CN111510239A - 一种基于北斗短报文体制的扩频码在线生成与切换方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于北斗短报文体制的扩频码在线生成与切换方法，属于导航通信扩频码生成技术领域。所述方法为：根据本原多项式和初相生成周期短码，并进行捕获和解扩；长码在线生成模块A收到帧同步成功标志后，根据固定本原多项式和固定初相在线生成m1序列，利用m1序列进行解扩、解调和译码，输出用户地址。帧同步计数器计满n比特，长码在线生成模块B根据固定本原多项式B和用户地址生成本地m2序列；基于“m1和m2序列模2加生成的Gold序列”对数据段信息进行解扩再解调和译码，得到数据段译码结果。通过地面指令随时切换扩频码，方便快捷，保证了星上扩频码的保密性、避免了大量数据存储需求及非法用户对卫星通信的干扰。

Description

一种基于北斗短报文体制的扩频码在线生成与切换方法
技术领域
本发明涉及一种基于北斗短报文体制的扩频码在线生成与切换方法，属于导航通信扩频码生成技术领域。
背景技术
在传统的北斗短报文模块中，全球短报文系统的用户发射上行信号采用直接序列扩频的突发短帧信号体制。为了避免非法用户干扰，从用户信号体制本身进一步提高全球短报文系统用户通信安全性和系统抗干扰性能，全球短报文信号体制星上接收平台需具有用于调制的伪码扩频序列能够根据地面控制站的指示进行在线生成与切换的功能。
现有扩频码生成中，一般是选择固定的扩频码，将其扩频码储存在卫星硬件的存储器中。这种传统方法有两个比较大的缺点：一个是扩频码固定，当扩频码遭到泄露时，特别容易遭到敌对干扰，另一个缺点则是扩频码需要存储在存储器中，当扩频码码长较大时，需要占用较大的存储资源。
发明内容
本发明的目的针对现有星上载荷的扩频码无法在线生成并实时切换导致非法用户干扰概率增加以及无法实现数据段扩频码加密处理的技术缺陷，提出了一种基于北斗短报文体制扩频码在线生成与切换方法。
本发明的核心思想为：短码在线生成模块根据综合电子模块提供的本原多项式和初相在线生成同步头的周期短码用于捕获和解扩；长码在线生成模块A收到帧同步成功标志后，根据固定本原多项式和固定初相在线生成m1序列，利用m1序列对勤务段剩余信息进行解扩、解调和译码，输出用户地址。帧同步计数器计满n比特，长码在线生成模块B根据固定本原多项式B和译码模块输出的用户地址作为初相生成本地m2序列；解扩模块根据“m1和m2序列模2加生成的Gold序列”，即数据段的本地扩频码对数据段信息进行解扩再解调和译码，得到数据段译码结果。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
所述在线生成与切换方法依托的北斗短报文体制扩频接收机包括综合电子模块、短码在线生成模块、长码在线生成模块A、长码在线生成模块B、解扩模块、解调模块和译码模块；
所述北斗短报文体制扩频接收机中各模块的连接关系如下：
综合电子模块和短码在线生成模块相连；短码在线模块和解扩模块相连；解扩模块和解调模块相连；解调模块和译码模块相连；长码在线生成模块A和长码在线生成模块B均和解扩模块相连；长码在线生成模块B和译码模块相连；
所述北斗短报文体制扩频接收机中各模块间信息传递关系如下：
综合电子模块生成本原多项式和初相，并把生成的本原多项式和初相传递给短码在线生成模块；短码在线生成模块接收本原多项式和初相并据此生成周期短码，周期短码用于捕获和跟踪后，同时也传递给解扩模块；解扩模块分别生成勤务段和数据段的扩频信息，并将其传给解调模块；解调模块分别生成勤务段和数据段的解调信息，并将其传给译码模块；译码模块分别生成勤务段和数据段的译码信息，并将译码输出的勤务段的用户地址传递给长码在线生成模块B；长码在线生成模块A生成m1序列并传给解扩模块，长码在线生成模块B生成m2序列，m1序列和m2序列进行模2相加后得到Gold序列传给解扩模块。
所述基于北斗短报文体制扩频码在线生成与切换方法，包括如下步骤：
步骤一：短码在线生成模块根据综合电子模块提供的本原多项式和初相，在线生成同步头的周期短码，并利用此周期短码完成捕获；
步骤二：解扩模块利用步骤一生成的周期短码完成勤务段中帧标识前符号的解扩；帧标识同步成功后，长码在线生成模块A根据固定的本原多项式和固定初相生成m1序列；
其中，勤务段分为两部分，一部分为精跟段和帧标识，其扩频码与同步头相同；另一部分称为勤务段剩余部分，此部分扩频码为m1序列；
步骤三：解扩模块利用生成的m1序列对于勤务段剩余信息进行解扩，解调模块对勤务段的解扩结果进行解调，译码模块对解调模块的解调结果进行译码，得到勤务段中的用户地址的译码结果；
其中，用户地址的长度由所需数据段扩频码长度决定；
步骤四：译码模块将勤务段中用户地址的译码结果作为m2序列的初相传递给长码在线生成模块B，帧同步计数器计满n比特，长码在线生成模块B根据固定本原多项式B和译码模块输出的用户地址作为初相生成本地m2序列；
步骤五：将m1序列和m2序列进行模2加生成Gold序列，再将此Gold序列作为数据段的本地扩频码，解扩模块根据数据段的本地扩频码对数据段信息进行解扩，解调模块对数据段信息的解扩结果进行解调，译码模块对数据段的解调结果进行译码得到数据段的译码结果。
有益效果
本发明所述基于北斗短报文体制的扩频码在线生成与切换方法，与现有扩频码在线生成与切换方法相比，具有如下有益效果：
1.所设计的扩频码均在线生成，避免大量的数据存储需求，以极少量的算法复杂度换取可贵的星上存储资源，且在线生成有利于后期扩频码的统一更换，方便快捷；
2.所述扩频码在线生成与切换方法，采用长码作为数据段的扩频码极大的提高抗干扰能力，并通过m1长码序列和m2长码序列对数据段的扩频码进行了进一步的加密；
3.所述在线生成与切换方法，数据段的扩频长码最终由勤务段中的用户地址决定，用户地址为由地面中心控制系统统一注册、分发、管理，可实时变更，极大提高了数据段扩频码的保密性；具体通过地面的指令，扩频码可以随时切换，保证了星上扩频码的保密性，避免了非法用户对卫星通信的干扰。
附图说明
图1为基于北斗短报文体制的扩频码在线生成与切换方法依托的帧结构示意图；
图2为基于北斗短报文体制的扩频码在线生成与切换方法的原理框图。
具体实施方式
为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明基于北斗短报文体制的扩频码在线生成与切换方法的具体实施做进一步说明。
实施例1
本实施例以北斗短报文星上常用扩频码遭到泄露星上扩频码需修改为例，当星上扩频码遭到泄露时，非法用户可以干扰卫星的正常通信，为保障通信安全，需要切换星上所用扩频码。
所述基于北斗短报文体制的扩频码在线生成与切换方法依托的帧结构如图1所示。从图中可以看出，该帧结构包括同步头、勤务段和数据段；其中，同步头和勤务段的“精跟段和帧标识”扩频码相同，均为周期短码，下述文字描述也称为“同步头的本地码”；勤务段剩余部分的扩频码为m1序列；数据段的扩频码为m1序列和m2序列模2和生成的Gold序列。
所述基于北斗短报文体制的扩频码在线生成与切换方法具体实施时，如图2所示。图2中的周期短码，即同步头的本地码，其生成多项式为g0＝1+x2+x5+x6+x11，初相为0xFFE6EA83。图2中m1序列的生成多项式为：g1＝1+x9+x11+x20+x24，初相为0x“A76E1A”；m2序列生成多项式为g2＝1+x3+x6+x19+x24，初相为0xAAAAAA为例，通过综合电子模块将同步头的本地码的生成多项式g0＝1+x2+x5+x6+x11和初相0xFFE6EA83发送给本地短周期扩频码生成模块生成同步头模块，利用生成的同步头本地码进行捕获，解扩模块利用短码完成帧标识前符号的解扩。帧标识同步成功后，本地m1序列在线生成模块根据生成多项式g1＝1+x9+x11+x20+x24和初相0x“A76E1A”，在线生成m1序列；解扩模块本地码由短码切至m1序列进行解扩。解扩结果依次完成解调和译码。从而得到勤务段中的用户地址译码结果，进一步得到m2序列的初相为0xAAAAAA。在帧标识完成后本地bit计数器记到156时，本地m2序列在线生成模块根据生成多项式g2＝1+x3+x6+x19+x24和初相0xAAAAAA在线生成m2序列，解扩模块利用m1序列和m2序列模2加生成Gold序列，完成数据段解扩。
如图2所示，本实施例公开的基于北斗短报文体制的扩频码在线生成与切换技术，包括如下步骤：
步骤A：本地短周期扩频码生成模块根据综合电子模块提供的本源多项式g0＝1+x2+x5+x6+x11和初相0xFFE6EA83，在线生成同步头的周期短码，利用此周期短码完成捕获。
步骤B：解扩模块利用已经生成好的同步头的周期短码完成勤务段中帧标识前符号的解扩。帧标识同步成功后，本地m1扩频序列在线生成模块根据本源多项式g1＝1+x9+x11+x20+x24和初相0x“A76E1A”，在线生成m1序列。
步骤C：解扩模块所采用的本地码由同步头的周期短码切换为m1序列进行勤务段帧同步后的解扩。解扩结果依次完成解调和译码，得到勤务段中用户地址(24bit)的译码结果，得到m2序列的初相0xAAAAAA。
步骤D：根据帧结构设计，勤务段中帧标识后剩余156bit内容。对勤务段帧标识后的内容开始解扩，本地bit计数器开始计数，当本地bit计数器记到156时，本地m2序列在线生成模块根据扩频码设计方案中给出的本原多项式g2＝1+x3+x6+x19+x24和勤务段用户地址的译码结果得到的初相0xAAAAAA，在线生成m2序列。
步骤E：解扩模块利用m1序列和m2序列模2加生成Gold序列，完成数据段的解扩。解扩结果再依次进行解调和译码，得到数据段的译码结果。
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于北斗短报文体制的扩频码在线生成与切换方法，其特征在于：依托的北斗短报文体制扩频接收机包括综合电子模块、短码在线生成模块、长码在线生成模块A、长码在线生成模块B、解扩模块、解调模块和译码模块；
所述北斗短报文体制扩频接收机中各模块的连接关系如下：
综合电子模块和短码在线生成模块相连；短码在线模块和解扩模块相连；解扩模块和解调模块相连；解调模块和译码模块相连；长码在线生成模块A和长码在线生成模块B均和解扩模块相连；长码在线生成模块B和译码模块相连；
所述北斗短报文体制扩频接收机中各模块间信息传递关系如下：
综合电子模块生成本原多项式和初相，并把生成的本原多项式和初相传递给短码在线生成模块；短码在线生成模块接收本原多项式和初相并据此生成周期短码，周期短码用于捕获和跟踪后，同时也传递给解扩模块；解扩模块分别生成勤务段和数据段的扩频信息，并将其传给解调模块；解调模块分别生成勤务段和数据段的解调信息，并将其传给译码模块；译码模块分别生成勤务段和数据段的译码信息，并将译码输出的勤务段的用户地址传递给长码在线生成模块B；长码在线生成模块A生成m1序列并传给解扩模块，长码在线生成模块B生成m2序列，m1序列和m2序列进行模2相加后得到Gold序列传给解扩模块；
所述扩频码在线生成与切换方法，包括如下步骤：
步骤一：短码在线生成模块根据综合电子模块提供的本原多项式和初相，在线生成同步头的周期短码，并利用此周期短码完成捕获；
步骤二：解扩模块利用步骤一生成的周期短码完成勤务段中帧标识前符号的解扩；帧标识同步成功后，长码在线生成模块A根据固定的本原多项式和固定初相生成m1序列；
其中，勤务段分为两部分，一部分为精跟段和帧标识，另一部分称为勤务段剩余信息；
步骤三：解扩模块利用生成的m1序列对于勤务段剩余信息进行解扩，解调模块对勤务段的解扩结果进行解调，译码模块对解调模块的解调结果进行译码，得到勤务段中的用户地址的译码结果；
步骤四：译码模块将勤务段中用户地址的译码结果作为m2序列的初相传递给长码在线生成模块B，帧同步计数器计满n比特，长码在线生成模块B根据固定本原多项式B和译码模块输出的用户地址作为初相生成本地m2序列；
步骤五：将m1序列和m2序列进行模2加生成Gold序列，再将此Gold序列作为数据段的本地扩频码，解扩模块根据数据段的本地扩频码对数据段信息进行解扩，解调模块对数据段信息的解扩结果进行解调，译码模块对数据段的解调结果进行译码得到数据段的译码结果。
2.根据权利要求1所述的一种基于北斗短报文体制的扩频码在线生成与切换方法，其特征在于：步骤二中，勤务段中精跟段和帧标识的扩频码与同步头相同。
3.根据权利要求1所述的一种基于北斗短报文体制的扩频码在线生成与切换方法，其特征在于：步骤二中，勤务段剩余信息的扩频码为m1序列。
4.根据权利要求1所述的一种基于北斗短报文体制的扩频码在线生成与切换方法，其特征在于：步骤三中，用户地址的长度由所需数据段扩频码长度决定。
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