CN116131880B - 一种单通道高速跳频数据链抗干扰方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电通信技术领域中一种单通道高速跳频数据链抗干扰方法。本发明针对的通信系统数据链采用时分多址接入体制。首先控制接收机接收频率，然后将该频率信号变频到基带。对基带信号进行数字AGC及幅度归一化。然后将归一化后的信号按照帧结构特点分别截取为对应长度的脉冲，其中不同的脉冲占用不同的频率，将每个脉冲的最大相关峰进行保存。最后在同步捕获后比较并分析每个脉冲的相关峰值大小，然后对频率受干扰的脉冲进行擦除。本发明在不增加传统跳频通信系统收发天线数目的基础上，利用对单路数据进行干扰检测与擦除，提高了系统抗干扰能力，解决了单通道硬件平台下对多路数据并行处理来实现频域抗干扰时多路资源消耗较多，步骤冗余的问题。

Description

一种单通道高速跳频数据链抗干扰方法

技术领域

本发明涉及电通信技术领域，特别是指一种单通道高速跳频数据链抗干扰方法。

背景技术

目前，随着无线通信技术的发展，无线通信设备的数目和种类越来越多，使用的频段也各不相同，这使得无线设备所处的电磁环境变得更加复杂。因此国内所应用的时分系统数据链中很多数据链采用了高速跳频的策略来实现抗干扰的目的。但是国内所应用的很多数据链多频率跳频是在增加传统跳频通信系统发射天线和接收天线数目基础上实现的，这无疑增加了设备的成本和程序的繁琐性。另外，国内有些技术已经实现了基于单通道，即单路收发的跳频策略，但是在数据处理时是基于同一数据多路并行处理来实现的，这样不仅增加了程序的冗余度，且消耗了过多的芯片资源。因此急需一种新型的抗干扰数据处理方法来解决这个问题。单通道高速跳频数据链抗干扰方法采用了单通道的硬件平台，同时在抗干扰的数据处理过程中是对单路数据进行处理，避免了增加传统跳频通信系统收发天线数目，并且减少了多路数据并行处理所带来的资源消耗和程序冗余度。该方法保证了数据链通信的安全性和可靠性，提高其在复杂电磁环境下的抗干扰能力，资源消耗量低。所以研究一种单通道高速跳频数据链抗干扰方法很有必要。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种单通道高速跳频数据链抗干扰方法，其能够满足数据链通信过程中高效抗干扰的需求。

基于上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种单通道高速跳频数据链抗干扰方法，包括以下步骤：

S1判断当前时隙是否在上一时帧已被同步，若当前时隙未被同步过，则控制接收机在跳频图案的第一个脉冲的频点等待固定时间，若固定时间内接收到第一个频点的脉冲数据并捕获成功后，则按照余下的脉冲频点顺序依次进行跳频控制，否则切到下一时隙第一个脉冲的频点进行等待；若当前时隙已被同步过，则按照上次的同步位置依次进行切频，接收不同频率的脉冲信号；

S2将接收到的信号变频到基带，计算基带信号每个采样点的能量，再进行平滑处理；若某采样点的能量超出设定阈值，则基带信号对应采样点进行归一化处理，若未超出阈值，则基带信号不变；

S3将步骤S2处理后的信号按照帧结构特点进行对应长度的截取，处理得到对应的脉冲；

S4通过数据处理截取每个脉冲同步头位置的波形，分别与本地预存波形做互相关运算；将各个脉冲的运算结果进行叠加得到相关峰，若相关峰值满足捕获条件，即完成同步捕获；

S5以脉冲为单元，将每个脉冲的最大相关峰峰值进行保存，在同步捕获后比较每个脉冲的相关峰值与固定门限的大小，当低于固定门限时，脉冲信号受到干扰；对于受到干扰的脉冲信号，在提取基带信号时将受干扰脉冲对应位置的数据赋固定值，从而完成受干扰脉冲的擦除。

进一步的，所述S2具体包括以下步骤：

S2.1将接收到的信号采样下变频到基带，将基带信号的虚部和实部分别进行平方后相加，得到基带信号每个采样点的能量；

S2.2对每个采样点的能量做滑动平均处理；

S2.3设定判断采样点能量的固定阈值，若平滑后的采样点能量超出固定阈值，则基带信号对应采样点归一到一定数值范围内，若未超出阈值，则基带信号不变。

进一步的，所述步骤S4具体包括以下步骤：

S4.1通过数据处理截取每个脉冲同步头位置的波形，将截取处理后的脉冲数据同步头位置的波形与本地预存的同步头波形做互相关运算；

S4.2将做互相关运算后的同步头数据做数据累加后进行取模，得到的数值结果作为单个脉冲的相关值；

S4.3次将每个脉冲的相关值作累加运算得到最终的相关峰，并记录相关峰的位置；

S4.4设定判断相关峰值大小的固定阈值，若对应位置的相关峰值大于设定阈值且该位置是相关峰图案一定区间内的最高点，则在对应位置捕获成功。

进一步的，所述步骤S5具体包括以下步骤：

S5.1分别保存每个脉冲数据同步头位置的波形与本地预存的同步头波形做互相关运算后的结果，作为每个脉冲的小相关峰；

S5.2设定判断小相关峰值大小的固定阈值，在完成同步捕获后分别比较各个脉冲的小相关峰值与固定阈值的大小，若脉冲的小相关峰值大于固定阈值，则脉冲未受到干扰，若脉冲的小相关峰值小于固定阈值，则脉冲受到干扰；

S5.3对于受到干扰的脉冲信号，在提取基带信号时将对应位置的脉冲数据赋固定值，从而完成受干扰脉冲的擦除。

进一步的，干扰检测和擦除采用单路数据处理的方式。

从上面的叙述可以看出，本发明技术方案的有益效果在于：

1、本发明采用了单通道的硬件平台，避免了增加传统跳频通信系统收发天线数目的问题。

2、本发明在抗干扰的数据处理过程中是对单路数据进行处理，减少了多路数据并行处理所带来的资源消耗和程序冗余度。

附图说明

图1是本发明数据处理示意图。

图2是本发明数据链时帧结构图。

图3是本发明数据链跳频控制模块控制切频流程图。

图4是本发明数字AGC处理的流程图。

图5是本发明同步捕获的示意图。

图6是本发明干扰检测与擦除的流程图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员对本专利技术方案的理解，同时，为了使本专利的技术目的、技术方案和有益效果更加清楚，并使权利要求书的保护范围得到充分支持，下面将结合具体案例，并给出参考附图的形式对本专利的技术方案做出进一步的、更详细的说明。

本发明的数据处理流程图如图1所示，所述的时分体制数据链时帧结构示例如图2所示。

本发明一种单通道高速跳频数据链抗干扰方法，主要包括以下步骤：

S1如图3所示，接收机接收到信号以后，跳频控制模块根据当前时隙是否在上一时帧已被同步来控制接收机的接收频率。若当前时隙未被同步过，则控制接收机在跳频图案的第一个脉冲的频点f₁等待1ms，若1ms内接收到第一个频点f₁的脉冲数据并捕获成功后，则按照余下的脉冲频点f₂到f₁₀的顺序依次进行跳频控制，并更新本时隙的同步位置sync_pos，否则切到下一时隙第一个脉冲的频点进行等待。若当前时隙已被同步过，则跳频控制模块按照上次的同步位置sync_pos依次由频点f₁到f₁₀进行切频即可接收不同频率的脉冲信号。

S2将接收到的信号变频到基带后进行数字AGC处理，处理流程图如图4所示，计算基带信号每个采样点的能量energy，再对其进行平滑处理得到smooth_energy；若某采样点平滑处理后的能量超出设定阈值energy_level，则基带信号对应采样点要进行归一化处理，若未超出阈值，则基带信号不变。

具体包括以下步骤：

S2.1将接收到的信号采样下变频到基带，将采样下变频后的基带信号a + b * j进行取模平方运算，得到基带信号每个采样点的能量energy = a² + b²；

S2.2对每个采样点的能量做滑动平均处理，得到采样点能量的平滑值smooth_energy；

S2.3设定判断采样点能量的阈值energy_level，若每个采样点信号的能量满足公式

smooth_energy >  energy_level

则基带信号对应采样点归一化到0 − 1范围内，若未超出阈值，则基带信号不变。

S3将数字AGC处理过后的信号按照帧结构特点进行对应长度的截取，如图2所示中的脉冲1到脉冲10按照时间关系依次取出对应脉冲数据。

S4通过数据处理截取每个脉冲同步头位置的波形数据SP₀ ^′，分别与本地预存同步头波形数据SP₀做互相关运算；将各个脉冲的运算结果进行叠加得到相关峰，若相关峰值满足捕获条件，即可完成同步捕获，同步捕获流程图如图5所示。

具体包括以下步骤：

S4.1通过数据处理截取每个脉冲同步头位置的波形，将截取处理后的第i个脉冲数据同步头位置的波形数据SP_{0_i} ^′与本地预存的同步头波形数据SP₀做共轭相乘运算的结果为：

pulse_corr_i=SP_{0_i} ^′ * SP₀

其中，pulse_corr_i为第i个脉冲同步头的互相关结果，i = 1、2…、10。

S4.2将互相关运算结果累加后取模，得到第i个脉冲的相关值的大小为：

pulse_corr_val_i= abs(sum(pulse_corri))

其中pulse_corr_val_i为第i个脉冲的小相关峰，i = 1、2…、10；

S4.3依次将每个脉冲的相关值作累加运算得到最终的相关峰：

corr_final_val = pulse_corr_val₁ + pulse_corr_val₂ + … + pulse_corr_val₁₀

其中corr_final_val为10个脉冲小相关峰累加后的最终相关峰，记录该相关峰的位置即本次的同步位置sync_pos。

S4.4设定判断相关峰值大小的阈值corr_final_level，若corr_final_val >corr_final_level，且该同步位置sync_pos是相关峰图案区间[sync_pos − pos_range,sync_pos + pos_range]的最高点，则认为在该位置捕获成功，其中pos_range的选取与脉冲长度和符号速率相关。

S5以脉冲为单元，将每个脉冲的最大相关峰峰值进行保存为pulse_corr_val，在同步捕获后比较每个脉冲的相关峰值与设定门限pulse_corr_level的大小，判断该脉冲是否受到信号干扰，当脉冲低于设定阈值时，则认为该脉冲信号受到干扰。对于受到干扰的信号，在提取基带信号时将对应位置的脉冲数据全部赋0，从而完成受干扰脉冲的擦除。

如图6所示，具体包括以下步骤：

S5.1分别保存每个脉冲同步头数据与本地同步头数据做互相关运算后得到的脉冲小相关峰的值pulse_corr_val_i，其中i = 1、2…、10；

S5.2设定判断小相关峰值大小的固定门限pulse_corr_level，在完成同步捕获后依次比较各个脉冲的小相关峰值与固定门限的大小，若满足公式：

pulse_corr_val_i> pulse_corr_level

其中i = 1、2…、10。

则认为第i个脉冲未受到干扰，不需要做擦除。

若满足公式：

pulse_corr_val_i ≤ pulse_corr_level

其中i = 1、2…、10。

则认为第i个脉冲受到干扰，需要进行擦除；

S5.3在提取基带信号时将受干扰脉冲对应位置的数据全部赋0，从而完成受干扰脉冲的擦除，达到数据链抗干扰的目的。

总之，本发明一种单通道高速跳频数据链抗干扰方法采用的的策略在不增加传统跳频通信系统收发天线数目的基础上，利用对单路数据进行干扰检测与擦除后，提高了系统抗干扰能力。解决了单通道硬件平台下对多路数据并行处理来实现频域抗干扰时多路资源消耗较多，步骤冗余的问题。这种抗干扰方法提高了单通道硬件平台下数据链通信的安全性和可靠性，提高其在复杂电磁环境下的抗干扰能力，资源消耗量低。所以，研究一种单通道高速跳频数据链抗干扰方法是很有必要的。

Claims (3)

1.一种单通道高速跳频数据链抗干扰方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1判断当前时隙是否在上一时帧已被同步，若当前时隙未被同步过，则控制接收机在跳频图案的第一个脉冲的频点等待固定时间，若固定时间内接收到第一个频点的脉冲数据并捕获成功后，则按照余下的脉冲频点顺序依次进行跳频控制，否则切到下一时隙第一个脉冲的频点进行等待；若当前时隙已被同步过，则按照上次的同步位置依次进行切频，接收不同频率的脉冲信号；

S2将接收到的信号变频到基带，计算基带信号每个采样点的能量，再进行平滑处理；若平滑处理后某采样点的能量超出设定阈值，则基带信号对应采样点进行归一化处理，若未超出阈值，则基带信号不变；

S3将步骤S2处理后的信号按照帧结构特点进行对应长度的截取，处理得到对应的脉冲；

S4通过数据处理截取每个脉冲同步头位置的波形，分别与本地预存波形做互相关运算；将各个脉冲的运算结果进行叠加得到相关峰，若相关峰值满足捕获条件，即完成同步捕获；

S5以脉冲为单元，将每个脉冲的最大相关峰峰值进行保存，在同步捕获后比较每个脉冲的相关峰值与固定门限的大小，当低于固定门限时，脉冲信号受到干扰；对于受到干扰的脉冲信号，在提取基带信号时将受干扰脉冲对应位置的数据赋固定值，从而完成受干扰脉冲的擦除；

其中，所述步骤S2具体包括以下步骤：

S2.1将接收到的信号采样下变频到基带，将基带信号的虚部和实部分别进行平方后相加，得到基带信号每个采样点的能量；

S2.2对每个采样点的能量做滑动平均处理；

S2.3设定判断采样点能量的固定阈值，若平滑后的采样点能量超出固定阈值，则基带信号对应采样点归一到一定数值范围内，若未超出阈值，则基带信号不变；

其中，所述步骤S4具体包括以下步骤：

S4.1通过数据处理截取每个脉冲同步头位置的波形，将截取处理后的脉冲数据同步头位置的波形与本地预存的同步头波形做互相关运算；

S4.2将做互相关运算后的同步头数据做数据累加后进行取模，得到的数值结果作为单个脉冲的相关值；

S4.3依次将每个脉冲的相关值作累加运算得到最终的相关峰，并记录相关峰的位置；

S4.4设定判断相关峰值大小的固定阈值，若对应位置的相关峰值大于设定阈值且该位置是相关峰图案区间

的最高点，则在对应位置捕获成功；其中，/>

为同步位置，/>

的选取与脉冲长度和符号速率相关。

2.根据权利要求1所述的一种单通道高速跳频数据链抗干扰方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括以下步骤：

S5.1分别保存每个脉冲数据同步头位置的波形与本地预存的同步头波形做互相关运算后的结果，作为每个脉冲的小相关峰；

S5.2设定判断小相关峰值大小的固定阈值，在完成同步捕获后分别比较各个脉冲的小相关峰值与固定阈值的大小，若脉冲的小相关峰值大于固定阈值，则脉冲未受到干扰，若脉冲的小相关峰值小于固定阈值，则脉冲受到干扰；

S5.3对于受到干扰的脉冲信号，在提取基带信号时将对应位置的脉冲数据赋固定值，从而完成受干扰脉冲的擦除。

3.根据权利要求1所述的一种单通道高速跳频数据链抗干扰方法，其特征在于，干扰检测和擦除采用单路数据处理的方式。

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