同步方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：用户站接收地面站通过卫星广播的信号，提取卫星广播信号中的同步信息和TOD信息，提取的TOD信息记为TODR；同时用户站根据自身位置信息和卫星轨位估计信号传播时延，并将其记为Td；
步骤二：用户站利用提取的TODR和估计得到的信号传播时延Td，计算得到猝发跳频信号发送时的参考TOD，记为TODT；根据TODT值，采用设定的基于TOD的跳频图案生成方案生成信号跳频图案；
步骤三：用户站生成猝发跳频信号中的同步序列和当前时刻的TOD信息，将待发送的数据信息与同步序列、TOD信息复接构成完整的猝发跳频信号帧，并基于跳频图案生成猝发跳频信号的载波频率，之后按照帧结构发送；
步骤四：地面站基于本地跳频图案和同步序列进行猝发跳频信号捕获，之后获取猝发跳频信号中TOD信息；根据获取的TOD信息，采用与用户站相同的跳频图案生成方案生成新的跳频图案，实现猝发跳频信号快速跳频同步。
2.根据权利要求1所述的一种适用于卫星通信的猝发跳频传输快速同步方法，其特征在于，步骤二中计算TODT的表达式为：
TODT＝TODR+2×round(Td/ΔTOD)
其中round(·)表示近似取整；ΔTOD为TOD信息表示的单位时间。
3.根据权利要求1所述的一种适用于卫星通信的猝发跳频传输快速同步方法，其特征在于，猝发跳频信号中同步序列为伪随机序列。
4.根据权利要求1所述的一种适用于卫星通信的猝发跳频传输快速同步方法，其特征在于，步骤三中同步序列和TOD信息发送时，每一跳两侧添加保护间隔。
5.根据权利要求4所述的一种适用于卫星通信的猝发跳频传输快速同步方法，其特征在于，保护间隔长度根据可能存在的最大同步误差确定。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110445512A (zh) * 2019-09-06 2019-11-12 上海无线电设备研究所 一种适用于高速跳频系统的捕获与同步方法
CN111740933A (zh) * 2020-05-12 2020-10-02 杭州电子科技大学 一种抗强干扰的定时同步方法
CN111817750A (zh) * 2020-07-09 2020-10-23 中国人民解放军63892部队 一种基于TODh的快速跳频同步方法

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