CN111510183B - 一种相干快跳频多路并行本振相位计算方法及本振结构 - Google Patents

一种相干快跳频多路并行本振相位计算方法及本振结构 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种相干快跳频多路并行本振相位计算方法及本振，包括：对相干快跳频数字接收信号进行频偏估计；计算频率偏移量，并根据采样率与工作时钟分别生成相位步进信息；根据预设频点持续时间与符号周期进行展缩，并计算采样点的符号参考相位，定位频点切换时刻位置；根据基准通道上一符号内该频点内的首个采样点相位与对应符号参考相位信息，计算各通道切跳后起始相位，并更新基准通道切跳后首个采样点相位和符号参考相位信息；根据展缩后的频点持续时间、符号周期和各采样点的符号参考相位，判断频点切换时刻位置。本实施例能够准确定位频点切换时刻位置，根据频点相位步进信息提前计算好各通道切跳后的起始相位，易于硬件实现。

Description

一种相干快跳频多路并行本振相位计算方法及本振结构
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种相干快跳频多路并行本振相位计算方法及本振结构。
背景技术
快跳频体制可以提升无线通信的抗干扰能力，广泛地应用于军事通信领域，相较传统的非相干系统，相干快跳频系统要求载波频率切换时相位连续，拥有更高的频偏效率与更少的合并损失。如美国的JTIDS大容量保密抗干扰信息分发系统，采用了高速跳频、相干接收、软扩频等多种技术，具有综合的通信、导航、识别能力。
无线信道中天线与探测目标间的高速相对运动会产生多普勒效应，导致其频率偏移与周期展缩，对于一个相干快跳频接收机而言，与接收多普勒信号完全相干的本振是必不可少的成分。常规的多普勒信号发生器可以模拟信号频率的变化，但无法还原多普勒效应带来的时间展缩，这会在跳频切换时刻引入不确定相位，影响相干接收的性能。
全数字化的直接式数字频率合成器(DDS)具有频率切换速度快，分辨率高的特点常用于快跳频信号的产生，具有多路并行结构的DDS能够以低速时钟生成具有更高采样率的并行信号传递给DAC。
在多路并行DDS结构下，准确还原多普勒信号的相位信息，是高速率相干快跳频接收本振需要解决的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明实施例提供一种相干快跳频多路并行本振相位计算方法及本振结构。
第一方面，本发明实施例提供一种相干快跳频多路并行本振相位计算方法，包括：
对相干快跳频数字接收信号进行频偏估计，得到多普勒效应对应的频偏信息；
根据预设跳频图案信息，计算频率偏移量，并根据采样率与工作时钟分别生成每一频点的相位步进信息；
根据预设频点持续时间与符号周期，计算展缩后的频点持续时间与符号周期，并根据采样点的符号参考相位，获取定位频点切换时刻位置，所述符号参考相位表示采样点在多普勒周期内的位置；
根据任意频点上一符号内基准通道的首个采样点相位与该采样点对应的符号参考相位信息，计算该频点当前符号内各通道切跳后起始相位，并更新基准通道切跳后首个采样点相位和符号参考相位信息，用以计算该频点下一符号内各通道切跳后起始相位；
根据展缩后的频点持续时间、符号周期和各采样点的符号参考相位，判断频点切换时刻位置，在频点持续时间内，根据当前频点的相位步进信息，在每个工作时钟上升沿对多路并行载波进行一次累加，得到各通道当前相位信息；
在频点发生切换时，根据各通道切跳后起始相位，在频点切换时刻位置之后，对多路并行载波分别进行一次置位，得到各通道当前相位信息。
优选地，所述相干快跳频数字接收信号具体为：
Figure GDA0002916494510000031
Figure GDA0002916494510000032
Figure GDA0002916494510000033
其中，r(n)表示所述相干快跳频数字接收信号，Bm为数字信号幅值，fsmp为采样率，Tsmp为采样间隔，N为数字噪声，ak表示相干快跳频数字接收信号经过BPSK调制后的第k个发送符号，Ts是符号周期，fu代表第u跳频率，Th表示频点持续时间，n表示采样点次序。
优选地，所述根据预设跳频图案信息，计算每一频点的频率偏移量，具体计算公式如下：
Figure GDA0002916494510000034
其中，
Figure GDA0002916494510000035
为射频下变频后带有多普勒频率成分的第u跳频率，
Figure GDA0002916494510000036
为展缩后的频点持续时间与符号周期，
Figure GDA0002916494510000037
为近似展缩因子。
优选地，所述计算采样点的符号参考相位，具体计算公式如下：
Figure GDA0002916494510000038
其中，K表示采样点的符号参考相位，Tsmp为采样间隔，Ts是符号周期，
Figure GDA0002916494510000041
为近似展缩因子。
优选地，多路并行通道的相位都由基准通道的相位确定，基准通道为初始相位为零的第一通道。
优选地，所述计算各通道切跳后起始相位具体计算公式如下：
Figure GDA0002916494510000042
其中，θi表示各通道在当前符号周期内第u频点的切跳后起始相位，θ0为基准通道上一符号中的第u频点内的首个采样点相位，τ0为该采样点与频点切换时刻的符号参考相位之差，K0为该采样点的符号参考相位；Ki为第i通道当前符号中的第u频点内的首个采样点的符号参考相位，τi为该采样点与频点切换时刻的符号参考相位之差。
Figure GDA0002916494510000043
为射频下变频后带有多普勒频率成分的第u跳频率，fsmp为采样率。
第二方面，本发明实施例还提供一种相干快跳频多路并行本振结构，包括：频偏估计模块、相位步进计算模块、周期展缩计算模块、切跳相位计算模块、相位累加器模块和波形存储器模块，其中：
所述频偏估计模块，与所述相位步进计算模块和所述周期展缩计算模块相连接，对相干快跳频数字接收信号进行频偏估计，得到多普勒效应对应的频偏信息，传递给所述相位计算模块与所述周期展缩计算模块；
所述相位步进计算模块，与所述频偏估计模块、所述切跳相位计算模块和所述相位累加模块相连接，接收所述频偏估计模块传递的频偏信息，根据存储的跳频图案信息，计算频率偏移量，根据采样率与工作时钟分别生成相位步进信息，传递给所述切跳相位计算模块和所述相位累加模块；
所述周期展缩计算模块，与所述频偏估计模块、所述切跳相位计算模块和所述相位累加模块相连接，接收所述频偏估计模块传递的频偏信，根据存储的频点持续时间与符号周期，计算展缩后的频点持续时间与符号周期，并计算采样点的符号参考相位，定位频点切换时刻位置，传递所述切跳相位计算模块和所述相位累加模块相连；
所述切跳相位计算模块，与所述相位步进计算模块、所述周期展缩计算模块和所述相位累加器相连接，接收所述周期展缩计算模块传递的频点切换时刻位置、各通道切跳后首个采样点的符号参考相位和所述相位步进模块传递的当前频点的相位步进信息，根据基准通道上一符号内该频点内的首个采样点相位与对应符号参考相位信息，计算各通道切跳后起始相位，传递给所述相位累加模块，并更新基准通道切跳后首个采样点相位和符号参考相位信息，用以计算下一符号内该频点各通道的切跳后起始相位；
所述相位累加器模块，与所述相位步进计算模块、所述周期展缩计算模块、所述切跳相位计算和所述波形存储器模块相连接，根据所述周期展缩计算模块传递的展缩后的频点持续时间、符号周期和各采样点的符号参考相位，判断频点切换时刻位置；
在频点持续时间内，根据所述相位步进计算模块传递的当前频点的相位步进信息，对多路并行载波在每个工作时钟上升沿进行一次累加，得到各通道当前相位信息；
在频点发生切换时，接收所述周期展缩计算模块传递的频点切换时刻位置，根据所述切跳相位计算模块提供的各通道切跳后起始相位，对多路并行载波分别进行一次置位，得到各通道当前相位信息；
所述波形存储器模块，与所述相位累加器模块相连接，根据所述相位累加模块传递的各通道的波形地址信息，使用查找表方式读取存储的正余弦波形信息，生成相干快跳频多路并行本振信号。
优选地，所述相位步进模块、所述切跳相位计算模块和所述相位累加器模块的位宽均为48bit，对应于载波频率精度为1.3733Hz；截取所述相位步进模块输出的高14bit作为各通道的波形地址信息。
优选地，所述频偏估计模块采用64符号累积的差分相干捕获，捕获频偏精度为±5KHz。
本发明实施例提供的一种相干快跳频多路并行本振相位计算方法及本振结构，根据本发明的一个方面，本振相位计算方法定义了符号参考相位的概念，能够准确定位频点切换时刻位置，并根据频点相位步进信息提前计算好各通道切跳后的起始相位，易于硬件实现。根据本发明的另一个方面，本振结构根据所述本振相位计算方法，采用了多路并行结构以产生采样率高于工作时钟的相干快跳频信号，相较于传统的多普勒本振，可以精确模拟多普勒效应的造成的频率偏移与周期展缩。本发明提供的一种大多普勒条件下相干快跳频多路并行本振，输出信号相位与多普勒接收信号完全相干，为快跳频信号的相干接收提供了保障。
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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明实施例提供的一种相干快跳频多路并行本振相位计算方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种相干快跳频多路并行本振相位计算方法的示意图；
图3为本发明实施例提供的一种相干快跳频多路并行本振结构的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作出创造性劳动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为本发明实施例提供的一种相干快跳频多路并行本振相位计算方法的流程图，如图1所示，该方法包括：
S1，对相干快跳频数字接收信号进行频偏估计，得到多普勒效应对应的频偏信息；
S2，根据预设跳频图案信息，计算频率偏移量，并根据采样率与工作时钟分别生成每一频点的相位步进信息；
S3，根据预设频点持续时间与符号周期，计算展缩后的频点持续时间与符号周期，并根据采样点的符号参考相位，获取频点切换时刻位置，所述符号参考相位表示采样点在多普勒周期内的位置；
S4，根据任意频点上一符号内基准通道的首个采样点相位与该采样点对应的符号参考相位信息，计算该频点当前符号内各通道切跳后起始相位，并更新基准通道切跳后首个采样点相位和符号参考相位信息，用以计算该频点下一符号内各通道切跳后起始相位；
S5，根据展缩后的频点持续时间、符号周期和各采样点的符号参考相位，判断频点切换时刻位置，在频点持续时间内，根据当前频点的相位步进信息，在每个工作时钟上升沿对多路并行载波进行一次累加，得到各通道当前相位信息；
S6，在频点发生切换时，根据各通道切跳后起始相位，在频点切换时刻位置之后，对多路并行载波分别进行一次置位，得到各通道当前相位信息。
本发明提供的一种大多普勒条件下相干快跳频多路并行本振，包括一种相干快跳频多路并行本振相位计算方法与一种相干快跳频多路并行本振结构。
图2为本发明实施例提供的一种相干快跳频多路并行本振相位计算方法的示意图，其步骤如下：
步骤一、分析多路并行相干快跳频本振数字信号表达式。
以BPSK调制方式为例，相干快跳频接收信号R(t)可以表示为：
Figure GDA0002916494510000091
Figure GDA0002916494510000092
Figure GDA0002916494510000093
其中，Am为模拟信号幅值，ak是BPSK调制后的第k个发送符号，Ts是符号周期，fu代表第u跳频率，FC为射频频率，Th为频点持续时间，p(t)与g(t)为持续时间分别为Ts、Th的脉冲信号，τ是传输时延，n表示采样点次序。
进一步的，所述相干快跳频接收信号，跳频图案每个符号重复一次，各个频点的频点持续时间相同，符号周期Ts是频点持续时间Th的整数倍。
作为优选，所述相干快跳频接收信号，每个跳频图案包含64个跳频频点，符号周期
Figure GDA0002916494510000094
频点持续时间
Figure GDA0002916494510000095
为了保证频点切换时相位连续，本发明中相干快跳频信号的跳频频点需要为基准频率fr的整数倍：
fu＝q*fr (q为整数) (2)
所述基准频率fr满足在一跳时间内产生的相位增量为0(mod 2π)，无多普勒效应时，频率为基准频率整数倍的跳频频点，起始相位等于结束相位，通常为零相位。
2π(fr*Th)＝0(mod 2π) (3)
作为优选，所述基准频率fr＝2.56MHz，作为跳频图案的最小频率间隔。
经过下变频、低通滤波、延迟对齐并由DAC采样的相干快跳频数字接收信号为：
Figure GDA0002916494510000101
其中Bm为数字信号幅值，fsmp为采样率，Tsmp为采样间隔，N为数字噪声，n表示采样点次序；
进一步的，频点持续时间Th是采样间隔Tsmp的整数倍，即满足频点切换时刻总位于采样点上，且每个跳频频点包含整数个采样点。
作为优选，所述采样率fsmp＝1966.08MHz，频点持续时间Th＝4096*Tsmp
相干快跳频本振需要产生与相干快跳频数字信号相位完全一致的载波信号c(n)，其表达式为
Figure GDA0002916494510000102
对于相干快跳频多路并行本振而言，第i路并行载波ci(n)的表达式为
Figure GDA0002916494510000103
其中
Figure GDA0002916494510000104
为系统工作时钟，Tclk＝m*Tsmp为每路并行信号的采样点间隔，m为并行路数。
作为优选，并行路数为12路，系统工作时钟fclk＝163.84MHz。
步骤二、根据多普勒频偏计算相位步进与周期展缩。
当收发两端存在相对运动时，所述相干快跳频接收信号发生了多普勒效应，造成频率的偏移与对应的周期展缩，偏移量大小取决于射频传输频率(FC+fu)与相对运动速度v，
Figure GDA0002916494510000111
其中，
Figure GDA0002916494510000112
为射频下变频后带有多普勒频率成分的第u跳频率，
Figure GDA0002916494510000113
为展缩后的频点持续时间与符号周期，
Figure GDA0002916494510000114
为近似展缩因子。
具体地，以Fc为15.72864GHz，最大多普勒频偏
Figure GDA0002916494510000115
为例，
Figure GDA0002916494510000116
量级为1.63*10-4,多普勒周期实际展缩因子
Figure GDA0002916494510000117
与近似展缩因子
Figure GDA0002916494510000118
的相对误差为2.65*10-8，能够以此估计多普勒周期展缩量。
因此，结合步骤一中的相干快跳频本振，多普勒效应下的载波信号c'(n)为
Figure GDA0002916494510000119
Figure GDA00029164945100001110
其中，gD(t)是长度为
Figure GDA00029164945100001111
的脉冲函数，
Figure GDA00029164945100001112
为第u跳频点多普勒效应下的频率步进量。对于相干快跳频多路并行本振，多普勒效应下第i路并行载波c'i(n)的表达式为：
Figure GDA0002916494510000121
步骤三、判断频点切换时刻位置
根据所述多普勒效应下的载波信号c'(n)可知，由于频率偏移导致的时域上频点持续时间由Th到
Figure GDA0002916494510000122
的展缩变化，即使对齐了传输时延，频点切换时刻也大概率不再位于采样点上，而是两个采样点之间。因此，需要准确判断频点切换时刻在采样间隔中的位置，即每个采样点对应的频点信息。
为了记录某一采样点在多普勒效应下符号周期
Figure GDA0002916494510000123
中的位置，定义符号参考相位
Figure GDA0002916494510000124
其增量为单位采样间隔所对应的多普勒符号长度，记满一符号后归零一次，其精度取决于频偏精度。
在多普勒效应下，第u个频点切换时刻对应的符号参考相位为
Figure GDA0002916494510000125
通过对比频点切换时刻的符号参考相位与采样点的符号参考相位，就可以得出频点切换时刻所在的采样间隔与前后两个具体的采样点。
步骤四、切跳后起始相位计算。
在准确地得到了步骤三中的频点切换时刻与前后两个采样点的符号参考相位后，根据前后两个跳频频点的多普勒效应下的频率步进量，可以将频点切换时刻后首个采样点的相位θ2可由前一个采样点的相位θ1表示出来
Figure GDA0002916494510000131
其中，τ为该跳第一个采样点与频点切换时刻间的时延，可由符号参考相位表示，
Figure GDA0002916494510000132
K2为这切跳后首个采样点的符号参考相位。由于多普勒频率中含有
Figure GDA0002916494510000133
成分，所以频率切换点的相位接近但不为0，需要单独计算。这种方法可以精确还原出信号相位的变化，但需要根据θ1在一个系统时钟内进行两次乘法与三次加法运算，难以硬件实现，为此提供了一种改进方法。
由图2可知，令跳频图案内包含的跳频点数为M，第u+M次切跳后首个采样点的相位θi可由第u+M跳频率切换时刻的相位θu1表示，两个相位的差值为第u+M跳相位步进量乘以两者符号参考相位的增量τi；第u+M跳频率切换时刻的相位θu1可由第u跳频率切换时刻的相位θu0表示，两个相位的差值为M个频点在各自频点持续时间内的相位增量；第u跳频率切换时刻的相位θu0可由基准通道的第u次切跳后首个采样点的相位表示θnew，两个相位的差值为第u跳相位步进量乘以两者符号参考相位的增量τ0。
因此，第u+M次切跳后首个采样点的相位可以根据第u次切跳后首个采样点的相位表示，也就是用上一个符号周期中该跳包含的第一个采样点相位提前计算。
根据c'(n)表达式，在相干快跳频系统中，每一跳都可以视为单独的定频载波。因此在跳频图案不变时，第u跳起始相位可以根据上一符号该跳起始相位计算。
对于单路信号而言，第u跳首个采样点的的相位θ2可以表示为
Figure GDA0002916494510000141
其中M为跳频图案中频点个数，θ0为上一符号第u频点的首个采样点相位，第一个符号的θ0为0。
τ1、τ2为分别为上一符号、本符号第u跳内首个采样点与频点切换时刻的符号参考相位之差。其中：
Figure GDA0002916494510000142
由式(13)得，每个频点在一跳内走出的相位与频点无关，所以式(12)可以表示为：
Figure GDA0002916494510000143
由图2可知，当每个频点在一跳内走出的相位与频点无关时，式(14)中的
Figure GDA0002916494510000144
即是两跳内各自首个采样点的符号参考相位之差，θ0为读取自上一符号，相位步进量
Figure GDA0002916494510000145
为已知量。
优选地，多路并行通道的相位都由基准通道的相位确定，基准通道为初始相位为零的第一通道。
对于多路并行信号，以某一通道作为基准通道，以该通道在第u频点内首个采样点的相位为基准，各通道在下一符号周期内第u频点的切跳后起始相位为：
Figure GDA0002916494510000146
其中，θi表示各通道在当前符号周期内第u频点的切跳后起始相位，θ0为基准通道上一符号中的第u频点内的首个采样点相位，τ0为该采样点与频点切换时刻的符号参考相位之差，K0为该采样点的符号参考相位；Ki为第i通道当前符号中的第u频点内的首个采样点的符号参考相位，τi为该采样点与频点切换时刻的符号参考相位之差。
具体地，之所以设定基准通道，是因为以单一通道的信号相位与符号参考相位为基准计算各个通道的切跳后相位，可以简化操作。
通过记录上一符号基准通道的频点切换时刻后首个采样点相位与符号参考相位值，根据频率步进量与当前符号第i通道切跳后首个采样点的符号参考相位，即可以提前计算出切跳后的起始相位，并存储基准通道相位用于下一符号该跳的起始相位计算。
步骤五、多路并行相位累加
在频点持续时间内，根据步骤二式(9)中多普勒效应下第i路并行载波表达式，每一路的相位在系统时钟上升沿增加该频点的相位步进量
根据步骤三中提到的频点切换时刻位置与各通道的采样点的符号参考相位，可以得出频点切换时刻在两个具体的采样点之间的位置。
在频点发生切换时，根据步骤四中计算的各通道切跳后起始相位，将多路并行累加器中的各通道相位进行替换。
进一步的，由于多普勒效应下的周期展缩导致频率切换时刻位置在各个并行的通道之间移动，在频点切换时刻之后依次对各通道起始相位进行替换，可能不在同一个系统时钟上升沿进行。
对于相位累加器输出的多路并行相位信息，截取其高位作为多路并行波形存储器的输入地址。
步骤六、多路并行波形存储
根据多路并行相位信息，读取事先存储在ROM核中的正余弦波形信息，产生多路并行的波形地址信息，作为相干快跳频多路并行本振的输出。
图3为本发明实施例提供的一种相干快跳频多路并行本振结构的结构示意图，如图3所示，该本振包括频偏估计模块、相位步进计算模块、周期展缩计算模块、切跳相位计算模块、相位累加器模块、波形存储器模块，用以根据多普勒频偏信息，还原跳频载波的频率偏移与频点持续时间展缩，生成多路并行的相干快跳频数字接收本振信号。
所述频偏估计模块，与所述相位步进计算模块和所述周期展缩计算模块相连接，对式(4)中的相干快跳频数字接收信号进行频偏估计，得到多普勒效应对应的频偏信息，传递给所述相位计算模块与所述周期展缩计算模块。
具体地，所述频偏估计模块采用64符号累积的差分相干捕获，捕获频偏精度为±5KHz。
所述相位步进计算模块，与所述频偏估计模块、所述切跳相位计算模块和所述相位累加模块相连接，接收所述频偏估计模块传递的频偏信息，根据存储的跳频图案信息，按式(7)中的公式计算频率偏移量，根据采样率与工作时钟分别生成相位步进信息，传递给所述切跳相位计算模块和所述相位累加模块。
所述周期展缩计算模块，与所述频偏估计模块、所述切跳相位计算模块和所述相位累加模块相连接，接收所述频偏估计模块传递的频偏信，根据存储的频点持续时间与符号周期，按式(7)中的公式计算展缩后的频点持续时间与符号周期，并按照式(10)计算采样点的符号参考相位，定位频点切换时刻位置，传递所述切跳相位计算模块和所述相位累加模块相连。
所述切跳相位计算模块，与所述相位步进计算模块、所述周期展缩计算模块和所述相位累加器相连接，接收所述周期展缩计算模块传递的频点切换时刻位置、各通道切跳后首个采样点的符号参考相位和所述相位步进模块传递的当前频点的相位步进信息，根据基准通道上一符号内该频点内的首个采样点相位与对应符号参考相位信息，按照式(15)计算各通道切跳后起始相位，传递给所述相位累加模块，并更新基准通道切跳后首个采样点相位和符号参考相位信息，用以计算下一符号内该频点各通道的切跳后起始相位。
所述相位累加器模块，与所述相位步进计算模块、所述周期展缩计算模块、所述切跳相位计算和所述波形存储器模块相连接，根据所述周期展缩计算模块传递的展缩后的频点持续时间、符号周期和各采样点的符号参考相位，判断频点切换时刻位置。
在频点持续时间内，根据所述相位步进计算模块传递的当前频点的相位步进信息，对多路并行载波在每个工作时钟上升沿进行一次累加，得到各通道当前相位信息；
在频点发生切换时，接收所述周期展缩计算模块传递的频点切换时刻位置，根据所述切跳相位计算模块提供的各通道切跳后起始相位，对多路并行载波分别进行一次置位，得到各通道当前相位信息。
对多路并行载波的各通道当前相位信息截取高位，传递给所述波形存储器作为各通道的波形地址信息。
具体地，所述相位步进模块、所述切跳相位计算模块和所述相位累加器模块的位宽均为48bit，对应于载波频率精度为1.3733Hz；截取所述相位步进模块输出的高14bit作为各通道的波形地址信息。
例如，频偏估计值x＝5*n，5为捕获频偏精度，实际实现的频率为y＝|x/1.3733|*1.3733，此处|x|为取整。
所述波形存储器模块，与所述相位累加器模块相连接，根据所述相位累加模块传递的各通道的波形地址信息，使用查找表方式读取存储的正余弦波形信息，生成相干快跳频多路并行本振信号。
本发明实施例中本振的结构是与上述方法实施例相对应的，详情请参考上述方法实施例，本实施例在此不再赘述。
综上，本发明提供的一种大多普勒条件下相干快跳频多路并行本振，包括一种相干快跳频多路并行本振相位计算方法与一种相干快跳频多路并行本振结构。根据本发明的一个方面，所述本振相位计算方法定义了符号参考相位的概念，能够准确定位频点切换时刻位置，并根据频点相位步进信息提前计算好各通道切跳后的起始相位，易于硬件实现。根据本发明的另一个方面，所述本振结构根据所述本振相位计算方法，采用了多路并行结构以产生采样率高于工作时钟的相干快跳频信号，相较于传统的多普勒本振，可以精确模拟多普勒效应的造成的频率偏移与周期展缩。本发明提供的一种大多普勒条件下相干快跳频多路并行本振，输出信号相位与多普勒接收信号完全相干，为快跳频信号的相干接收提供了保障。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种相干快跳频多路并行本振相位计算方法，其特征在于，包括：
对相干快跳频数字接收信号进行频偏估计，得到多普勒效应对应的频偏信息；
根据所述频偏信息和预设跳频图案信息，计算频率偏移量，并根据所述频率偏移量、采样率与工作时钟分别生成每一频点的相位步进信息；
根据所述频偏信息、预设频点持续时间与符号周期，计算展缩后的频点持续时间与符号周期，并根据采样点的符号参考相位，获取频点切换时刻位置，所述符号参考相位表示采样点在多普勒周期内的位置；
根据展缩后的频点持续时间、符号周期和各采样点的符号参考相位，判断频点切换时刻位置；
根据任意频点上一符号内基准通道的首个采样点相位与该采样点对应的符号参考相位信息，计算该频点当前符号内各通道切跳后起始相位，并更新基准通道切跳后首个采样点相位和符号参考相位信息，用以计算该频点下一符号内各通道切跳后起始相位；
在频点持续时间内，根据当前频点的相位步进信息，在每个工作时钟上升沿对多路并行载波进行一次累加，得到各通道当前相位信息；
在频点发生切换时，根据各通道切跳后起始相位，在频点切换时刻位置之后，对多路并行载波分别进行一次置位，得到各通道当前相位信息；
所述判断频点切换时刻位置具体通过如下方式确定：通过对比频点切换时刻的符号参考相位与采样点的符号参考相位，就可以得出频点切换时刻所在的采样间隔与前后两个具体的采样点。
2.根据权利要求1所述相干快跳频多路并行本振相位计算方法，其特征在于，所述相干快跳频数字接收信号具体为：
Figure FDA0002946608230000021
Figure FDA0002946608230000022
Figure FDA0002946608230000023
其中，r(n)表示所述相干快跳频数字接收信号，Bm为数字信号幅值，fsmp为采样率，Tsmp为采样间隔，N为数字噪声，ak表示相干快跳频数字接收信号经过BPSK调制后的第K个发送符号，Ts是符号周期，fu代表第u跳频率，Th表示频点持续时间，n表示采样点次序。
3.根据权利要求1所述相干快跳频多路并行本振相位计算方法，其特征在于，所述根据所述频偏信息和预设跳频图案信息，计算频率偏移量，具体计算公式如下：
Figure FDA0002946608230000024
其中，
Figure FDA0002946608230000025
为射频下变频后带有多普勒频率成分的第u跳频率，
Figure FDA0002946608230000026
为展缩后的频点持续时间与符号周期，
Figure FDA0002946608230000027
为近似展缩因子，v表示相对运动速度，c表示光速，FC表示射频频率，fu表示第u跳频率，Ts表示符号周期，Th表示频点持续时间。
4.根据权利要求1所述相干快跳频多路并行本振相位计算方法，其特征在于，采样点的符号参考相位的具体计算公式如下：
Figure FDA0002946608230000031
其中，K表示采样点的符号参考相位，Tsmp为采样间隔，Ts是符号周期，
Figure FDA0002946608230000032
为近似展缩因子，v表示相对运动速度，c表示光速，n表示采样点次序。
5.根据权利要求1所述相干快跳频多路并行本振相位计算方法，其特征在于，所述计算各通道切跳后起始相位具体计算公式如下：
Figure FDA0002946608230000033
其中，i表示第i路通道，θi表示各通道在当前符号周期内第u频点的切跳后起始相位，θ0为基准通道上一符号中的第u频点内的首个采样点相位，τ0为该采样点与频点切换时刻的符号参考相位之差，K0为该采样点的符号参考相位，Ki为第i通道当前符号中的第u频点内的首个采样点的符号参考相位，τi为第i通道该采样点与频点切换时刻的符号参考相位之差，
Figure FDA0002946608230000034
为射频下变频后带有多普勒频率成分的第u跳频率，fsmp为采样率，
Figure FDA0002946608230000035
表示展缩后的符号周期。
6.根据权利要求1所述相干快跳频多路并行本振相位计算方法，其特征在于，所述通道的相位都由所述基准通道的相位确定，所述基准通道表示初始相位为零的第一通道。
7.一种用于执行权利要求1-6任一所述相干快跳频多路并行本振相位计算方法的相干快跳频多路并行本振结构，其特征在于，包括：频偏估计模块、相位步进计算模块、周期展缩计算模块、切跳相位计算模块、相位累加器模块和波形存储器模块，其中：
所述频偏估计模块，与所述相位步进计算模块和所述周期展缩计算模块相连接，对相干快跳频数字接收信号进行频偏估计，得到多普勒效应对应的频偏信息，传递给所述相位步进计算模块与所述周期展缩计算模块；
所述相位步进计算模块，与所述频偏估计模块、所述切跳相位计算模块和所述相位累加器模块相连接，接收所述频偏估计模块传递的频偏信息，根据所述频偏信息和存储的跳频图案信息，计算频率偏移量，根据所述频率偏移量、采样率与工作时钟分别生成相位步进信息，传递给所述切跳相位计算模块和所述相位累加器模块；
所述周期展缩计算模块，与所述频偏估计模块、所述切跳相位计算模块和所述相位累加器模块相连接，接收所述频偏估计模块传递的频偏信息，根据所述频偏信息、存储的频点持续时间与符号周期，计算展缩后的频点持续时间与符号周期，并计算采样点的符号参考相位，定位频点切换时刻位置，传递给所述切跳相位计算模块和所述相位累加器模块；
所述切跳相位计算模块，与所述相位步进计算模块、所述周期展缩计算模块和所述相位累加器模块相连接，接收所述周期展缩计算模块传递的频点切换时刻位置、各通道采样点的符号参考相位和所述相位步进计算模块传递的当前频点的相位步进信息，根据基准通道上一符号内该频点内的首个采样点相位与对应符号参考相位信息，计算各通道切跳后起始相位，传递给所述相位累加器模块，并更新基准通道切跳后首个采样点相位和符号参考相位信息，用以计算下一符号内该频点各通道的切跳后起始相位；
所述相位累加器模块，与所述相位步进计算模块、所述周期展缩计算模块、所述切跳相位计算模块和所述波形存储器模块相连接，根据所述周期展缩计算模块传递的展缩后的频点持续时间、符号周期和各采样点的符号参考相位，判断频点切换时刻位置；
在频点持续时间内，根据所述相位步进计算模块传递的当前频点的相位步进信息，在每个工作时钟上升沿对多路并行载波进行一次累加，得到各通道当前相位信息；
在频点发生切换时，接收所述周期展缩计算模块传递的频点切换时刻位置，根据所述切跳相位计算模块提供的各通道切跳后起始相位，对多路并行载波分别进行一次置位，得到各通道当前相位信息，根据各通道当前相位信息，读取事先存储在ROM核中的正余弦波形信息，产生多路并行的波形地址信息；
所述波形存储器模块，与所述相位累加器模块相连接，根据所述相位累加器模块传递的各通道的波形地址信息，使用查找表方式读取存储的正余弦波形信息，生成相干快跳频多路并行本振信号；
所述判断频点切换时刻位置具体通过如下方式确定：通过对比频点切换时刻的符号参考相位与采样点的符号参考相位，就可以得出频点切换时刻所在的采样间隔与前后两个具体的采样点。
8.根据权利要求7所述相干快跳频多路并行本振结构，其特征在于，所述相位步进计算模块、所述切跳相位计算模块和所述相位累加器模块的位宽均为48bit，对应于载波频率精度为1.3733Hz；截取所述相位累加器模块输出的高14bit作为各通道的波形地址信息。
9.根据权利要求7所述相干快跳频多路并行本振结构，其特征在于，所述频偏估计模块采用64符号累积的差分相干捕获，捕获频偏精度为±5KHz。
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