CN113271120A - 跳频同步系统、方法、装置、计算机设备和存储介质 - Google Patents

跳频同步系统、方法、装置、计算机设备和存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种跳频同步系统、方法、装置、计算机设备和存储介质。所述系统包括发送端和接收端，所述发送端，用于为数据帧配置同步帧，得到同步数据帧；根据预设的跳频频点，发送多个同步数据帧；跳频频点包括同步帧跳频频点和数据帧跳频频点；数据帧跳频频点与所述同步帧跳频频点相关联；所述接收端，用于接收多个同步数据帧，并从多个同步数据帧中提取多个同步帧；通过拼接多个同步帧，得到同步帧跳频频点，并根据同步帧跳频频点确定数据帧跳频频点；根据数据帧跳频频点，对数据帧进行跳频同步。采用本系统便于实现快速跳频，提高跳频抗干扰能力，以及在复杂电磁干扰条件下确保快速可靠同步。

Description

跳频同步系统、方法、装置、计算机设备和存储介质
技术领域
本申请涉及卫星通信技术领域，特别是涉及一种跳频同步系统、方法、装置、计算机设备和存储介质。
背景技术
随着卫星通信技术的快速发展，以及电磁环境的日益复杂，跳频技术在卫星通信领域得到广泛应用。在应用跳频技术的过程中，为确保系统正常工作，需要使下行链路星地收发双方的跳频图案正确同步。传统的跳频同步采用基于TOD(Time of Day，当前时间)信息的方法，发送端发送TOD信息，接收端根据搜索得到的TOD信息来修正本端TOD，实现跳频同步。
然而，由于卫星信号在空中暴露时间较长，且存在敌方蓄意干扰，卫星通信，特别是军事卫星通信，对跳频图案和跳频帧结构的随机性、隐蔽性和保密性要求较高，需要使用快速跳频技术，传统的跳频同步方法针对TOD信息设计同步跳和同步序列，容易限制同步跳的频率跳变速率，不利于快速跳频的实现，且同步跳存在一定的慢变化规律，抗干扰能力较弱，影响系统的抗干扰、抗截获和抗侦收性能。
因此，传统的跳频同步技术难以实现快速跳频、抗干扰能力较弱、在复杂电磁干扰条件下难以确保快速可靠同步。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种便于实现快速跳频、抗干扰能力较强、在复杂电磁干扰条件下可以确保快速可靠同步的跳频同步系统、方法、装置、计算机设备和存储介质。
一种跳频同步系统，包括发送端和接收端：
所述发送端，用于为数据帧配置同步帧，得到同步数据帧；根据预设的跳频频点，发送多个所述同步数据帧；所述跳频频点包括同步帧跳频频点和数据帧跳频频点；所述数据帧跳频频点与所述同步帧跳频频点相关联；
所述接收端，用于接收所述多个同步数据帧，并从所述多个同步数据帧中提取多个所述同步帧；通过拼接所述多个同步帧，得到所述同步帧跳频频点，并根据所述同步帧跳频频点确定所述数据帧跳频频点；根据所述数据帧跳频频点，对所述数据帧进行跳频同步。
在其中一个实施例中，所述接收端，还用于通过多个第一数字下变频器，从所述多个同步数据帧中提取多个所述同步帧；拼接所述多个同步帧，得到同步序列；将所述同步序列与本地同步序列进行相关运算，得到相关峰值；当所述相关峰值超过预设的相关门限时，判定所述同步帧实现跳频同步，并根据所述本地同步序列确定所述同步帧跳频频点。
在其中一个实施例中，所述接收端，还用于根据预设的跳频频点集合大小和跳频周期，得到数据帧起始频点与所述同步帧跳频频点之间的映射关系；根据所述映射关系和所述同步帧跳频频点，得到所述数据帧起始频点；根据所述数据帧起始频点，确定所述数据帧跳频频点。
在其中一个实施例中，所述接收端，还用于根据所述数据帧跳频频点设置第二数字下变频器；通过所述第二数字下变频器，对所述数据帧进行跳频同步。
在其中一个实施例中，所述接收端，还用于对所述同步数据帧进行A/D采样，得到采样后同步数据帧；根据预设的同步帧跳频频点设置本振频率，得到所述第一数字下变频器；通过多个所述第一数字下变频器，从多个所述采样后同步数据帧中提取所述多个同步帧。
在其中一个实施例中，所述接收端，还用于对所述同步帧进行匹配相关滤波，得到匹配相关数据；通过对多个所述匹配相关数据进行累加求和运算，得到相关运算结果；从所述相关运算结果中选取最大值，作为所述相关峰值。
一种跳频同步方法，包括：
为数据帧配置同步帧，得到同步数据帧；
根据预设的跳频频点，发送多个所述同步数据帧，以供接收端接收所述多个同步数据帧，并从所述多个同步数据帧中提取多个所述同步帧；通过拼接所述多个同步帧，得到所述同步帧跳频频点，并根据所述同步帧跳频频点确定所述数据帧跳频频点；根据所述数据帧跳频频点，对所述数据帧进行跳频同步；所述跳频频点包括同步帧跳频频点和数据帧跳频频点；所述数据帧跳频频点与所述同步帧跳频频点相关联。
一种跳频同步方法，包括：
接收发送端根据预设的跳频频点发送的多个同步数据帧，从所述多个同步数据帧中提取多个所述同步帧；所述同步数据帧包括同步帧和数据帧；所述跳频频点包括同步帧跳频频点和数据帧跳频频点；所述数据帧跳频频点与所述同步帧跳频频点相关联；
通过拼接所述多个同步帧，得到所述同步帧跳频频点；
根据所述同步帧跳频频点确定所述数据帧跳频频点；
根据所述数据帧跳频频点，对所述数据帧进行跳频同步。
一种跳频同步装置，包括：
配置模块，用于为数据帧配置同步帧，得到同步数据帧；
发送模块，用于根据预设的跳频频点，发送多个所述同步数据帧，以供接收端接收所述多个同步数据帧，并从所述多个同步数据帧中提取多个所述同步帧；通过拼接所述多个同步帧，得到所述同步帧跳频频点，并根据所述同步帧跳频频点确定所述数据帧跳频频点；根据所述数据帧跳频频点，对所述数据帧进行跳频同步；所述跳频频点包括同步帧跳频频点和数据帧跳频频点；所述数据帧跳频频点与所述同步帧跳频频点相关联。
一种跳频同步装置，包括：
同步帧提取模块，用于接收发送端根据预设的跳频频点发送的多个同步数据帧，从所述多个同步数据帧中提取多个所述同步帧；所述同步数据帧包括同步帧和数据帧；所述跳频频点包括同步帧跳频频点和数据帧跳频频点；所述数据帧跳频频点与所述同步帧跳频频点相关联；
同步帧同步模块，用于通过拼接所述多个同步帧，得到所述同步帧跳频频点；
数据帧频点计算模块，用于根据所述同步帧跳频频点确定所述数据帧跳频频点；
数据帧同步模块，用于根据所述数据帧跳频频点，对所述数据帧进行跳频同步。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
为数据帧配置同步帧，得到同步数据帧；
根据预设的跳频频点，发送多个所述同步数据帧，以供接收端接收所述多个同步数据帧，并从所述多个同步数据帧中提取多个所述同步帧；通过拼接所述多个同步帧，得到所述同步帧跳频频点，并根据所述同步帧跳频频点确定所述数据帧跳频频点；根据所述数据帧跳频频点，对所述数据帧进行跳频同步；所述跳频频点包括同步帧跳频频点和数据帧跳频频点；所述数据帧跳频频点与所述同步帧跳频频点相关联。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
接收发送端根据预设的跳频频点发送的多个同步数据帧，从所述多个同步数据帧中提取多个所述同步帧；所述同步数据帧包括同步帧和数据帧；所述跳频频点包括同步帧跳频频点和数据帧跳频频点；所述数据帧跳频频点与所述同步帧跳频频点相关联；
通过拼接所述多个同步帧，得到所述同步帧跳频频点；
根据所述同步帧跳频频点确定所述数据帧跳频频点；
根据所述数据帧跳频频点，对所述数据帧进行跳频同步。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
为数据帧配置同步帧，得到同步数据帧；
根据预设的跳频频点，发送多个所述同步数据帧，以供接收端接收所述多个同步数据帧，并从所述多个同步数据帧中提取多个所述同步帧；通过拼接所述多个同步帧，得到所述同步帧跳频频点，并根据所述同步帧跳频频点确定所述数据帧跳频频点；根据所述数据帧跳频频点，对所述数据帧进行跳频同步；所述跳频频点包括同步帧跳频频点和数据帧跳频频点；所述数据帧跳频频点与所述同步帧跳频频点相关联。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
接收发送端根据预设的跳频频点发送的多个同步数据帧，从所述多个同步数据帧中提取多个所述同步帧；所述同步数据帧包括同步帧和数据帧；所述跳频频点包括同步帧跳频频点和数据帧跳频频点；所述数据帧跳频频点与所述同步帧跳频频点相关联；
通过拼接所述多个同步帧，得到所述同步帧跳频频点；
根据所述同步帧跳频频点确定所述数据帧跳频频点；
根据所述数据帧跳频频点，对所述数据帧进行跳频同步。
上述跳频同步系统、方法、装置、计算机设备和存储介质，通过在发送端为数据帧配置同步帧，得到同步数据帧，可以在时域将数据帧和同步帧相关联；根据预设的跳频频点，发送多个同步数据帧，可以将数据帧的跳频图案与同步帧的跳频图案相关联，便于实现快速跳频，提高跳频抗干扰能力；通过在接收端接收多个同步数据帧，并从多个同步数据帧中提取多个同步帧，可以获取多个同步帧；通过拼接多个同步帧，得到同步帧跳频频点，并根据同步帧跳频频点确定数据帧跳频频点，可以将获取到的多个同步帧拼接为同步序列，根据同步序列实现同步帧的跳频同步并确定同步帧的跳频图案，进而根据跳频图案的相关性确定数据帧的跳频图案；根据数据帧跳频频点，对数据帧进行跳频同步，可以在复杂电磁干扰条件下确保快速可靠同步。
附图说明
图1为一个实施例中一种跳频同步系统的结构框图；
图2为一个实施例中一种跳频同步系统的同步数据帧结构示意图；
图3为一个实施例中一种跳频同步系统的接收端的跳频同步方法的流程示意图；
图4为一个实施例中一种跳频同步方法的流程示意图；
图5为另一个实施例中一种跳频同步方法的流程示意图；
图6为一个实施例中一种跳频同步装置的结构框图；
图7为另一个实施例中一种跳频同步装置的结构框图；
图8为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种跳频同步系统100，包括有发送端102和接收端104。其中，发送端102可以但不限于是各种星上处理转发器和卫星电话，接收端104可以但不限于是各种地球站和卫星电话。
发送端102，用于为数据帧配置同步帧，得到同步数据帧；根据预设的跳频频点，发送多个同步数据帧；跳频频点包括同步帧跳频频点和数据帧跳频频点；数据帧跳频频点与同步帧跳频频点相关联。
其中，数据帧为跳频通信中用于传输业务信息的数据跳，同步帧为跳频通信中用于承载跳频同步信息的同步跳；数据帧跳频频点为数据跳的跳频频率，同步帧跳频频点为同步跳的跳频频率。
具体实现中，发送端102可以根据快速跳频通信的需求，设置同步帧和数据帧的帧长度，对于一串连续的数据帧，将其划分为若干个数据帧组，每个数据帧组中包含一个或多个数据帧，为每个数据帧组配置一个同步帧，并将同步帧和数据帧组组合为一个同步数据帧，按照上述过程可以得到多个同步数据帧，按照预设的跳频图案，通过同步帧跳频频点发送同步帧，通过数据帧跳频频点发送数据帧，其中，跳频图案为同步跳和数据跳的跳频频率变化规律，数据跳的跳频图案与同步跳的跳频图案具有相关性。
图2是一种跳频同步系统的同步数据帧结构示意图，实际应用中，可以采用如图2所示的同步数据帧结构。以下行链路星地跳频同步为例，星上处理转发器将1个同步跳和K(K＝1，2，……)个数据跳组成为一个同步数据帧，具体地，可以根据数据信号传输顺序取得K个数据跳：数据跳11、……、数据跳1K，为K个数据跳配置同步跳1，将同步跳1和数据跳11、……、数据跳1K组成为第一个同步数据帧。按照上述方法得到后续N(N＝1，2，……)个同步数据帧，并根据预设的跳频图案发送N个同步数据帧，可以按照预设的频率号分别发送同步跳和数据跳，例如，预先设置同步跳频率集和数据跳频率集，其中同步跳频率集可以有100个频率号，具体为0，1，2，……，99，数据跳频率集通常比较大，可以有8192个频率号，具体为0，1，2，……，8191，根据频率集设置跳频图案，同步跳跳频图案为(62、3、22、48、10、81、32、49、59、63、…，0，54，99，72，30，…)，不重复周期为3年，数据跳跳频图案为(12、53、124、68、1015、4210、132、5101、179、2263、…，10，554，1099，3172，8030，…)，不重复周期同样为3年。在同步跳频点开始时刻按照同步跳跳频图案发送同步跳，取Fh1,Fh2,...,FhN分别为(62、3、22、48、10、81、32、49)共8个频率号，并且数据跳的跳频图案与同步跳的跳频图案具有相关性，例如，根据Fh1,Fh2,...,FhN可以确定从第N+1个同步数据帧开始，数据跳的跳频图案为频率号124、68、1015、……。本领域技术人员可以理解，上述的跳频同步系统同步数据帧结构组成方法仅为一种实施例，并不构成对同步数据帧结构组成方法的限定，实际应用中可以采用任意方法组成跳频同步系统的同步数据帧。
进一步地，同步跳在M个频点上跳频，M个频点随时间推移持续变化，循环周期大于10年，频点变化是有规律的，具有随机性和保密性。
接收端104，用于接收多个同步数据帧，并从多个同步数据帧中提取多个同步帧；通过拼接多个同步帧，得到同步帧跳频频点，并根据同步帧跳频频点确定数据帧跳频频点；根据数据帧跳频频点，对数据帧进行跳频同步。
具体实现中，接收端104接收到发送端102发送的如图2所示的多个同步数据帧，从同步数据帧中提取同步跳，通过将多个同步跳进行拼接，得到同步跳的跳频图案。同步跳的跳频图案与数据跳的跳频图案之间具有相关性，可以用公式表示为
Fdq＝f(Fh1,Fh2,...,FhN)，
其中Fh1,Fh2,...,FhN为同步跳的跳频频点，Fdq为当前时刻数据跳跳频图案的起始频率号，f(Fh1,Fh1,...,FhN)为相关运算函数，与频率集频率字数量和跳频图案周期有关。根据上述相关性，由同步跳的跳频图案确定数据跳的跳频图案，在得到数据跳跳频图案后，可以对数据跳进行跳频同步，实现对数据跳的正确解调。
实际应用中，公式Fdq＝f(Fh1,Fh2,...,FhN)的设置可以采用如下方法：同步跳承载的信息是长周期伪随机序列，相邻同步跳的伪随机序列初始相位与TOD相关，由TOD作为输入参数进行非线性计算，得出同步跳跳频频点序号。接收端提前设定TOD初值X，随着TOD累加，预先连续产生多个同步跳跳频频点Fh1,Fh2,...,FhN。当同步跳同步后，此刻TOD已知Y＝X+N，并由此TOD作为输入参数进行非线性计算，得出数据跳跳频频点号Fdq。因此公式中函数f(Fh1,Fh2,...,FhN)是一个复杂的综合公式。
图3是一种跳频同步系统的接收端的跳频同步方法的流程示意图，实际应用中，可以采用如图3所示的跳频同步技术，以下行链路星地跳频同步为例，具体过程如下：
1)地球站在接收到图2所示的同步数据帧后，地球站终端设备信号处理单元对跳频带宽内的接收信号进行全频带A/D采样，得到采样数据，并将采样数据送入N个数字下变频器进行处理。
2)同步跳跳频图案发生器预先产生N(N<M，其中M为同步跳频率集的大小)个频点，N个频点的频率分别为Fh1,Fh2,...,FhN。在采样数据到达之前(秒级)，将N个数字下变频器的本振频率配置为Fh1,Fh2,...,FhN，并以此频率驻留值守，可以将射频或中频信号转为基带信号，并从采样数据中提取N个同步跳。
3)将N个同步跳信号分别输入N个结构完全相同的数字匹配相关滤波器，通过累加求和单元实时计算同步跳信号中UW(Unique Word，独特码)的相关匹配峰值，并与判决门限进行比较，可以将N个同步跳相拼接，并对拼接后的同步序列进行本地相关运算得到相关匹配峰值，通过对相关匹配峰值进行峰值判决，可以判断同步跳是否实现同步。进一步地，若数字下变频器的N个本振频率与接收信号的同步跳频率一致，则相关匹配峰值达到最大值；若有个别频率被干扰，则相关匹配峰值将减小，但只要判决门限值设计合理，仍然可完成跳频同步，降低漏捕概率。其中，匹配相关滤波和累加求和运算可以用公式表示为
Figure BDA0002385815290000091
其中，UW(k)表示UW序列，K为UW序列长度。
4)在同步跳实现同步后，可以确定同步跳的跳频图案为Fh1,Fh2,...,FhN，根据同步跳跳频图案与数据跳跳频图案之间的相关性公式Fdq＝f(Fh1,Fh2,...,FhN)，可以计算数据跳跳频图案的起始频率号Fdq。例如，对于图2所示的同步数据帧结构，若确定同步跳跳频图案Fh1,Fh2,...,FhN分别为(62、3、22、48、10、81、32、49)，根据相关性公式可以算得Fdq＝124，即第N+1个同步数据帧中的第一个数据跳(数据跳N+1,1)频率号为124，进而可以确定后续频率号为68、1015、4210、132、5101、179、2263、……。
5)在确定了数据跳跳频图案起始频率号后，可以控制数据跳跳频图案发生器根据数据跳跳频图案输出后续的数据跳频率Fd，例如，在确定Fdq＝124后，可以根据预设的跳频图案，控制数据跳跳频图案发生器输出后续数据跳频率68、1015、4210、132、5101、179、2263、……，以此频率作为数字下变频器本振信号，通过数字下变频器进行数据跳同步，实现数据跳的正确解调，最终完成数据恢复。
上述跳频同步系统，通过在发送端为数据帧配置同步帧，得到同步数据帧，可以在时域将数据帧和同步帧相关联；根据预设的跳频频点，发送多个同步数据帧，可以将数据帧的跳频图案与同步帧的跳频图案相关联，便于实现快速跳频，提高跳频抗干扰能力；通过在接收端接收多个同步数据帧，并从多个同步数据帧中提取多个同步帧，可以获取多个同步帧；通过拼接多个同步帧，得到同步帧跳频频点，并根据同步帧跳频频点确定数据帧跳频频点，可以将获取到的多个同步帧拼接为同步序列，根据同步序列实现同步帧的跳频同步并确定同步帧的跳频图案，进而根据跳频图案的相关性确定数据帧的跳频图案；根据数据帧跳频频点，对数据帧进行跳频同步，可以在复杂电磁干扰条件下确保快速可靠同步。
进一步地，上述跳频同步系统通过将同步跳跳频图案与数据跳跳频图案一体化设计，使同步跳具有与数据跳同样的频率变化随机性，敌方无法区分同步跳与数据跳，可以增强同步跳的隐蔽性。
进一步地，上述跳频同步系统对离散分布的同步跳进行多跳拼接后计算匹配相关峰值，即使有个别同步跳遭受干扰，仍能实现快速可靠同步，可以提高系统在复杂强电磁干扰条件下的跳频同步能力。
进一步地，由于快速跳频系统中每跳传输的信息较少(一个信息符号的传输需要一跳或多跳完成)，传送TOD信息存在一定困难，上述跳频同步系统通过多跳拼接方法直接确定同步跳跳频图案特征，并通过同步跳跳频图案与数据跳图案的相关性确定数据跳跳频图案，能够适应快速跳频系统。
进一步地，上述跳频同步系统在超前几秒的情况下确定N个跳频频率，作为本地同步跳值守频率，可快速捕获同步跳，实现星地跳频快速同步。
在一个实施例中，上述接收端还用于通过多个第一数字下变频器，从多个同步数据帧中提取多个同步帧；拼接多个同步帧，得到同步序列；将同步序列与本地同步序列进行相关运算，得到相关峰值；当相关峰值超过预设的相关门限时，判定同步帧实现跳频同步，并根据本地同步序列确定同步帧跳频频点。
其中，第一数字下变频器为用于对同步跳进行下变频的数字下变频器，相关门限为峰值判决的判决门限。
具体实现中，接收端的同步跳跳频图案发生器预先为多个第一数字下变频器设置本振频率，通过第一数字下变频器对接收信号进行下变频，从多个同步数据帧中提取多个同步跳；将多个同步跳依次输入匹配相关滤波器，可以实现多个同步跳的拼接，得到同步序列；通过对同步序列与本地同步序列进行累加求和运算可以得到相关匹配峰值；对相关匹配峰值进行峰值判决，当相关峰值超过预设的判决门限时，判定同步帧实现跳频同步，可以根据本地同步序列确定同步帧跳频图案。
例如，接收端的同步跳跳频图案发生器预先产生N个频点，N个频点的频率分别为Fh1,Fh2,...,FhN。在采样数据到达之前(秒级)，将N个数字下变频器的本振频率配置为Fh1,Fh2,...,FhN，并以此频率驻留值守，可以将射频或中频信号转为基带信号，并从采样数据中提取N个同步跳。将N个同步跳信号分别输入N个结构完全相同的数字匹配相关滤波器，通过累加求和单元实时计算同步跳信号中UW的相关匹配峰值，并与判决门限进行比较，可以将N个同步跳相拼接，并对拼接后的同步序列进行本地相关运算得到相关匹配峰值，通过对相关匹配峰值进行峰值判决，可以判断同步跳是否实现同步。进一步地，若数字下变频器的N个本振频率与接收信号的同步跳频率一致，则相关匹配峰值达到最大值；若有个别频率被干扰，则相关匹配峰值将减小，但只要检测门限值设计合理，仍然可完成跳频同步，降低漏捕概率。其中，匹配相关滤波和累加求和运算可以用公式表示为
Figure BDA0002385815290000111
其中，UW(k)表示UW序列，K为UW序列长度。
本实施例的技术方案，通过多个第一数字下变频器，从多个同步数据帧中提取多个同步帧，并拼接多个同步帧，得到同步序列，可以将同步跳跳频图案与数据跳跳频图案一体化设计，使同步跳具有与数据跳同样的频率变化随机性，使敌方无法区分同步跳与数据跳，增强同步跳的隐蔽性；将同步序列与本地同步序列进行相关运算，得到相关峰值，当相关峰值超过预设的相关门限时，判定同步帧实现跳频同步，并根据本地同步序列确定同步帧跳频频点，可以对离散分布的同步跳进行多跳拼接后计算匹配相关峰值，即使个别同步跳受到干扰，仍能可以实现快速可靠同步，能够有效提高复杂电磁干扰条件下的跳频同步能力。
在一个实施例中，上述接收端还用于根据预设的跳频频点集合大小和跳频周期，得到数据帧起始频点与同步帧跳频频点之间的映射关系；根据映射关系和同步帧跳频频点，得到数据帧起始频点；根据数据帧起始频点，确定数据帧跳频频点。
其中，跳频频点集合大小为同步跳频率集和数据跳频率集中频率字的数量，跳频周期为同步跳或数据跳的跳频图案周期，数据帧起始频点为数据跳跳频图案的起始频率号。
具体实现中，数据帧起始频点与同步帧跳频频点之间的映射关系可以用公式表示为
Fdq＝f(Fh1,Fh2,...,FhN)，
其中Fh1,Fh2,...,FhN为同步跳的跳频频点，Fdq为当前时刻数据跳跳频图案的起始频率号，f(Fh1,Fh1,...,FhN)为相关运算函数，与频率集频率字数量和跳频图案周期有关。根据上述关系，可以根据同步跳的跳频频点Fh1,Fh2,...,FhN确定数据跳的起始频率号Fdq，进而根据预先知道的数据跳跳频图案，可以确定后续的数据跳跳频频点。
例如，在同步跳实现同步后，可以确定同步跳的跳频图案为Fh1,Fh2,...,FhN，根据同步跳跳频图案与数据跳跳频图案之间的相关性公式Fdq＝f(Fh1,Fh2,...,FhN)，可以计算数据跳跳频图案的起始频率号Fdq。例如，对于图2所示的同步数据帧结构，若确定同步跳跳频图案Fh1,Fh2,...,FhN分别为(62、3、22、48、10、81、32、49)，根据相关性公式可以算得Fdq＝124，即第N+1个同步数据帧中的第一个数据跳(数据跳N+1,1)频率号为124，进而可以确定后续频率号为68、1015、4210、132、5101、179、2263、……。
本实施例的技术方案，根据预设的跳频频点集合大小和跳频周期，得到数据帧起始频点与同步帧跳频频点之间的映射关系，可以使同步跳和数据跳相关联；根据映射关系和同步帧跳频频点得到数据帧起始频点，并根据数据帧起始频点确定数据帧跳频频点，可以根据同步跳和数据跳之间的映射关系，通过同步跳跳频图案确定数据跳跳频图案，进而在复杂电磁干扰条件下确保快速可靠同步。
在一个实施例中，上述接收端还用于根据数据帧跳频频点设置第二数字下变频器；通过第二数字下变频器，对数据帧进行跳频同步。
其中，第二数字下变频器为用于对数据跳进行下变频的数字下变频器。
具体实现中，在确定了数据跳跳频图案起始频率号后，可以控制数据跳跳频图案发生器根据数据跳跳频图案输出后续的数据跳频率Fd，例如，在确定Fdq＝124后，可以根据预设的跳频图案，控制数据跳跳频图案发生器输出后续数据跳频率68、1015、4210、132、5101、179、2263、……，以此频率作为第二数字下变频器的本振信号，通过第二数字下变频器进行数据跳同步，实现数据跳的正确解调，最终完成数据恢复。
本实施例的技术方案，根据数据帧跳频频点设置第二数字下变频器，通过第二数字下变频器对数据帧进行跳频同步，可以在复杂电磁干扰条件下确保快速可靠同步。
在一个实施例中，上述接收端还用于对同步数据帧进行A/D采样，得到采样后同步数据帧；根据预设的同步帧跳频频点设置本振频率，得到第一数字下变频器；通过多个第一数字下变频器，从多个采样后同步数据帧中提取多个同步帧。
其中，采样后同步数据帧为通过A/D采样对多个同步数据帧进行数字采样，得到的采样数据。
具体实现中，地球站终端设备信号处理单元对跳频带宽内的接收信号进行全频带A/D采样，得到采样数据，并将采样数据送入N个数字下变频器进行处理。同步跳跳频图案发生器预先产生N个频点，N个频点的频率为预设的同步跳频点，分别为Fh1,Fh2,...,FhN。在采样数据到达之前(秒级)，将N个数字下变频器的本振频率配置为Fh1,Fh2,...,FhN，并以此频率驻留值守，通过上述N个数字下变频器，从采样数据中提取N个同步跳。
本实施例的技术方案，通过对同步数据帧进行A/D采样，得到采样后同步数据帧，可以将同步数据帧由模拟信号转为数字信号，便于后续同步处理；根据预设的同步帧跳频频点设置本振频率，得到第一数字下变频器，通过多个第一数字下变频器，从多个采样后同步数据帧中提取多个同步帧，可以通过第一数字下变频器从同步数据帧中捕获多个同步跳，便于实现快速跳频，提高跳频抗干扰能力。
在一个实施例中，上述接收端还用于对同步帧进行匹配相关滤波，得到匹配相关数据；通过对多个匹配相关数据进行累加求和运算，得到相关运算结果；从相关运算结果中选取最大值，作为相关峰值。
其中，匹配相关数据为匹配相关滤波的输出数据。
具体实现中，将N个同步跳信号分别输入N个结构完全相同的数字匹配相关滤波器，通过累加求和单元实时计算同步跳信号中UW的相关匹配峰值，并与判决门限进行比较，可以将N个同步跳相拼接，并对拼接后的同步序列进行本地相关运算得到相关匹配峰值，通过对相关匹配峰值进行峰值判决，可以判断同步跳是否实现同步。进一步地，若数字下变频器的N个本振频率与接收信号的同步跳频率一致，则相关匹配峰值达到最大值；若有个别频率被干扰，则相关匹配峰值将减小，但只要判决门限值设计合理，仍然可完成跳频同步，降低漏捕概率。其中，匹配相关数据可以用公式表示为xn(z+k)*UW(k)，相关运算结果可以用公式表示为
Figure BDA0002385815290000141
其中，UW(k)表示UW序列，K为UW序列长度。
本实施例的技术方案，通过对同步帧进行匹配相关滤波得到匹配相关数据，通过对多个匹配相关数据进行累加求和运算得到相关运算结果，从相关运算结果中选取最大值作为相关峰值，可以将拼接后的同步序列与本地同步序列进行相关运算得到相关峰值，便于实现快速跳频，提高跳频抗干扰能力，以及在复杂电磁干扰条件下确保快速可靠同步。
在一个实施例中，如图4所示，提供了一种跳频同步方法，包括以下步骤：
步骤S410，为数据帧配置同步帧，得到同步数据帧；
步骤S420，根据预设的跳频频点，发送多个同步数据帧，以供接收端接收多个同步数据帧，并从多个同步数据帧中提取多个同步帧；通过拼接多个同步帧，得到同步帧跳频频点，并根据同步帧跳频频点确定数据帧跳频频点；根据数据帧跳频频点，对数据帧进行跳频同步；跳频频点包括同步帧跳频频点和数据帧跳频频点；数据帧跳频频点与同步帧跳频频点相关联。
在一个实施例中，如图5所示，提供了另一种跳频同步方法，包括以下步骤：
步骤S510，接收发送端根据预设的跳频频点发送的多个同步数据帧，从多个同步数据帧中提取多个同步帧；同步数据帧包括同步帧和数据帧；跳频频点包括同步帧跳频频点和数据帧跳频频点；数据帧跳频频点与同步帧跳频频点相关联；
步骤S520，通过拼接多个同步帧，得到同步帧跳频频点；
步骤S530，根据同步帧跳频频点确定数据帧跳频频点；
步骤S540，根据数据帧跳频频点，对数据帧进行跳频同步。
在一个实施例中，上述跳频同步方法还包括以下步骤：通过多个第一数字下变频器，从多个同步数据帧中提取多个同步帧；拼接多个同步帧，得到同步序列；将同步序列与本地同步序列进行相关运算，得到相关峰值；当相关峰值超过预设的相关门限时，判定同步帧实现跳频同步，并根据本地同步序列确定同步帧跳频频点。
在一个实施例中，上述跳频同步方法还包括以下步骤：根据预设的跳频频点集合大小和跳频周期，得到数据帧起始频点与同步帧跳频频点之间的映射关系；根据映射关系和同步帧跳频频点，得到数据帧起始频点；根据数据帧起始频点，确定数据帧跳频频点。
在一个实施例中，上述跳频同步方法还包括以下步骤：根据数据帧跳频频点设置第二数字下变频器；通过第二数字下变频器，对数据帧进行跳频同步。
在一个实施例中，上述跳频同步方法还包括以下步骤：对同步数据帧进行A/D采样，得到采样后同步数据帧；根据预设的同步帧跳频频点设置本振频率，得到第一数字下变频器；通过多个第一数字下变频器，从多个采样后同步数据帧中提取多个同步帧。
在一个实施例中，上述跳频同步方法还包括以下步骤：对同步帧进行匹配相关滤波，得到匹配相关数据；通过对多个匹配相关数据进行累加求和运算，得到相关运算结果；从相关运算结果中选取最大值，作为相关峰值。
关于跳频同步方法的具体限定可以参见上文中对于跳频同步系统的限定，在此不再赘述。
应该理解的是，虽然图4-5的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图4-5中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，如图6所示，提供了一种跳频同步装置600，包括：
配置模块602，用于为数据帧配置同步帧，得到同步数据帧；
发送模块604，用于根据预设的跳频频点，发送多个同步数据帧，以供接收端接收多个同步数据帧，并从多个同步数据帧中提取多个同步帧；通过拼接多个同步帧，得到同步帧跳频频点，并根据同步帧跳频频点确定数据帧跳频频点；根据数据帧跳频频点，对数据帧进行跳频同步；跳频频点包括同步帧跳频频点和数据帧跳频频点；数据帧跳频频点与同步帧跳频频点相关联。
在一个实施例中，如图7所示，提供了另一种跳频同步装置700，包括：
同步帧提取模块702，用于接收发送端根据预设的跳频频点发送的多个同步数据帧，从多个同步数据帧中提取多个同步帧；同步数据帧包括同步帧和数据帧；跳频频点包括同步帧跳频频点和数据帧跳频频点；数据帧跳频频点与同步帧跳频频点相关联；
同步帧同步模块704，用于通过拼接多个同步帧，得到同步帧跳频频点；
数据帧频点计算模块706，用于根据同步帧跳频频点确定数据帧跳频频点；
数据帧同步模块708，用于根据数据帧跳频频点，对数据帧进行跳频同步。
在一个实施例中，跳频同步装置700，还用于通过多个第一数字下变频器，从多个同步数据帧中提取多个同步帧；拼接多个同步帧，得到同步序列；将同步序列与本地同步序列进行相关运算，得到相关峰值；当相关峰值超过预设的相关门限时，判定同步帧实现跳频同步，并根据本地同步序列确定同步帧跳频频点。
在一个实施例中，数据帧频点计算模块706，还用于根据预设的跳频频点集合大小和跳频周期，得到数据帧起始频点与同步帧跳频频点之间的映射关系；根据映射关系和同步帧跳频频点，得到数据帧起始频点；根据数据帧起始频点，确定数据帧跳频频点。
在一个实施例中，数据帧同步模块708，还用于根据数据帧跳频频点设置第二数字下变频器；通过第二数字下变频器，对数据帧进行跳频同步。
在一个实施例中，同步帧提取模块702，还用于对同步数据帧进行A/D采样，得到采样后同步数据帧；根据预设的同步帧跳频频点设置本振频率，得到第一数字下变频器；通过多个第一数字下变频器，从多个采样后同步数据帧中提取多个同步帧。
在一个实施例中，同步帧同步模块704，还用于对同步帧进行匹配相关滤波，得到匹配相关数据；通过对多个匹配相关数据进行累加求和运算，得到相关运算结果；从相关运算结果中选取最大值，作为相关峰值。
关于跳频同步装置的具体限定可以参见上文中对于跳频同步系统的限定，在此不再赘述。上述跳频同步装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
上述提供的跳频同步装置可用于执行上述任意实施例提供的跳频同步系统，具备相应的功能和有益效果。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图8所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、运营商网络、NFC(近场通信)或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现一种跳频同步方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图8中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：为数据帧配置同步帧，得到同步数据帧；根据预设的跳频频点，发送多个同步数据帧，以供接收端接收多个同步数据帧，并从多个同步数据帧中提取多个同步帧；通过拼接多个同步帧，得到同步帧跳频频点，并根据同步帧跳频频点确定数据帧跳频频点；根据数据帧跳频频点，对数据帧进行跳频同步；跳频频点包括同步帧跳频频点和数据帧跳频频点；数据帧跳频频点与同步帧跳频频点相关联。
在一个实施例中，提供了另一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：接收发送端根据预设的跳频频点发送的多个同步数据帧，从多个同步数据帧中提取多个同步帧；同步数据帧包括同步帧和数据帧；跳频频点包括同步帧跳频频点和数据帧跳频频点；数据帧跳频频点与同步帧跳频频点相关联；通过拼接多个同步帧，得到同步帧跳频频点；根据同步帧跳频频点确定数据帧跳频频点；根据数据帧跳频频点，对数据帧进行跳频同步。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：通过多个第一数字下变频器，从多个同步数据帧中提取多个同步帧；拼接多个同步帧，得到同步序列；将同步序列与本地同步序列进行相关运算，得到相关峰值；当相关峰值超过预设的相关门限时，判定同步帧实现跳频同步，并根据本地同步序列确定同步帧跳频频点。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：根据预设的跳频频点集合大小和跳频周期，得到数据帧起始频点与同步帧跳频频点之间的映射关系；根据映射关系和同步帧跳频频点，得到数据帧起始频点；根据数据帧起始频点，确定数据帧跳频频点。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：根据数据帧跳频频点设置第二数字下变频器；通过第二数字下变频器，对数据帧进行跳频同步。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：对同步数据帧进行A/D采样，得到采样后同步数据帧；根据预设的同步帧跳频频点设置本振频率，得到第一数字下变频器；通过多个第一数字下变频器，从多个采样后同步数据帧中提取多个同步帧。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：对同步帧进行匹配相关滤波，得到匹配相关数据；通过对多个匹配相关数据进行累加求和运算，得到相关运算结果；从相关运算结果中选取最大值，作为相关峰值。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：为数据帧配置同步帧，得到同步数据帧；根据预设的跳频频点，发送多个同步数据帧，以供接收端接收多个同步数据帧，并从多个同步数据帧中提取多个同步帧；通过拼接多个同步帧，得到同步帧跳频频点，并根据同步帧跳频频点确定数据帧跳频频点；根据数据帧跳频频点，对数据帧进行跳频同步；跳频频点包括同步帧跳频频点和数据帧跳频频点；数据帧跳频频点与同步帧跳频频点相关联。
在一个实施例中，提供了另一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：接收发送端根据预设的跳频频点发送的多个同步数据帧，从多个同步数据帧中提取多个同步帧；同步数据帧包括同步帧和数据帧；跳频频点包括同步帧跳频频点和数据帧跳频频点；数据帧跳频频点与同步帧跳频频点相关联；通过拼接多个同步帧，得到同步帧跳频频点；根据同步帧跳频频点确定数据帧跳频频点；根据数据帧跳频频点，对数据帧进行跳频同步。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：通过多个第一数字下变频器，从多个同步数据帧中提取多个同步帧；拼接多个同步帧，得到同步序列；将同步序列与本地同步序列进行相关运算，得到相关峰值；当相关峰值超过预设的相关门限时，判定同步帧实现跳频同步，并根据本地同步序列确定同步帧跳频频点。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：根据预设的跳频频点集合大小和跳频周期，得到数据帧起始频点与同步帧跳频频点之间的映射关系；根据映射关系和同步帧跳频频点，得到数据帧起始频点；根据数据帧起始频点，确定数据帧跳频频点。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：根据数据帧跳频频点设置第二数字下变频器；通过第二数字下变频器，对数据帧进行跳频同步。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：对同步数据帧进行A/D采样，得到采样后同步数据帧；根据预设的同步帧跳频频点设置本振频率，得到第一数字下变频器；通过多个第一数字下变频器，从多个采样后同步数据帧中提取多个同步帧。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：对同步帧进行匹配相关滤波，得到匹配相关数据；通过对多个匹配相关数据进行累加求和运算，得到相关运算结果；从相关运算结果中选取最大值，作为相关峰值。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种跳频同步系统，包括发送端和接收端，其特征在于：
所述发送端，用于为数据帧配置同步帧，得到同步数据帧；根据预设的跳频频点，发送多个所述同步数据帧；所述跳频频点包括同步帧跳频频点和数据帧跳频频点；所述数据帧跳频频点与所述同步帧跳频频点相关联；
所述接收端，用于接收所述多个同步数据帧，并从所述多个同步数据帧中提取多个所述同步帧；通过拼接所述多个同步帧，得到所述同步帧跳频频点，并根据所述同步帧跳频频点确定所述数据帧跳频频点；根据所述数据帧跳频频点，对所述数据帧进行跳频同步。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述接收端，还用于通过多个第一数字下变频器，从所述多个同步数据帧中提取多个所述同步帧；拼接所述多个同步帧，得到同步序列；将所述同步序列与本地同步序列进行相关运算，得到相关峰值；当所述相关峰值超过预设的相关门限时，判定所述同步帧实现跳频同步，并根据所述本地同步序列确定所述同步帧跳频频点。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述接收端，还用于根据预设的跳频频点集合大小和跳频周期，得到数据帧起始频点与所述同步帧跳频频点之间的映射关系；根据所述映射关系和所述同步帧跳频频点，得到所述数据帧起始频点；根据所述数据帧起始频点，确定所述数据帧跳频频点。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述接收端，还用于根据所述数据帧跳频频点设置第二数字下变频器；通过所述第二数字下变频器，对所述数据帧进行跳频同步。
5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述接收端，还用于对所述同步数据帧进行A/D采样，得到采样后同步数据帧；根据预设的同步帧跳频频点设置本振频率，得到所述第一数字下变频器；通过多个所述第一数字下变频器，从多个所述采样后同步数据帧中提取所述多个同步帧。
6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述接收端，还用于对所述同步帧进行匹配相关滤波，得到匹配相关数据；通过对多个所述匹配相关数据进行累加求和运算，得到相关运算结果；从所述相关运算结果中选取最大值，作为所述相关峰值。
7.一种跳频同步方法，其特征在于，包括：
为数据帧配置同步帧，得到同步数据帧；
根据预设的跳频频点，发送多个所述同步数据帧，以供接收端接收所述多个同步数据帧，并从所述多个同步数据帧中提取多个所述同步帧；通过拼接所述多个同步帧，得到所述同步帧跳频频点，并根据所述同步帧跳频频点确定所述数据帧跳频频点；根据所述数据帧跳频频点，对所述数据帧进行跳频同步；所述跳频频点包括同步帧跳频频点和数据帧跳频频点；所述数据帧跳频频点与所述同步帧跳频频点相关联。
8.一种跳频同步方法，其特征在于，包括：
接收发送端根据预设的跳频频点发送的多个同步数据帧，从所述多个同步数据帧中提取多个所述同步帧；所述同步数据帧包括同步帧和数据帧；所述跳频频点包括同步帧跳频频点和数据帧跳频频点；所述数据帧跳频频点与所述同步帧跳频频点相关联；
通过拼接所述多个同步帧，得到所述同步帧跳频频点；
根据所述同步帧跳频频点确定所述数据帧跳频频点；
根据所述数据帧跳频频点，对所述数据帧进行跳频同步。
9.一种跳频同步装置，其特征在于，包括：
配置模块，用于为数据帧配置同步帧，得到同步数据帧；
发送模块，用于根据预设的跳频频点，发送多个所述同步数据帧，以供接收端接收所述多个同步数据帧，并从所述多个同步数据帧中提取多个所述同步帧；通过拼接所述多个同步帧，得到所述同步帧跳频频点，并根据所述同步帧跳频频点确定所述数据帧跳频频点；根据所述数据帧跳频频点，对所述数据帧进行跳频同步；所述跳频频点包括同步帧跳频频点和数据帧跳频频点；所述数据帧跳频频点与所述同步帧跳频频点相关联。
10.一种跳频同步装置，其特征在于，包括：
同步帧提取模块，用于接收发送端根据预设的跳频频点发送的多个同步数据帧，从所述多个同步数据帧中提取多个所述同步帧；所述同步数据帧包括同步帧和数据帧；所述跳频频点包括同步帧跳频频点和数据帧跳频频点；所述数据帧跳频频点与所述同步帧跳频频点相关联；
同步帧同步模块，用于通过拼接所述多个同步帧，得到所述同步帧跳频频点；
数据帧频点计算模块，用于根据所述同步帧跳频频点确定所述数据帧跳频频点；
数据帧同步模块，用于根据所述数据帧跳频频点，对所述数据帧进行跳频同步。
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