CN114978236A - 一种基于tod的跳频同步方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于TOD的跳频同步方法，包括以下步骤：产生具有优先级的TOD信息；使用宽间隔化方法对m序列生成跳频图案；进行跳频通信的同步设计；评估捕获效率。本发明的授时帧的总占比小，且满足通信速率高的要求，TOD信息采用长度为16的相关码进行扩频传输，减少信息在空间中传输的时间和bit数量，节约了资源；最大跳误差很小；当发送端有多个频点时，只对每个通道内的一个频点进行捕获，减少了资源消耗。

Description

一种基于TOD的跳频同步方法

技术领域

本发明属于电子通信领域，尤其是涉及一种基于TOD的跳频同步方法。

背景技术

在跳频通信系统中，频率合成器技术、跳频图案设计和跳频同步技术决定着整个跳频通信系统的性能，它们是跳频通信系统中的关键技术。实现跳频同步的方法有：独立信道法、参考时钟法、自同步法和同步字头法。为了更好的保障跳频同步的安全性，在军事通信等场合中是将同步字头法与系统高精度实时信息相结合，称为基于TOD(Time Of Day)的同步字头法。TOD信息是指跳频系统的时间参数，包括了年、月、日、时、分和秒，再将时间信息映射到跳频频率上，而这种映射关系是由通信双方事先约定，敌方并不知晓。当跳频系统的收发两端完成TOD时间信息同步后也就完成了跳频频率的同步。由此可见TOD法具有同步时间短且保密性较髙的优点。

现有技术存在时隙公共资源的占用多、系统的捕获成功率低、捕获速度慢和同步时间长的问题，这些问题成为了当下亟待解决的问题。

发明内容

本发明设计了一种基于时间信息TOD的同步字头法作为同步方法，该方法具有同步时间快、同步概率高、随机性好的特点。本发明提出的一种基于TOD的跳频同步方法，包括以下步骤：

一种基于TOD的跳频同步方法，其特征在于，包括以下步骤：

产生具有优先级的TOD信息；

产生跳频图案；

进行跳频通信的同步设计；

评估捕获效率。

进一步的，主站收到外部时间的注入后，所述TOD信息优先级设置为最高级，在一定周期内没有外部注入的时间信息，主站优先级定期减去1；从站接收到主站的TOD时间信息后，TOD优先级在主站广播的基础上减去1，在一定周期内没有收到主站的广播的时间信息，本地TOD信息优先级定期减去1。

进一步的，所述跳频图案基于m序列生成，并在每个秒脉冲的起点，频点与原始序列系统，每秒内再宽间隔化。

进一步的，所述进行跳频通信的同步设计的步骤包括：

未同步时，系统按照本地时间对应的同步频率，进行搜索；

如果搜索到初始同步帧与勤务同步帧，则利用提取的TOD信息与脉冲头的位置信息联合调整本地TOD与之同步，进入同步状态；

同步后，进入同步保持，根据收到的勤务同步信息更新本地TOD，监测是否同步上，并根据每一跳的帧头位置信息，调整本地的TOD信息。

进一步的，所述进行跳频通信的同步设计的步骤还包括：

对于初始同步帧，在N个频率上依次跳，对B码进行检测，同时对A码进行进一步的比对，判决同步的策略为：在后续的最多3×N-1跳中，如果N跳B码中至少有N/4的跳正确，则判决为同步。

进一步的，所述进行跳频通信的同步设计的步骤还包括：

对于勤务同步帧，在N个频率上依次跳，对B码进行检测，判决同步的策略为：在后续的最多2N+2跳中，检测到1跳B码，则判决为同步，进入同步保持状态。

进一步的，所述评估捕获效率的步骤包括：

假设初始同步信息帧中的相关序列有Nl跳，同步头频率有N2个，则在这Nl～N2跳中捕获到相关码的概率Ps为：

捕获到相关码以后，假设同步确认的跳数为N3，如果有超过N3/2的跳数捕获到相关码，则认为同步成功，同步确认成功的概率P_c为：

得到捕获概率为P_d＝P_s×P_c。

本发明有益效果是：

(1)授时帧的总占比小，且能满足通信速率高的要求。授时帧传输具体时间TOD信息，TOD信息要精确到每跳，同时授时帧(每一跳)的同步头辅助精确定位到1/8符号周期量级，在保证实现快速通信的同时，又能保证通信的精确度。

(2)TOD信息采用长度为16的相关码进行扩频传输再考虑编码以及填充冗余，减少信息在空间中传输的时间和bit数量，节约了资源。

(3)最大跳误差很小(不到0.1跳/s)，故接收端需要根据定期接收到授时帧(勤务帧)更新TOD信息，同时利用每一跳的脉冲头(跳头)辅助确定精确的TOD信息，提高了抗干扰性能。

(4)当发送端有多个频点时，本发明只需同时对每个通道内的一个频点进行捕获，减少了资源消耗。

附图说明

图1是本发明中跳频系统频率合成框图；

图2为本发明中接收单元前端模块划分；

图3为本发明中跳频通信同步设计流程图；

图4为本发明中跳频通信同步检测与保持流程图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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做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。

本发明的说明书和权利要求书的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)或“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”是用于区别类似的对象或便于本发明的结构描述，而不必用于描述特定的顺序或先后次序以及限制本发明的结构技术特征。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

如附图1所示，时间信息TOD和原始密钥数据PK作为伪随机码发生器的输入，经过非线性相关运算以后确定一个频率号，频率合成器根据这个频率号合成对应的频率。发送方利用同步头频率把自己的时间信息TOD发送给接收方，接收方通过接收对方的TOD信息来修改本地的TOD使之与发送方相等，从而实现跳频同步。

同步头频率和数传频率的计算方法不一样。同步头频率是由TODH、原始数据密钥PK经过相关运算得到的；而数传频率则是由TODH、TODL、原始数据密钥PK一起经过相关运算得到的。

如附图2所示，本发明应用于跳频通信系统，本发明中的跳频通信系统包括跳频图案产生、TOD信息产生、匹配滤波、同步扫描和判决4个模块。从站接收到的多路信号经过下变频与滤波后，会经过这4个模块。

实施例

本实施例公开一种基于TOD的跳频同步方法，包括如下步骤：

(1)TOD信息产生

TOD信息分为2大类：一、本地TOD信息，作为发射使用；二、通道接收的TOD信息，解调使用，根据每个接收到的信息实时调整。

TOD信息具有优先级：对于主站：主站的TOD信息最高优先级为“1111”(15)，最低为“0111”(7)，主站优先级最高，收到外部时间的注入后，参数设置为“1111”(15)；主站在一定周期内没有外部注入的时间信息，本地优先级也定期的减去1；

对于从站：从站在没有外部注入的情况下，TOD信息最高优先级为“1110”(14)，最低为“0000”(0)；从站接收到主站的时间信息后，优先级在主站广播的基础上减去1；从站在一定周期内没有收到主站的广播的时间信息，本地TOD优先级定期减去1；

从站的本地TOD信息只根据主站发送的TOD信息调整，主站的本地TOD信息只根据外部注入调整。

通道接收的TOD信息可根据跳头微调，只作为本地解调控制使用。

(2)跳频图案实现

采用基于m序列的方案。以秒为单位，对m序列的初值进行赋值，再在每个秒脉冲的起点，频点与原始序列系统，每秒内再宽间隔化。虽然每秒的起始位置可能会不满足宽间隔的要求，发送数据的时候，但根据情况错开几跳，即可满足要求。随机仿真表明，性能基本满足要求。

(3)同步设计

当发送端存在多个频点时，在捕获时为节省资源，本跳频通信系统首先对同步频率进行扫描，检测TOD信息。每通道同时只对一个频点进行检测。

系统工作分为三个状态：搜索状态、同步状态、同步保持状态。本系统中初始同步帧与勤务同步帧采用类似的格式。

如附图3所示，未同步时，跳频通信系统按照本地时间对应的同步频率，进行搜索。跳频通信系统包括主站和多个从站。在初始阶段，从站与主站之间为未同步状态，从站跳频通信系统按照本地时间对应的同步频率，进行搜索。当从站收到主站的初始同步信息，进行同步验证，验证失败，从站维持在未同步状态，当从站收到勤务同步信息，进行同步验证，验证失败，从站维持在未同步状态。如果初始同步验证和勤务同步验证通过，从站进入同步状态，此时从站进行跳头跟踪和勤务同步保持监测，如果成功则进入同步保持状态，如果失败则进入未同步状态。

如果从站跳频通信系统搜索到初始同步帧与勤务同步帧，则利用提取的TOD信息与脉冲头的位置信息联合调整本地TOD与之同步，进入同步状态。如图4所示，本发明的同步检测与同步保持流程如下：

本地在f₀、f₁……f_N-1，这N个同步频率上依次扫描，每次扫描持续周期为N个跳周期。检测到跳头后，依次对后续的多个数据进行非相干解扩、解调，以及BCH译码。如果检测到的数据判决为同步帧，且为A码，且TOD信息误差在一定范围内，则更新本地TOD信息A码，否则认为是虚警。调整完本地TOD信息后，立即计算出对应的N个同步频率。A码由GPS提供，为伪噪声码。

对于初始同步帧，则在N个频率上依次跳，对B码进行检测，同时对A码进行进一步的比对。判决同步的策略为：在后续的最多3×N-1跳中，如果N跳B码中有N/4跳及以上正确，则判决为同步。B码由GPS提供，为串行码，包含100个码元，时帧长度为1s。

对于勤务同步帧，在N个频率上依次跳(B码频率的跳变规律与初始同步帧有差异)，对B码进行检测。判决同步的策略为：在后续的最多2^N+2跳中，检测到1跳B码，则判决为同步，进入同步保持。

同步后，进入同步保持状态，一方面根据收到的勤务同步信息更新本地TOD，并监测是否同步上；另一方面根据每一跳的帧头位置信息，调整本地的TOD信息，实现在一跳内的精确跟踪。

(4)捕获概率

发送站在发送同步信息时，接收站能够捕获到同步信息并与发送站建立起同步的概率称为捕获概率。假设初始同步帧中的相关序列有Nl跳，同步头频率有N2个，即同步头频率循环一次需要N2跳。因为捕获到相关码以后，还需要进行同步确认，至少需要N2跳，则可用来捕获的相关序列只有N1、N2跳。每跳捕获到相关码的概率相等，则在这Nl～N2跳中捕获到相关码的概率Ps为：

捕获到相关码以后，需要进行同步确认，同步确认采用大数判决方式进行，假设同步确认的跳数为N3，如果有超过N3/2的跳数捕获到相关码，则认为同步成功，同步确认成功的概率Pc为：

由概率的独立性可知，得到捕获概率为P_d＝P_s×P_c。

综上，本发明的有益效果是：

(1)授时帧的总占比小，且能满足通信速率高的要求。授时帧传输具体时间TOD信息，TOD信息要精确到每跳，同时授时帧(每一跳)的同步头辅助精确定位到1/8符号周期量级，在保证实现快速通信的同时，又能保证通信的精确度。

(2)TOD信息采用长度为16的相关码进行扩频传输再考虑编码以及填充冗余。减少信息在空间中传输的时间和bit数量，节约了资源。

(3)最大跳误差很小(不到0.1跳/s)。故接收端需要根据定期接收到授时帧(勤务帧)更新TOD信息，同时利用每一跳的脉冲头(跳头)辅助确定精确的TOD信息，提高了抗干扰性能。

(4)当发送端有多个频点时，若每个频点都进行匹配相关捕获，则消耗资源太多，本发明提出新的解决方法。

相关码、授时帧、TOD(Time of Day)等为本领域的现有技术，本发明不再赘述。

以上仅是本发明的优选实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以优选实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种基于TOD的跳频同步方法，其特征在于，包括以下步骤：

产生具有优先级的TOD信息；

使用宽间隔化方法对m序列生成跳频图案；

进行跳频通信的同步设计；

评估捕获效率。

2.根据权利要求1所述的基于TOD的跳频同步方法，其特征在于，主站收到外部时间的注入后，所述TOD信息优先级设置为最高级，在一定周期内没有外部注入的时间信息，主站优先级定期减去1；从站接收到主站的TOD时间信息后，TOD优先级在主站广播的基础上减去1，在一定周期内没有收到主站的广播的时间信息，本地TOD信息优先级定期减去1。

3.根据权利要求1所述的基于TOD的跳频同步方法，其特征在于，所述跳频图案基于m序列生成，并在每个秒脉冲的起点，频点与原始序列系统，每秒内再宽间隔化。

4.根据权利要求1所述的基于TOD的跳频同步方法，其特征在于，所述进行跳频通信的同步设计的步骤包括：

未同步时，系统按照本地时间对应的同步频率，进行搜索；

如果搜索到初始同步帧与勤务同步帧，则利用提取的TOD信息与脉冲头的位置信息联合调整本地TOD与之同步，进入同步状态；

同步后，进入同步保持，根据收到的勤务同步信息更新本地TOD，监测是否同步上，并根据每一跳的帧头位置信息，调整本地的TOD信息。

5.根据权利要求4所述的基于TOD的跳频同步方法，其特征在于，所述进行跳频通信的同步设计的步骤还包括：

对于初始同步帧，在N个频率上依次跳，对B码进行检测，同时对A码进行进一步的比对，判决同步的策略为：在后续的最多3×N-1跳中，如果N跳B码中至少有N/4的跳正确，则判决为同步。

6.根据权利要求4或5任意一项所述的基于TOD的跳频同步方法，其特征在于，所述进行跳频通信的同步设计的步骤还包括：

对于勤务同步帧，在N个频率上依次跳，对B码进行检测，判决同步的策略为：在后续的最多2N+2跳中，检测到1跳B码，则判决为同步，进入同步保持状态。

7.根据权利要求1所述的基于TOD的跳频同步方法，其特征在于，所述评估捕获效率的步骤包括：

假设初始同步信息帧中的相关序列有Nl跳，同步头频率有N2个，则在这Nl～N2跳中捕获到相关码的概率Ps为：

捕获到相关码以后，假设同步确认的跳数为N3，如果有超过N3/2的跳数捕获到相关码，则认为同步成功，同步确认成功的概率P_c为：

得到捕获概率为P_d＝P_s×P_c。

Images