CN116208194A - 一种抗强干扰的认知跳频同步方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗强干扰的认知跳频同步方法，应用于接收端，包括：根据当前的本地时间信息的高位时间信息生成N个不同的高位时间信息，采用RSA加密方式对高位时间信息加密生成N个跳频频点；从跳频频率集中确定每个跳频频点对应的第一频率；根据N个第一频率对应生成N个伪随机序列；以预设接收周期依次在N个第一频率下接收发送端发送的包含序列的跳频同步帧；当接收到序列时，对接收的每个序列与对应的伪随机序列进行相关，将得到的相关值叠加得到叠加结果；当叠加结果满足预设条件时，根据叠加结果确定目标频率和解密密钥，根据解密密钥采用RSA解密方法对目标频率对应的跳频频点解密，得到目标高位时间信息；基于目标高位时间信息进行同步。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体涉及一种抗强干扰的认知跳频同步方法。
背景技术
在跳频通信系统中，跳频同步技术和跳频序列的生成技术是跳频通信系统中的两个关键技术，这两个关键技术的性能直接决定整个跳频通信系统的通信性能。
跳频同步技术是保证系统的发射端和接收端两端码相位和载波的一致性，实质是搜索和消除收发双方时间和频率差的过程。跳频同步技术的常用方法主要是两大类：自同步法和外同步法，自同步法是通过在发送端的信息序列中插入同步信息进行同步，外同步法是同步信息不隐含于发送端的信息序列，常见的外同步法有参考时钟法、独立信道法、同步字头法。在实际工程应用中，单一的跳频同步方法很难满足复杂的实际工程需求，现今采用的都是多种跳频同步方法结合在一起的多元结合法，多元结合法能够结合不同方法的优势，克服单一方法的缺点，在工程上有较大的应用前景。现阶段使用较广的基于TOD(Timeof Day)的同步字头法，TOD是一种很精确的时钟信息，作为跳频同步中的时间参数，它包含了年、月、日、时、分、秒。这种方法是参考时钟法和同步字头法的结合，首先产生本地的TOD信息，然后将时间信息映射到跳频频率上，用对应的伪随机序列进行表示，这种映射关系是确定的。接收端利用本地序列和来自发送端序列的相关值进行跳频同步，当接收端完成跳频同步之后，接收端和发送端的TOD会调整为一致。
跳频序列是跳频频率随时间的变化规律，常用的跳频序列生成算法有基于有限域的跳频序列生成算法、基于混沌算法的跳频序列生成算法、基于密码学的跳频序列生成算法。基于有限域的跳频序列生成算法有基于RS(Reed-Solomon)码的跳频序列生成算法、基于m序列的跳频序列生成算法等。基于混沌算法的跳频序列生成算法有如基于Logistic映射的混沌跳频序列生成算法，如基于Logistic-kent映射的混沌跳频序列生成算法。现今工程上使用最多的是基于密码学的跳频序列生成算法，这种算法具有良好的序列性能之外，还具备很好的保密性能，如今使用较多的方法有基于迭代型分组密码的跳频序列生成算法。
现代社会的电磁环境非常复杂，使用固定模式的跳频通信系统很难满足需求，引入认知无线电的技术，生成认知跳频系统能够更好的适应当前复杂的电磁环境。认知跳频技术在传统跳频的基础上，对频带内的电磁态势进行快速感知，评估频谱利用情况，依据评估结果构建系统模型，选取最优参数，调整跳频通信机制，实现最佳通信效果的同时提升频谱利用率。现有的跳频同步系统构造方法中跳频序列生成算法都是基于m序列或者混沌序列等传统的跳频序列生成算法，依据时间信息TOD生成跳频基序列，然后将得到的跳频基序列与跳频频率之间建立固定的一对一的确定对应关系得到所需的跳频序列。现有跳频同步技术方法都是基于时间信息TOD去构造跳频同步帧，然后送入发送单元，经过接收单元处理之后送入跳频同步主体模块，采用快发慢扫进制接收来自发送端的信息帧和采用滑动相关法进行对跳频同步帧的信息序列进行同步处理，然后将处理之后的信息转入跳频同步捕获模块，设定一个固定的门限值，如果捕获中有大于门限值的信息序列相关值，则对接收端的时间信息TOD进行调整，如果没有捕获成功，则重新转入同步捕获阶段。
目前，已有跳频同步系统投入使用，现有的跳频同步系统中的抗干扰容限有限、灵活性低、交互性差，无法有效应对强干扰。强干扰对于系统的相关值影响太大，如果没有对跳频同步系统进行更加有效的处理措施，则会直接影响到系统的同步性能，从而限制了整个跳频通信系统的功能。现有跳频同步系统的跳频序列生成方法计算量太大，浪费资源的同时破解难度没有对应性的提高。此外，现有系统的时间信息TOD与频率之间的对应关系太过确定，一旦被敌方破译对应关系，整个系统的功能将会受到极大影响。也就是说，现有的跳频同步系统具有同步性能差、交互性低、灵活性差、保密性差等问题。
发明内容
为了解决相关技术中存在的上述问题，本发明提供了抗强干扰的认知跳频同步方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明提供一种抗强干扰的认知跳频同步方法，应用于接收端，包括：
根据当前的本地时间信息中的高位时间信息，生成N个不同的第一高位时间信息，并采用RSA加密方式分别对所述N个不同的第一高位时间信息进行加密，生成N个第一跳频频点；N为大于或等于4的整数；
获取包括多个频率的跳频频率集，并从中确定所述N个第一跳频频点一一对应的N个第一频率；所述跳频频率集中每个频率对应一个跳频频点；
根据所述N个第一频率生成一一对应的N个本地的伪随机序列；
以预设接收周期依次在所述N个第一频率下接收发送端发送的包含序列的跳频同步帧；所述预设接收周期为所述发送端的发送周期的N+1倍；
当接收到序列时，对接收的每个序列与对应的所述伪随机序列进行相关处理，并对得到的相关值进行叠加处理，得到叠加结果；
当所述叠加结果满足预设条件时，根据所述叠加结果确定目标频率和解密密钥，根据所述解密密钥采用RSA解密方法对所述目标频率对应的所述第一跳频频点解密，得到目标高位时间信息；
基于所述目标高位时间信息更新所述本地时间信息，完成同步捕获；
在同步捕获后，继续接收所述发送端发送的信息，并根据接收的信息完成同步。
在一些实施例中，所述方法还包括：
当在所述N个第一频率下均未接收到任何序列时，根据所述高位时间信息，重新生成N个不同的第一高位时间信息；
根据重新生成的N个不同的第一高位时间信息、所述N对公钥与密钥，重新生成N个第一跳频频点；
从所述跳频频率集中重新确定与重新生成的N个第一跳频频点一一对应的N个第一频率；
根据重新确定的N个第一频率重新生成一一对应的N个本地的伪随机序列；
以所述预设接收周期依次在重新确定的N个第一频率下继续接收所述跳频同步帧。
在一些实施例中，所述对接收的每个序列与对应的所述伪随机序列进行相关处理，并对得到的相关值进行叠加处理，得到叠加结果，包括：
对于接收的每个序列，确定用于接收所述序列的频率；
将与所述频率对应的所述伪随机序列，作为所述序列对应的所述伪随机序列；
将所述序列与对应的所述伪随机序列中的每个对应的bit位进行相关处理，得到所述序列的每一个bit位的相关值；
将连续接收到的d个序列的相关值按bit位的采样点进行叠加，得到由bit位的各个采样点的叠加值组成的所述叠加结果；d为大于1，且小于或等于N的整数。
在一些实施例中，每个叠加结果是对连续接收到的d个序列的相关值进行叠加得到的；d为大于1，小于或等于N的整数；所述方法还包括：
当得到一个叠加结果时，确定所述叠加结果是否大于或等于预设阈值；
若是，则确定当前得到的叠加值是否大于下一个得到的叠加值；
若是，则确定所述叠加结果满足所述预设条件。
在一些实施例中，所述N个本地的伪随机序列与所述N个不同的第一高位时间信息一一对应，并且，所述N个第一跳频频点是根据一一对应N对公钥与私钥中的公钥加密得到的；所述根据所述叠加结果确定目标频率和解密密钥，包括：
从所述叠加结果对应的d个所述伪随机序列中，选出对应的第一高位时间信息满足预设时间条件的一个伪随机序列；
将选出的所述伪随机序列对应的第一频率，作为所述目标频率；
将所述目标频率对应的第一跳频频点所对应的一对公钥与私钥中的私钥，作为所述解密密钥。
在一些实施例中，所述在同步捕获后，继续接收所述发送端发送的信息，并根据接收的信息完成同步，包括：
在同步捕获后，继续接收所述发送端发送的跳频同步帧；
在接收到的M个连续序列时，根据所述M个连续序列确定出M-2个所述叠加结果；M为大于或等于8的整数；
当至少有K个所述叠加结果均满足所述预设条件时，进入同步保持状态后，并接收所述发送端发送的中位时间信息和低位时间信息，根据接收到的中位时间信息和低位时间信息，对自身当前的本地时间信息中的中位时间信息和低位时间信息进行更新后，确定完成同步；K是对(M-2)/2进行上取整后得到的值；
否则，确定同步失败，重新开始进行同步捕获，直至完成同步。
在一些实施例中，在完成同步之后，所述方法还包括：
获取决策信息；所述决策信息包括：跳频间隔和跳频频隙数；
采用与所述预设发送周期相同的周期，根据所述决策信息与所述发送端进行数据通信；
在与所述发送端通信预设时间段后，重新进行同步，直至完成同步。
在一些实施例中，所述决策信息和所述跳频频率集从认知决策设备处获得，并且，所述决策信息和所述跳频频率集是同步之前，所述认知决策设备根据所述发送端与所述接收端使用的频谱资源确定的。
本发明还提供一种抗强干扰的认知跳频同步方法，应用于发送端，包括：
根据当前的本地时间信息中的高位时间信息，生成N个不同的第二高位时间信息；N为大于或等于4的整数；
采用RSA加密方式分别对所述N个不同的第二高位时间信息进行加密，生成与所述N个不同的第二高位时间信息一一对应的N个第二跳频频点；
获取包括多个频率的跳频频率集，并从中确定与所述N个第二跳频频点一一对应的N个第二频率；
根据所述N个第二频率生成一一对应的N个相关信息序列；
根据所述N个相关信息序列进行组帧，并根据预设发送周期依次在所述N个第二频率下发送跳频同步帧，并在发送跳频同步帧之后，将所述当前的本地时间信息中的中位时间信息和低位时间信息进行发送。
在一些实施例中，所述N个第二跳频频点一一对应N对公钥与私钥，所述N对公钥与私钥由一一对应的N组不同的加密参数生成；所述采用RSA加密方式分别对所述N个不同的第二高位时间信息进行加密，生成与所述N个不同的第二高位时间信息一一对应的N个第二跳频频点，包括：
对每个第二高位时间信息进行截位或者补位操作，得到处理后的第二高位时间信息；所述处理后的第二高位时间信息小于或等于对应的一组加密参数的乘积值；
采用与所述处理后的第二高位时间信息对应的一对公钥与私钥中的公钥，通过RSA加密方法对所述处理后的第二高位时间信息进行加密，生成所述第二跳频频点，得到所述N个第二跳频频点。
本发明具有如下有益技术效果：
1)本发明构建的认知跳频同步方法引入了对相关值的叠加处理，在面对强干扰的电磁环境时，即降低了强干扰对于相关值的影响，节省了资源，减少了运算量，降低了系统的实现难度。
2)本发明的认知跳频同步方法采用了基于RSA加密算法的跳频序列生成算法，采用公钥加密，私钥解密的方法，增加了跳频同步方法的可靠性、安全性。同时优化了跳频同步方法中的时间信息与频率信息的对应关系，增加了跳频同步方法的灵活性。
3)本发明引入了认知决策设备，通过监视复杂电磁干扰下的宽带频谱资源，做出最优化决策，灵活调整认知跳频同步系统的跳频频隙数、跳频间隔、跳频频率集等参数，提升跳频同步系统的抗干扰性能与可靠性。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1为本发明实施例提供的应用在发送端的抗强干扰的认知跳频同步方法的一个可选的流程图；
图2为本发明实施例提供的示例性的发送端的同步频率集与第二高位时间信息、相关信息序列之间的对应关系；
图3为本发明实施例提供的示例性的应用在接收端的抗强干扰的认知跳频同步方法的一个可选的流程图；
图4为本发明实施例提供的发送端的发送机制与收端的接收机制的对比图；
图5A为本发明实施例提供的示例性的接收端与发送端进行同步时可能存在的一种情况；
图5B为本发明实施例提供的示例性的接收端与发送端进行同步时可能存在的另一种情况；
图6为本发明实施例提供的示例性的相关性能图；
图7为本发明实施例提供的示例性的三种移位长度对应的接收端与发送端的三种通信情况；
图8为本发明实施例提供的示例性的接收端的一个硬件结构框图；
图9为本发明实施例提供的应用在接收端的抗强干扰的认知跳频同步方法的一个可选的流程图；
图10为本发明实施例提供的示例性的不同检测门限下的捕获概率曲线图；
图11为本发明实施例提供的示例性的不同检测门限下虚警概率曲线图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
尽管在此结合各实施例对本发明进行了描述，然而，在实施所要求保护的本发明过程中，本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
图1是本发明实施例提供的抗强干扰的认知跳频同步方法的一个可选的流程图，如图1所示，该方法应用于发送端，所述方法包括以下步骤：
S101、根据当前的本地时间信息中的高位时间信息，生成N个不同的第二高位时间信息；N为大于或等于4的整数。
这里，本地时间信息为48bit的TOD信息，其中，高位27bit为高位时间信息TODH、中间6bit为中位时间信息TODM，低15bit为低位时间信息TODL。其中满足TODL每t1秒进一，t1秒为一跳的时间，TODL每t2次TODM进一，t2为一次跳频通信过程的跳数，TODM每t3次TODH进一，t3根据所需总时长来确定。
具体的，N可以为4～6中的任意整数，例如，N可以为5。
示例性的，当发送端本地的高位时间信息为TODH时，N个不同的第二高位时间信息可以为：TODH+0、TODH+1、TODH+2、TODH+3、TODH+4。
S102、采用RSA加密方式分别对N个不同的第二高位时间信息进行加密，生成与N个不同的第二高位时间信息一一对应的N个第二跳频频点。
具体的，N个第二跳频频点一一对应N对公钥与私钥，N对公钥与私钥由一一对应的N组不同的加密参数生成；基于此，可以对每个第二高位时间信息进行截位或者补位操作，得到处理后的第二高位时间信息；处理后的第二高位时间信息小于或等于对应的一组加密参数的乘积值；采用与处理后的第二高位时间信息对应的一对公钥与私钥中的公钥，通过RSA加密方法对处理后的第二高位时间信息进行加密，生成对应的第二跳频频点，得到与N个不同的第二高位时间信息一一对应的N个第二跳频频点。
这里，每一组加密参数可以包括一个y和一个z，并且，y和z均为素数，不同组加密参数对应的y、z的值不同。
这里，基于RSA加密算法生成跳频序列(包括多个跳频频点)，改善了其他基于加密算法的跳频序列生成算法中公钥加密、公钥解密的确定性带来的易于截获等问题。采用公钥加密，私钥解密的方法，增加了频率信息和时间信息之间映射关系的复杂度，在加强了系统的保密性的同时，增加了系统的灵活性，优化了加密算法；并且，利用RSA算法易求取，难破解的特点，可以减小跳频序列生成模块的计算量。
S103、获取包括多个频率的跳频频率集，并从中确定与N个第二跳频频点一一对应的N个第二频率。
这里，跳频频率集可以在同步之前，从认知决策设备处获得，认知决策设备可以对发送端和接收端使用的宽带内的频谱进行监测，对于每个频点所受的干扰强度进行等级划分，得到所需的X个频率，将得到的的X个频率的集合记为集合A。在等级划分时，将不同的频点受到的干扰级别为强、较强、中等、较弱、弱；首先选等级为弱的频点，当集合A中的频点个数不满足要求时，再选择较弱的频点，依次选择直到集合A中的频点个数满足要求(例如，预设数值)。然后根据干扰级别的分组情况，选择合适的跳频间隔P、跳频频隙数Q。认知决策设备在得到集合A后，便将集合A作为跳频频率集合分别发送至发送端和接收端。
这里，每个跳频频点对应哪个频率是在发送端与接收端同步之前均共同预设好的，因而，发送端可以根据生成的跳频频点选择相应的第二频率。这里，N个第二频率组成了发送端的同步频率集。
S104、根据N个第二频率生成一一对应的N个相关信息序列。
示例性的，N个不同的第二高位时间信息与发送端的同步频率集、N个相关信息序列的一一对应关系如图2所示，其中，PN0～PN4表示5个相关信息序列，{f0,f1,f2,f3,f4}表示发送端的同步频率集(即N个第二频率)，其中，TODH+0对应的第二频率为f0，f0对应的相关信息序列为PN0。
S105、根据N个相关信息序列进行组帧，并根据预设发送周期依次在N个第二频率下发送跳频同步帧，并在发送跳频同步帧之后，将当前的本地时间信息中的中位时间信息和低位时间信息进行发送。
这里，在进行同步时，采用快发慢扫的策略，发送端的预设发送周期为t1、接收端的预设接收周期为可以为(N+1)t1。
发送端在生成跳频同步帧时，每一跳中有一个PN序列代表不同的信息，若干跳组成跳频同步帧，其中N1+d-1跳用于同步捕获和同步跟踪，N5跳用于决策信息接收，后面紧跟N6跳数据信息。
这里，跳频同步帧分为初始同步帧和勤务同步帧，初始同步帧用于最初建立跳频同步，在传输一定数量的数据之后需要重新调整时间信息TOD，此时发送勤务同步帧，以建立勤务同步。两者在同步捕获阶段所用的相关序列都是用相同的一组PN序列表示，为了方便起见，初始同步阶段的{f0,f1,f2,f3,f4}和{f0',f1',f2',f3',f4'}用PN0～PN4表示，勤务同步阶段则用PN5～PN9表示。
示例性的，以图2为例，发送端可以根据PN0～PN4进行组帧，例如，可以将6跳作为一帧，且一帧发6个频率，从而一轮可以发5*6+2跳，并重复发送两轮，在这两轮发送完之后，以组帧方式将当前的本地时间信息中的中位时间信息和低位时间信息进行发送。
图3是本发明实施例提供的抗强干扰的认知跳频同步方法的一个可选的流程图，如图3所示，该方法应用于接收端，所述方法包括以下步骤：
S201、根据当前的本地时间信息中的高位时间信息，生成N个不同的第一高位时间信息，并采用RSA加密方式分别对N个不同的第一高位时间信息进行加密，生成N个第一跳频频点；N为大于或等于4的整数。
示例性的，当接收端本地的高位时间信息为TODH时，生成的N个不同的第一高位时间信息可以为：TODH-2、TODH-1、TODH+0、TODH+1、TODH+2。
这里，N个第一跳频频点一一对应有N对公钥与私钥，N对公钥与私钥由一一对应的N组不同的加密参数生成，并且，发送端和接收端对应的这N组加密参数相同。生成N个第一跳频频点的方式与上述生成N个第二跳频频点的方式相同。
S202、获取包括多个频率的跳频频率集，并从中确定与N个第一跳频频点一一对应的N个第一频率；跳频频率集中的每个频率对应一个跳频频点。
这里，跳频频率集中的每个频率对应一个跳频频点，并且该对应关系是在同步之前，已经在发送端和接收端中预先共同配置的。
这里，接收端的N个第一频率构成了接收端的同步频率集。示例性的，接收端的同步频率集可以为{f0',f1',f2',f3',f4'}。
S203、根据N个第一频率生成一一对应的N个本地的伪随机序列。
这里，N个本地的伪随机序列即为接收端的N个信息相关序列。
S204、以预设接收周期依次在N个第一频率下接收发送端发送的包含序列的跳频同步帧；预设接收周期为发送端的发送周期的N+1倍。
例如，当N为5时，接收端的预设接收周期是发送端的预设发送周期的6倍，如图4所示，其中，发送端对应的一个框为发送端的一跳时间，接收端对应的一个框为接收端的一跳时间。
S205、当接收到序列时，对接收的每个序列与对应的伪随机序列进行相关处理，并对得到的相关值进行叠加处理，得到叠加结果。
具体的，对于接收的每个序列，确定用于接收该序列的频率，将与该频率对应的伪随机序列，作为该序列对应的伪随机序列；将该序列与对应的伪随机序列中的每个对应的bit位进行相关处理，得到序列的每一个bit位的相关值；将连续接收到的d个序列的相关值按bit位的采样点进行叠加，得到由bit位的各个采样点的叠加值组成的叠加结果；d为大于1，且小于或等于N的整数。
这里，每个伪随机序列、跳频频点、相关序列可以均为32bit的数据。
在一些实施例中，当接收端在N个第一频率下均未接收到任何序列时，根据本地的高位时间信息，重新生成N个不同的第一高位时间信息；根据重新生成的N个不同的第一高位时间信息、N对公钥与密钥，重新生成N个第一跳频频点；从跳频频率集中重新确定与重新生成的N个第一跳频频点一一对应的N个第一频率；根据重新确定的N个第一频率重新生成一一对应的N个本地的伪随机序列；以预设接收周期依次在重新确定的N个第一频率下继续接收跳频同步帧。
例如，当发送端发送了5*6+2跳后，若接收端在这5*6+2跳结束后，在当前的N个第一频率下没有接收到任何的序列时，接收端根据当前的本地时间TODH重新生成N个不同的第一高位时间信息，重新生成的N个不同的第一高位时间信息可以为：TODH+2、TODH+3、TODH+4、TODH+5、TODH+6。接收端在重新生成N个不同的第一高位时间信息后，依然采用上述的N对公钥与密钥中的公钥来对应重新生成N个第一跳频频点，以及重新选取对应的N个第一频率，并根据重新确定的N个第一频率重新生成一一对应的N个本地的伪随机序列，以根据发送端的下一个5*6+2跳的序列进行同步。
例如，当d为3时，如图4所示，在频率f0'、f1'、f2'下接收到的3个相关序列为连续接收到的d个序列。
这里，在跳频同步的过程中引入了相关处理与叠加处理，减小了干扰对于序列相关值的影响，可以在不增加位宽的情况下，提升系统在强干扰下的同步性能。此外，可以通过灵活调整叠加次数d，在不同的电磁干扰情况下，利用最小的资源达到最优的效果。
S206、当叠加结果满足预设条件时，根据叠加结果确定目标频率和解密密钥，根据解密密钥采用RSA解密方法对目标频率对应的第一跳频频点解密，得到目标高位时间信息。
这里，当得到一个叠加结果时，确定叠加结果是否大于或等于预设阈值；若是，则确定当前得到的叠加值是否大于下一个得到的叠加值；若是，则确定该叠加结果满足预设条件。
以下说明下添加“确定当前得到的叠加值是否大于下一个得到的叠加值”这一条件的原因，其中，图5A和图5B分别展示了接收端与发送端进行同步时可能存在的两种情况，图6为相关性能图，图7为三种移位长度对应的接收端与发送端的三种通信情况。图5A和图5B中的Q32是一个32bit的Q序列中的最后一位，并且，Q序列与由I0～I32组成的I序列为两个不同的序列。图6所示的相关性能图对应从移位长度为0到移位长度为64，移位长度为0的情况为图7中的T1部分，移位长度为64对应图7中的T3部分，移位长度为32对应图7中的T2部分的情况。通过添加这一条件，可以避免图5B所示的情况，因为从图6可以看出，如果检测门限的值设定太小，会在强干扰的情况下出现相关值大于检测门限的值的情况，这里采用“下一个”描述是因为序列发送的时候是连着发送的，假设一个码元序列只有一个样点，在序列I0-I32得到相关值之后(未考虑叠加)，下一个时刻就接收到了Q32，则就是序列Q32-I31与接收端的序列进行相关。每一次进行相关运算的是接收端的序列I0-I32与接收端所接收到的长度为32bit的序列，比如Q32-I31，或者Q31-I30。
这里，预设阈值即为检测门限，可以根据实际需要设定。
具体的，当该叠加结果满足预设条件时，可以从该叠加结果对应的d个伪随机序列中，选出对应的第一高位时间信息满足预设时间条件的一个伪随机序列；将选出的伪随机序列对应的第一频率，作为目标频率；将目标频率对应的第一跳频频点所对应的一对公钥与私钥中的私钥，作为解密密钥。
这里，预设时间条件可以是预先设置好的，并且可以根据实际需要设置，例如，预设时间条件可以为：d个第一高位时间信息中最小的第一高位时间信息，或者，d个第一高位时间信息中最大的第一高位时间信息，等等，。
例如，当预设时间条件为：d个第一高位时间信息中最小的第一高位时间信息，并且，连续接收到的d个序列一一对应的d个伪随机序列一一对应的d个第一高位时间信息为TODH-2、TODH-1、TODH+0时，可以将TODH-2作为满足预设时间条件的第一高位时间信息。
S207、基于目标高位时间信息更新本地时间信息，完成同步捕获。
这里，接收端可以采用目标高位时间信息替换自身的本地TOD中的TODH。
S208、在同步捕获后，继续接收发送端发送的信息，并根据接收的信息完成同步。
在一些实施例中，接收端在采用目标高位时间信息替换自身的本地TOD中的TODH后，发送端可以发送自身的TODM和TODL，接收端则可以接收发送端发送的TODM和TODL，并采用接收的TODM和TODL对应替换自身的本地TOD中的TODM和TODL，从而完成同步。
在一些实施例中，为了提高同步的准确性，可以在同步捕获后，继续接收发送端发送的跳频同步帧；在接收到的M个连续序列时，根据M个连续序列确定出M-2个叠加结果；M为大于或等于8的整数；当至少K个叠加结果均满足预设条件时，进入同步保持状态后，并接收发送端发送的中位时间信息和低位时间信息，根据接收到的中位时间信息和低位时间信息，对自身当前的本地时间信息中的中位时间信息和低位时间信息进行更新后，确定完成同步；否则，确定同步失败，重新开始进行同步捕获，直至完成同步；K是对(M-2)/2进行上取整后得到的值。
示例性的，M可以取8～10中的任意整数。
这里，将在接收到的M个连续序列时，根据M个连续序列确定出M-2个叠加结果，判断至少K个叠加结果是否均满足预设条件，可以称为执行了同步跟踪。
示例性的，当M为8时，可以根据接收到的8个连续序列确定出6个叠加结果，并当至少3个叠加结果均满足预设条件时，说明得到的目标高位时间信息是准确的，从而接收端可以进入同步保持状态。
在一些实施例中，在完成同步之后，接收端还可以从认知决策设备处获取决策信息；决策信息包括：跳频间隔和跳频频隙数，之后，采用与预设发送周期相同的周期，根据决策信息与发送端进行数据通信，并在与发送端通信预设时间段后，重新进行同步，直至完成同步。
这里，在与发送端通信预设时间段后，重新进行了同步捕获，可以称为执行了勤务同步捕获，在重新执行完同步捕获后，继续接收发送端发送的跳频同步帧，在接收到的M个连续序列时，根据M个连续序列确定出M-2个叠加结果，判断是否有至少K个叠加结果均满足预设条件，可以称为执行了勤务同步跟踪。
以下通过几个示例图进行本发明提供的方法的示例性说明。
图8为接收端的一个硬件结构框图。如图8所示，对于接收端来说，接收端可以包括序列相关单元，该序列相关单元的输入信息为基带采样数据、检测门限、本地TOD时间信息。接收端根据本地TOD时间信息生成本地的伪随机序列，将本地序列和基带采样得到的序列进行相关和叠加运算，然后将结果送入捕获单元和跟踪单元(图5中未示出)，当接收端与发送端之前未同步时，捕获单元和跟踪单元对应依次执行初始同步捕获和初始同步跟踪，当接收端与发送端之前已经建立过同步时，捕获单元和跟踪单元对应依次执行勤务同步捕获和勤务同步跟踪，在同步捕获和同步跟踪时依据检测门限判断是否满足同步要求，满足要求之后进入信息接收状态，信息接收单元进行外部信息接收(发送端发送的中位和低位时间信息，以及认知决策设备发送的决策信息)，接收信息之后对本地TOD和通信参数进行修改，其中同步捕获过程对TOD进行粗调整，同步跟踪过程对TOD进行精调整。具体的，如上述图4所示，整个接收端跳频同步阶段在接收跳频信号时采用快发慢扫机制，发送端以正常的跳速进行发送，接收端在没有进入同步保持状态前为了能够接收到信息，将每个频率都遍历一次。在遍历过程中，如果两个频率是对应关系，相关运算就会产生相关峰，然后每间隔一次遍历时间会产生另一个相关峰单元。确定好叠加系数i之后，每间隔i个遍历周期将相关值进行一次叠加，然后将得到的结果输出叠加单元。
示例性的，图9为接收端执行的抗强干扰的认知跳频同步方法的一个流程图，如图9所示，接收端通过基带数据采样接收序列，并在接收到序列后，与对应的本地的伪随机序列进行序列相关运算，并根据相关运算得到的相关值进行叠加运算，根据叠加结果确定是否接收端与发送端是否同步，若否，则说明发送端和接收端之间还未同步，此时进行初始同步捕获，当初始同步捕获成功后进行初始同步跟踪，当初始同步跟踪成功后，进入同步保持状态，之后进行发送端的信息接收(与发送端进行数据通信)，若通信时间超过预设时间后，接收端进行勤务同步捕获，并在勤务同步捕获成功后，进行勤务同步跟踪，之后，当勤务同步跟踪成功后，进入同步保持状态，进行发送端和认知决策设备的信息接收，如此循环直至结束。
具体而言，如图9所示，接收端首先进行基带数据采样，在此阶段，发送端按照正常跳速t1秒进行跳频，接收端按照6t1秒的跳速进行跳频，保证接收端能够准确接收到信息，然后将接收到的相关序列和本地序列进行相关运算，在进行相关运算时，每一个频率通道都会和接收序列进行相关运算，只有两种序列为同一种序列时此时才会出现一个明显的峰值，也叫相关峰，这时候就表示接收到信息了。但是要确保接收到准确的信息，而不是接收到强干扰。因而，需要将得到的相关数据(相关值)进行叠加，这里叠加次数选择为d次(例如，d为3)，将三个连续频率的对应点的相关值相加得到叠加结果，然后，根据叠加结果进行初始同步捕获。在初始同步捕获过程中，N1+d-1跳为一个周期，由于叠加处理，实际叠加结果为N1个，在N1个叠加结果均满足预设条件，则认为初步捕获成功，否则，认为初始捕获未成功，若初始捕获未成功则重新开始跳频同步流程。同步捕获完成之后，针对接收到信息的频率找到所对应的跳频序列，然后利用私钥KEY2进行解密，得到发送端的高位时间信息TODH，然后依据此调整接收端的高位时间信息TODH。同步捕获结束，为了检验捕获是否成功转入初始同步跟踪阶段，判断在接下来的N3+d-1跳所得到的N3个叠加结果里面是否有
个满足预设条件的叠加结果，如果有，则认为同步成功，进入同步保持状态，如果没有，则需要重新进行初始同步捕获流程。然后接收端进入决策信息接收和数据接收阶段，在通信过程中由于多普勒频偏的存在，发送端和接收端会产生时间差，但接收阶段持续时间t4之后，需要进行勤务同步过程，重新调整接收端的时间信息TOD。勤务同步过程和初始同步过程大致相同，区别在于勤务同步阶段所传输的时间信息TOD信息精度更高。首先，对叠加单元得到的数据进行勤务同步捕获，成功之后转入勤务同步跟踪阶段，成功之后转入同步保持阶段，继续接收信息。
本发明本解决了处于强干扰下的跳频同步系统同步性能差、交互性低、灵活性差、保密性差等问题。具体而言，通过在跳频同步方法中加入了对相关值的叠加处理，减小了强干扰对于序列相关值的影响，减小了系统的运算量，降低了系统的复杂度；通过基于RSA加密算法的跳频序列生成技术，改善了以往跳频同步系统中生成序列不够灵活、难以适应干扰现状的问题，改变了以往系统中频率信息和序列信息的固定的对应关系，使得对应关系更加复杂，系统的保密性更高；通过引入认知决策设备，能够根据不同的干扰电磁环境，灵活调整系统的跳频通信参数如跳频间隔、跳频频隙数、跳频频率集、跳频通信模式等，使得整个跳频系统能够在不同的电磁环境中达到最优性能。
以下通过仿真实验数据，对本发明实施例提供的方法的技术效果进行进一步说明。
捕获概率为系统的接收端接收到同步信息之后，两端(发送端和接收端)成功建立同步的概率，虚警概率为本来不存在同步信息，但由于干扰的影响，系统(发送端或接收端)认为接收到同步信息，错误进行同步建立的概率。假设基带采样信号在译码中的误比特率为Pb，使用的信息相关序列总长度为L,相关序列的检测门限为m，则相关序列的检测结果判断正确的概率Pd和判断错误检测概率Pf的计算公式为：
假设跳频同步帧共有N1跳，跳频同步频率有N2个，认知跳频同步系统捕获的时间至多为N1-N2跳，在这段时间里面，相关序列的成功检测概率Ph和错误检测概率Pe的计算公式为：
假设有N3跳用于跟踪确认，根据大数判决，N3跳中有N4跳
成功确认，则认为成功，否认认为失败，能够正确判定的概率Ps和错误判顶的概率Pu的计算公式为：/>
最后，根据概率的独立性得到捕获概率Pco和虚警概率Pfa的计算公式为：/>
本发明中将从这两个维度对系统的同步性能进行度量。在相关序列长度为32bit，不同检测门限m下，进行系统同步性能的测试，在测试过程中，根据公式计算得到在不同门限m，不同误码率Pb下捕获概率Pco和虚警概率Pfa，然后将其绘制成曲线图，其结果如图10和图11所示。
从仿真结果可以看出，在强干扰的情况下，即使误码率较高，系统依旧能保持很好的捕获概率和虚警概率，但是系统整体同步性能受检测门限的影响也比较大，从结果中可以看出一般门限设为mmax/2比较合适，具备非常良好的同步性能。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种抗强干扰的认知跳频同步方法，其特征在于，应用于接收端，包括：
根据当前的本地时间信息中的高位时间信息，生成N个不同的第一高位时间信息，并采用RSA加密方式分别对所述N个不同的第一高位时间信息进行加密，生成N个第一跳频频点；N为大于或等于4的整数；
获取包括多个频率的跳频频率集，并从中确定与所述N个第一跳频频点一一对应的N个第一频率；所述跳频频率集中每个频率对应一个跳频频点；
根据所述N个第一频率生成一一对应的N个本地的伪随机序列；
以预设接收周期依次在所述N个第一频率下接收发送端发送的包含序列的跳频同步帧；所述预设接收周期为所述发送端的发送周期的N+1倍；
当接收到序列时，对接收的每个序列与对应的所述伪随机序列进行相关处理，并对得到的相关值进行叠加处理，得到叠加结果；
当所述叠加结果满足预设条件时，根据所述叠加结果确定目标频率和解密密钥，根据所述解密密钥采用RSA解密方法对所述目标频率对应的所述第一跳频频点解密，得到目标高位时间信息；
基于所述目标高位时间信息更新所述本地时间信息，完成同步捕获；
在同步捕获后，继续接收所述发送端发送的信息，并根据接收的信息完成同步。
2.根据权利要求1所述的抗强干扰的认知跳频同步方法，其特征在于，所述方法还包括：
当在所述N个第一频率下均未接收到任何序列时，根据所述高位时间信息，重新生成N个不同的第一高位时间信息；
根据重新生成的N个不同的第一高位时间信息、所述N对公钥与密钥，重新生成N个第一跳频频点；
从所述跳频频率集中重新确定与重新生成的N个第一跳频频点一一对应的N个第一频率；
根据重新确定的N个第一频率重新生成一一对应的N个本地的伪随机序列；
以所述预设接收周期依次在重新确定的N个第一频率下继续接收所述跳频同步帧。
3.根据权利要求1所述的抗强干扰的认知跳频同步方法，其特征在于，所述对接收的每个序列与对应的所述伪随机序列进行相关处理，并对得到的相关值进行叠加处理，得到叠加结果，包括：
对于接收的每个序列，确定用于接收所述序列的频率；
将与所述频率对应的所述伪随机序列，作为所述序列对应的所述伪随机序列；
将所述序列与对应的所述伪随机序列中的每个对应的bit位进行相关处理，得到所述序列的每一个bit位的相关值；
将连续接收到的d个序列的相关值按bit位的采样点进行叠加，得到由bit位的各个采样点的叠加值组成的所述叠加结果；d为大于1，且小于或等于N的整数。
4.根据权利要求1所述的抗强干扰的认知跳频同步方法，其特征在于，每个叠加结果是对连续接收到的d个序列的相关值进行叠加得到的；d为大于1，小于或等于N的整数；所述方法还包括：
当得到一个叠加结果时，确定所述叠加结果是否大于或等于预设阈值；
若是，则确定当前得到的叠加值是否大于下一个得到的叠加值；
若是，则确定所述叠加结果满足所述预设条件。
5.根据权利要求3或4所述的抗强干扰的认知跳频同步方法，其特征在于，所述N个本地的伪随机序列与所述N个不同的第一高位时间信息一一对应，并且，所述N个第一跳频频点是根据一一对应N对公钥与私钥中的公钥加密得到的；所述根据所述叠加结果确定目标频率和解密密钥，包括：
从所述叠加结果对应的d个所述伪随机序列中，选出对应的所述第一高位时间信息满足预设时间条件的一个伪随机序列；
将选出的伪随机序列对应的第一频率，作为所述目标频率；
将所述目标频率对应的第一跳频频点所对应的一对公钥与私钥中的私钥，作为所述解密密钥。
6.根据权利要求1所述的抗强干扰的认知跳频同步方法，其特征在于，所述在同步捕获后，继续接收所述发送端发送的信息，并根据接收的信息完成同步，包括：
在同步捕获后，继续接收所述发送端发送的跳频同步帧；
在接收到的M个连续序列时，根据所述M个连续序列确定出M-2个所述叠加结果；M为大于或等于8的整数；
当至少K个所述叠加结果均满足所述预设条件时，进入同步保持状态后，并接收所述发送端发送的中位时间信息和低位时间信息，根据接收到的中位时间信息和低位时间信息，对自身当前的本地时间信息中的中位时间信息和低位时间信息进行更新后，确定完成同步；K是对(M-2)/2进行上取整后得到的值；
否则，确定同步失败，重新开始进行同步捕获，直至完成同步。
7.根据权利要求6所述的抗强干扰的认知跳频同步方法，其特征在于，在完成同步之后，所述方法还包括：
获取决策信息；所述决策信息包括：跳频间隔和跳频频隙数；
采用与所述预设发送周期相同的周期，根据所述决策信息与所述发送端进行数据通信；
在与所述发送端通信预设时间段后，重新进行同步，直至完成同步。
8.根据权利要求7所述的抗强干扰的认知跳频同步方法，其特征在于，所述决策信息和所述跳频频率集从认知决策设备处获得，并且，所述决策信息和所述跳频频率集是同步之前，所述认知决策设备根据所述发送端与所述接收端使用的频谱资源确定的。
9.一种抗强干扰的认知跳频同步方法，其特征在于，应用于发送端，包括：
根据当前的本地时间信息中的高位时间信息，生成N个不同的第二高位时间信息；N为大于或等于4的整数；
采用RSA加密方式分别对所述N个不同的第二高位时间信息进行加密，生成与所述N个不同的第二高位时间信息一一对应的N个第二跳频频点；
获取包括多个频率的跳频频率集，并从中确定与所述N个第二跳频频点一一对应的N个第二频率；
根据所述N个第二频率生成一一对应的N个相关信息序列；
根据所述N个相关信息序列进行组帧，并根据预设发送周期依次在所述N个第二频率下发送跳频同步帧，并在发送跳频同步帧之后，将所述当前的本地时间信息中的中位时间信息和低位时间信息进行发送。
10.根据权利要求9所述的抗强干扰的认知跳频同步方法，其特征在于，所述N个第二跳频频点一一对应N对公钥与私钥，所述N对公钥与私钥由一一对应的N组不同的加密参数生成；所述采用RSA加密方式分别对所述N个不同的第二高位时间信息进行加密，生成与所述N个不同的第二高位时间信息一一对应的N个第二跳频频点，包括：
对每个第二高位时间信息进行截位或者补位操作，得到处理后的第二高位时间信息；所述处理后的第二高位时间信息小于或等于对应的一组加密参数的乘积值；
采用与所述处理后的第二高位时间信息对应的一对公钥与私钥中的公钥，通过RSA加密方法对所述处理后的第二高位时间信息进行加密，生成所述第二跳频频点，得到所述N个第二跳频频点。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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