CN110266345A - 基于二维跳频图的遥测跳频通信方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于二维跳频图的遥测跳频通信方法，包括编码、跳频、调制、发送信号、接收信号、解调和译码步骤。本发明将跳频图与遥测系统相结合，主要利用二维跳频图的良好自相关性和互相关性，能够准确恢复信号，并提高信号的同步准确度，提高通信质量，保证了通信系统的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于遥测通信领域，具体涉及一种基于二维跳频图的遥测跳频通信方法。
背景技术
近年来，随着通信行业的快速发展，各行各业对信息收发准确性的要求越来越高，因同步技术会直接影响整个通信系统的稳定性与有效性，因此，同步技术在未来的通信系统中起着至关重要的作用。
传统的跳频技术，通常采用一维跳频码对载波进行调制以达到扩频的目的。在目前的航空、航天遥测通信中，为能够准确恢复信号，通常采用一维伪随机序列作为跳频同步码，并将该跳频序列作为同步标志，在接收端对该序列进行识别，以达到信号同步的目的，因此就要求跳频码具有良好的自相关性和互相关性。但是，由于航空通信中的强杂波干扰以及在航天通信中的低信噪比，会导致一维跳频同步码在很多情况下无法正确地建立同步，接收端解跳无法进行同步，信号无法解调，从而导致信息的丢失或得到错误信息，造成通信质量的降低。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于二维跳频图的遥测跳频通信方法，利用二维跳频图的良好自相关性和互相关性，能够准确恢复信号，并提高信号的同步准确度，提高通信质量。
为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于二维跳频图的遥测跳频通信方法，包括如下步骤：
步骤S1，编码：各路传感器将初始信息进行编码并转换成数字基带信号，得到要发射的码元符号；
步骤S2，跳频：发射端通过跳频图案生成器生成具有不同跳频规律的跳频图案，每个发射间隙使用的跳频图案中均包含N个频率不同的载波；
步骤S3，调制：多路组合调制器对各路跳频信号进行调制，得到各路已调信号，并将各路已调信号按照体制组合起来；
步骤S4，发送信号：经过调制后的组合信号通过天线发射出去；
步骤S5，接收信号：接收端通过接收器对发射端的信号进行接收；
步骤S6，解调：接收端的分路解调器将接收器中的多路信号进行分路并解调，接收端跳频图案生成器产生与步骤S2中相同规律的跳频图案，解跳器根据跳频图案对各分路信号进行解跳，得到解跳信号；
步骤S7，译码：从解跳后的基带信号中恢复出各路原始信号，并将测控对象的状态及参量变化信息发送到测控中心。
进一步地，步骤S6中的解调包括如下步骤：
步骤S61：接收机对发送端的信号进行接收，并将信号传递到分路解调器，分路解调器对所传入的信号进行分路；
步骤S62：接收端的跳频图案生成器会在每一个发射间隙产生一个跳频图案，每个所述跳频图案均包括N个频率不同的载波；
步骤S63：解跳器通过函数运算将每一路信号与步骤S62中产生的N个频率不同的载波进行同步解跳，得到N个解跳频信号。
进一步地，步骤S2中所述N个频率不同的载波分别为：f1，f2，...，fk(fk∈F，1≤k≤N)，其中F为包含所有可用跳频点的跳频图；所述N个频率不同的载波分别按照各自的跳频图进行规律性跳变。
与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供的基于二维跳频图的遥测跳频通信方法，将二维跳频图应用于遥测跳频通信系统中，并且通过仿真分析，相比于一维跳频序列Costas序列，二维跳频图从时域和频域两个方面对信号进行同步，具有更好的自相关和互相关性能，而且其主副比远大于相同码长的一维码组自相关函数的主副比，从而增强了帧同步系统的抗干扰能力，提高了同步的准确度，使得信号更加准确地解调。能够极大地提高航空航天遥测通信方面的信号抗干扰能力，使得信号即使是在强干扰和低信噪比情况下传输也能准确恢复，保障了信号恢复的可靠性，能够极大的提高信号同步准确度，使用效果良好，具有很高的使用及推广价值。
附图说明
图1是本发明的整体流程图；
图2是本发明的信令流程图；
图3是Welch Costas序列的跳频图样例；
图4是本发明实施例中发射端的结构示意图；
图5是本发明实施例中接收端的结构示意图；
图6是Costas序列自相关和互相关仿真图；
图7是二维跳频频序列自相关和互相关仿真图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步详细的说明。所述实施例的示例在附图中示出，在下述本发明的实施方式中描述的具体的实施例仅作为本发明的具体实施方式的示例性说明，旨在用于解释本发明，而不构成为对本发明的限制。
一种基于二维跳频图的遥测跳频通信方法，假设有N个传感器进行测量参数的收集，如图1所示，并结合图2，包括步骤如下：
步骤S1，编码。各路传感器感测到被测参量，并将所述被测参量的初始信息或原始信息进行编码，转换成数字基带信号，由此得到多路需要发射的符号信息，该符号信息为码元符号。
步骤S2，跳频。发射端通过跳频图案生成器生成具有不同跳频规律的跳频图案，每个发射间隙使用的跳频图案中均包含N个频率不同的载波；其中，
所述N个频率不同的载波分别为：f1，f2，...，fk(fk∈F，1≤k≤N)，其中F为包含所有可用跳频点的跳频图；所述N个频率不同的载波分别按照各自的跳频图进行规律性跳变。
步骤S3，调制。多路组合调制器对各路跳频信号进行调制，得到各路已调信号，并将各路所述已调信号按体制组合起来；
步骤S4，发送信号。经过调制后的组合信号通过天线发射出去。
步骤S5，接收信号。接收端通过接收器对发射端的信号进行接收；此时，发射端的发射机将步骤S3中的已调信号进行同步发送。
步骤S6，解调。接收端的分路解调器将接收器中的多路信号进行分路，接收端跳频图案生成器会产生与步骤S2中相同规律的跳频图案，解调器根据跳频图案对各分路信号进行同步解跳，得到解跳信号。
进一步地，步骤S6中的解调步骤包括：
步骤S61：接收机对发送端的信号进行接收，并将信号传递到分路解调器，分路解调器对所传入的信号进行分路；
步骤S62：接收端的跳频图案生成器会在每一个发射间隙产生一个跳频图案，每个所述跳频图案均包括N个频率不同的载波；
步骤S63：解跳器通过函数运算将每一路信号与步骤S62中产生的N个频率不同的载波进行同步解跳，得到N个解跳频信号。
步骤S7，译码：译码器从每一路解跳后的基带信号中恢复出各路的原始信号，并将测控对象的状态及参量变化信息发送到测控中心。
图3是Welch Costas序列的跳频图样例，跳频图在通信之前已完成分配，然后由频率控制单元对照该跳频图来对频率进行跳变。接收端对照该跳频图对接收的信号进行解跳。该跳频图可用多种方法构造出来，常用的是基于移位寄存器的跳频序列和基于混沌映射的跳频序列。多路组合调制器将输入的每一路信号进行调制，并将各路已调信号按体制组合起来通过发射机发往测控端。
图4和图5分别是发送端和接收端的结构示意图，图中展示了从传感器接受信息到接收端收到信息的具体过程，包括频率控制单元控制跳频图案的生成、多路组合调制器对各路信号进行调制和组合、发射机将调制的信号发送出去、接收端将收到的信号进行解调和解跳、译码器通过解跳信号恢复出原始信号。
图6和图7对比了Costas序列和二维跳频图的自相关和互相关性能，从图中可以看出，Costas序列和二维跳频图在自相关性能方面相同，都具有低而平坦的副瓣；而二维跳频图的互相关函数值均不大于1，性能优于Costas序列，几乎达到了理想状态。
综上所述，本发明提供的基于二维跳频图的遥测跳频通信方法，将二维跳频图应用于遥测跳频通信系统中，并且通过仿真分析，相比于一维跳频序列Costas序列，二维跳频图从时域和频域两个方面对信号进行同步，具有更好的自相关和互相关性能，而且其主副比远大于相同码长的一维码组自相关函数的主副比，从而增强了帧同步系统的抗干扰能力，提高了同步的准确度，使得信号更加准确地解调。能够极大地提高航空航天遥测通信方面的信号抗干扰能力，使得信号即使是在强干扰和低信噪比情况下传输也能准确恢复，保障了信号恢复的可靠性，能够极大的提高信号同步准确度，使用效果良好，具有很高的使用及推广价值。
此外，二维跳频图的应用具有普遍性，不仅仅是应用于遥测系统当中，也可以应用在无人机、蜂窝小区通信、雷达、军事通信等方面，具有非常广泛的应用前景。
应该注意的是，上述实施例是对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，单词“包括”不排除存在未列在权利要求中的数据或步骤。
Claims (3)
1.一种基于二维跳频图的遥测跳频通信方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，编码：各路传感器将初始信息进行编码并转换成数字基带信号，得到要发射的码元符号；
步骤S2，跳频：发射端通过跳频图案生成器生成具有不同跳频规律的跳频图案，每个发射间隙使用的跳频图案中均包含N个频率不同的载波；
步骤S3，调制：多路组合调制器对各路跳频信号进行载波调制，得到各路已调信号，并将各路已调信号按照体制组合起来；
步骤S4，发送信号：经过调制后的组合信号通过天线发射出去；
步骤S5，接收信号：接收端通过接收器对发射端的信号进行接收；
步骤S6，解调：接收端的分路解调器将接收器中的多路信号进行分路，接收端产生与步骤S2中相同规律的跳频图案，解跳器根据跳频图案对各分路信号进行解跳，得到解跳信号；
步骤S7，译码：从解跳后的基带信号中恢复出各路原始信号，并将测控对象的状态及参量变化信息发送到测控中心。
2.根据权利要求1所述的基于二维跳频图的遥测跳频通信方法，其特征在于，步骤S6中的解调包括如下步骤：
步骤S61：接收机对发送端的信号进行接收，并将信号传递到分路解调器，分路解调器对所传入的信号进行分路；
步骤S62：接收端的跳频图案生成器会在每一个发射间隙产生一个跳频图案，每个所述跳频图案均包括N个频率不同的载波；
步骤S63：解跳器通过函数运算将每一路信号与步骤S62中产生的N个频率不同的载波进行同步解跳，得到N个解跳频信号。
3.根据权利要求1所述的基于二维跳频图的遥测跳频通信方法，其特征在于，步骤S2中所述N个频率不同的载波分别为：f1，f2，...，fk(fk∈F，1≤k≤N)，其中F为包含所有可用跳频点的跳频图；所述N个频率不同的载波分别按照各自的跳频图进行规律性跳变。
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