CN111817750B - 一种基于TODh的快速跳频同步方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于TODh的快速跳频同步方法，其步骤包括：通信开始后发射机发送一定数量的同步跳作为同步头，其中同步频率根据TODh信息计算，同步帧包含前保护、后保护和同步序列，且不同的同步频率对应不同的同步序列；接收机根据自身的TODh信息计算搜索频率，并在此频率上基于所有同步序列进行并行捕获；捕获成功后根据所匹配的同步序列判断同步跳的位置，进而判断接收机与发射机之间的TODh差值；接收机进行TODh校正，并自动补齐TODl信息计算业务跳频率，同步成功。本发明能够将TODh信息隐藏在同步频率和同步序列里，无需直接发送，且接收端在特定频率上搜索捕获，可在一组同步跳内完成捕获，具有同步时间快、同步可靠、操作简便、适用范围广等优点。
Description
技术领域
本发明属于跳频通信系统设计领域，特别涉及一种基于TODh且快速、可靠的跳频同步方法。
背景技术
跳频通信技术因其具有抗敌方人为干扰、抗噪声和多径干扰、抗多用户干扰的特性，而在军事和民用领域得到了广泛的应用。跳频同步是实现跳频通信的关键技术之一，收发双方只有在相同跳频图案和相同跳变规律的同步状态下，才可稳定建立通信。所以同步算法性能的优劣对整个跳频通信系统性能有直接影响。
传统同步方法主要有自同步法、独立信道法、同步字头法和精准时钟法等。其中同步字头法因其搜索速度快、同步性能可靠的特点而广泛应用于跳频同步的建立中，但是同步头的传输受到系统自身或者外界干扰时，系统也会随之受到影响进而无法正常通信。
发明内容
针对前述技术问题，本发明提供了一种基于TODh的跳频同步方法，用以提高跳频同步的效率和可靠性。
本发明采用的技术方案如下：
一种基于TODh的快速跳频同步方法，其步骤为：
步骤1：发射机发送同步头：同步跳个数依据TODh的最小单位和收发双方可容忍的同步时差确定，同步频率根据发射机的TODh信息计算，同步帧包含前保护、后保护和同步序列，且不同的同步频率对应不同的同步序列；
步骤2：接收机同步捕获：接收机根据自身的TODh信息计算搜索频率，并在此频率上基于所有同步序列进行并行捕获；
步骤3：TODh校正：接收机捕获成功后根据所匹配的同步序列判断同步跳的位置，进而判断接收机与发射机之间的TODh差值，并对接收机进行TODh校正；
步骤4：补全TOD信息：接收机经过TODh校正与发射机保持一致，再补上TODl信息，得到完整的TOD信息；
步骤5：确定业务跳频率和位置：根据完整的TOD信息计算起始业务跳频率，根据捕获成功的同步跳位置确定起始业务跳的位置，跳频同步过程结束。
进一步限定，所述步骤1中同步跳个数确定方法为：设TODh的时间单位为t，收发双方可容忍的同步时差为±n个TODh单位，则一组同步跳的个数为2n+1；为提高同步成功率，发射机可重复发送m组同步跳，则同步跳的个数为m*(2n+1)。
进一步限定，所述步骤1中同步频率计算方法为：首先根据当前TODh值获得2n+1跳同步频率计算分别对应的TODh值为：TODh-n,TODh-n+1,…,TODh-1,TODh,TODh+1,…,TODh+n，分别将其与同步频率生成密钥进行模2加运算，运算结果作为种子输入至PN序列生成器生成一组伪随机序列，利用此伪随机序列在事先生成好的同步频率表里查表获得对应的同步频点。
进一步限定，所述步骤1中同步帧由前保护、后保护和同步序列组成，其中同步序列选用Gold序列；因为一组同步跳的个数为2n+1，则Gold序列个数也为2n+1。
进一步限定，所述步骤1中每组同步跳中同步跳位置、同步频率、同步序列三者一一对应，具体对应关系如下：
| 同步跳位置 | 1 | 2 | … | n+1 | … | 2n+1 |
| 同步频率 | f(TODh-n) | f(TODh-n+1) | … | f(TODh) | … | f(TODh+n) |
| 同步序列 | Gold<sub>1</sub> | Gold<sub>2</sub> | … | Gold<sub>n+1</sub> | … | Gold<sub>2n+1</sub> |
其中f(·)为同步频率生成函数，Gold1,Gold2,…,Gold2n+1为2n+1组提前确定的Gold序列。
进一步限定，所述步骤2中搜索频率的计算方法与发射机同步频率计算方法相同；本地同步序列采用Gold1,Gold2,…,Gold2n+1共2n+1组序列进行并行捕获。
进一步限定，所述步骤3中接收机的TODh校正方法为：
TODhrx＝TODhtx-n-1+r
其中TODhrx为接收机TODh值，TODhtx为发射机TODh值，r表示在第r组Gold序列(即Goldr)处取得相关峰。
进一步限定，所述步骤4中TOD信息的补全由校正后的TODh信息和TODl信息组成，其中TODl信息由收发双方根据不同的网号进行设定。
本发明的有益效果：
1、本发明提出的一种基于TODh的快速跳频同步方法，在接收端采取频率驻守模式进行同步捕获，能够在一组同步跳发送时间内完成同步，大大缩短了同步时间，提升了同步效率，同时降低了同步被干扰的概率。
2、本发明提出的一种基于TODh的快速跳频同步方法，TOD完整信息由TODh和TODl组成，其中TODh信息隐藏在同步频率和同步序列里并依靠同步捕获校正得到，TODl则由收发双方根据网号等信息进行设定，无需在数据帧中传输TOD信息，提高了同步的可靠性。
附图说明
图1为本发明一种基于TODh的快速跳频同步方法流程图；
图2为本发明同步频率生成流程图；
图3为本发明同步帧结构组成图；
图4为本发明接收机同步搜索流程图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明。
请参阅图1，为本发明提出的一种基于TODh的快速跳频同步方法的一个实施例。本实施例包括如下步骤：
步骤1：发射机发送同步头：开始通信后发送端发送同步头，同步跳个数依据TODh的最小单位和收发双方可容忍的同步时差确定，同步频率根据发射机的TODh信息计算，同步帧包含前保护、后保护和同步序列，且不同的同步频率对应不同的同步序列。
在跳频通信系统的设计中，TOD信息包括年、月、日、时、分、秒、跳频周期等信息，进一步TOD信息可分为TODh信息和TODl信息，其中TODl信息为TOD信息低位，精确到跳频周期；TODh信息为TOD信息高位，可由设计者确定，本实施例中设定TODh最小单位为2s。取n＝4，只发送一组同步跳，则同步跳个数为9跳。
设发送端当前通信时刻的TODh值为TODhtx，则同步频率由TODhtx-4,…,TODhtx,…,TODhtx+4共9个数值计算，分别将其与同步频率生成密钥进行模2加运算，运算结果作为种子输入至PN序列生成器生成一组伪随机序列，利用此伪随机序列在事先生成好的同步频率表中查表获得对应的同步频点。设得到的同步频率分别为f(TODhtx-4),…,f(TODhtx),…,f(TODhtx+4)，其中f(·)为同步频率生成函数，具体频率生成流程图如图2所示。
同步序列选用9组Gold序列构成同步序列集，由TODh数值对9求模得到，保证同步频率与同步序列一一对应。同步跳位置、同步频率、Gold序列三者具体对应关系如下：
同步帧由前保护、后保护和同步序列组成，具体帧结构如图3所示。
步骤2：接收机同步捕获：接收机根据自身的TODh信息计算搜索频率，计算方法和发送端计算同步频率的方法相同。在此频率上基于9组Gold序列进行并行捕获。
步骤3：TODh校正：待捕获成功后根据所匹配的同步序列判断同步跳的位置，进而判断接收机与发射机之间的TODh差值，并对接收机进行TODh校正。
设接收机当前搜索时刻的TODh值为TODhrx，由此计算搜索频率为f(TODhrx)，现设定收发双方TODh值的关系为TODhtx＝TODhrx-2，即接收机比发射机大2单位。
接收机搜索捕获示意图如图4所示。接收端电台在频率f(TODhrx)上进行搜索，由于TODhtx＝TODhrx-2，则f(TODhrx)＝f(TODhtx)+2，故会在发送端第7跳时收发双方频率一致，在第7组Gold序列上出现相关峰，由此可以判断接收端频率与发送端第7跳的频率一致，求得TODhrx＝TODhtx+2，完成接收机TODh校正。
步骤4：补全TOD信息：接收机经过TODh校正与发射机保持一致，再补上TODl信息，得到完整的TOD信息；
步骤5：确定业务跳频率和位置：根据完整的TOD信息计算起始业务跳频率，根据捕获成功的同步跳位置确定起始业务跳的位置，跳频同步过程结束。
至此，通过上述5个步骤完成了跳频同步过程。
本发明提出的一种基于TODh的快速跳频同步方法可以在不传输TOD信息的条件下只依靠同步序列的捕获即可完成TOD信息的获取，且接收端在单频点驻守，可在一组同步跳内完成捕获，具有同步时间短、可靠性高等特点，可适用于常规跳频通信系统中的跳频同步方法设计。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。
上述实施例仅示例性说明本发明的方法步骤及其核心思想，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (7)
1.一种基于TODh的快速跳频同步方法，其特征在于：所述方法的具体步骤为：
步骤1：发射机发送同步头：同步跳个数依据TODh的最小单位和收发双方可容忍的同步时差确定，设TODh的时间单位为t，收发双方可容忍的同步时差为±n个TODh单位，则同步跳的个数为m*(2n+1)，其中m为发射机重复发送的同步跳数量且m≥1、2n+1为一组同步跳的个数；同步频率根据发射机的TODh信息计算，同步帧包含前保护、后保护和同步序列，且不同的同步频率对应不同的同步序列；
步骤2：接收机同步捕获：接收机根据自身的TODh信息计算搜索频率，并在此频率上基于所有同步序列进行并行捕获；
步骤3：TODh校正：接收机捕获成功后根据所匹配的同步序列判断同步跳的位置，进而判断接收机与发射机之间的TODh差值，并对接收机进行TODh校正；
步骤4：补全TOD信息：接收机经过TODh校正与发射机保持一致，再补上TODl信息，得到完整的TOD信息；
步骤5：确定业务跳频率和位置：根据完整的TOD信息计算起始业务跳频率，根据捕获成功的同步跳位置确定起始业务跳的位置，跳频同步过程结束。
2.根据权利要求1所述的一种基于TODh的快速跳频同步方法，其特征在于：所述步骤1中同步频率计算方法为：首先根据当前TODh值获得2n+1跳同步频率计算分别对应的TODh值为：TODh-n,TODh-n+1,…,TODh-1,TODh,TODh+1,…,TODh+n，分别将其与同步频率生成密钥进行模2加运算，运算结果作为种子输入至PN序列生成器生成一组伪随机序列，利用此伪随机序列在事先生成好的同步频率表里查表获得对应的同步频点。
3.根据权利要求2所述的一种基于TODh的快速跳频同步方法，其特征在于：所述步骤1中同步序列选用Gold序列，且Gold序列的个数与一组同步跳的个数相等。
4.根据权利要求3所述的一种基于TODh的快速跳频同步方法，其特征在于：所述步骤1中每组同步跳中同步跳位置、同步频率、同步序列三者一一对应，具体对应关系如下：
其中f(·)为同步频率生成函数，Gold1,Gold2,…,Gold2n+1为2n+1组提前确定的Gold序列。
5.根据权利要求4所述的一种基于TODh的快速跳频同步方法，其特征在于：所述步骤2中搜索频率的计算方法与发射机同步频率计算方法相同；本地同步序列采用Gold1,Gold2,…,Gold2n+1共2n+1组序列进行并行捕获。
6.根据权利要求1所述的一种基于TODh的快速跳频同步方法，其特征在于：所述步骤3中接收机的TODh校正方法为：
TODhrx＝TODhtx-n-1+r
其中TODhrx为接收机TODh值，TODhtx为发射机TODh值，r表示在第r组Gold序列处取得相关峰。
7.根据权利要求1所述的一种基于TODh的快速跳频同步方法，其特征在于：所述步骤4中TOD信息的补全由校正后的TODh信息和TODl信息组成，其中TODl信息由收发双方事先根据不同的网号进行约定。
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