用于快速跳频系统的跳频图案同步方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及扩展频谱通信领域。
【背景技术】
[0002]跳频通信因为具有强抗干扰性和保密性的优点最早应用于军用通信中。在20世纪50年代，各国就已经开始进行理论研宄了。跳速变快，数据传输速率变高是跳频通信系统的必然发展趋势，有了数字信号处理技术(DSP)和微电子的快速进步，以及不断提出的各种新的跳频方法，例如自适应跳频、混沌跳频等，跳频通信的发展势必会迎来一个高潮。
[0003]作为跳频的关键技术的跳频同步的发展也非常快。跳频同步十分复杂，不仅包括了传统通信系统的载波同步、帧同步、位同步还包括了跳频图案同步。同步的主要难点就是跳频图案的同步，只有在此基础上，进行解跳，把信息从载波上分离出来，得到基带信号，才能进行位同步和帧同步，保证数据正确的解调和译码。同时，设计者要考虑到跳频系统工作时遇到的各种困难，例如高跳速工作时，低信噪比条件，系统时钟误差很大时，同步在这些恶劣的情况下如何完成。只有跳频系统的同步技术更加可靠，快速时，跳频系统的整体性能才能上升。现在对于跳频系统的研宄主要集中在超高速跳频上，相应的对跳频同步提出了更高的要求，同步成功率越来越高，同步时间越来越短，为了满足这些要求，跳频同步也出现了新的方法和思路。
[0004]跳频图案同步常用的方法有四种，可以分为独立信道法，自同步法，同步字头法和参考时钟法。下面分别介绍:
[0005]I)独立信道法利用一个专门的信道来传送同步信息，以此同步信息实现同步的方法。
[0006]2)参考时钟法通过某种方法向网内所有电台分配一个公共时基(如卫星授时)，依次实现同步。
[0007]3)自同步法发送机发送的信息序列，跳频频率中隐含同步信息，之后在接收机中将同步信息提取出来，从而实现同步的方法。
[0008]4)同步字头法在发送数据信息之前，先发送一个同步字头，该同步字头中含有生成跳频图案所需的全部信息以及本地时钟信息，接收机按照同步字头提供的信息实现跳频同步。
[0009]综上所述，快速跳频系统的跳频图案同步方案应该具有如下特征:
[0010]I)同步的可靠性包括同步建立时间、同步保持时间等多项指标。同步时间即指从同步建立开始到同步建立完成所用的时间，是衡量同步性能好坏的重要指标。同步保持时间是指收发双方的同步以跳对跳方式保持的持续时间。同步保持时间与时钟稳定度有密切关系O
[0011]2)同步的抗侦查性为抗侦查，需进行同步频率的掩盖保护，同步频率应尽可能在整个跳频频率表上伪随机地变化。同时应该使同步信号在空中的时间缩短，在多个同步频率上传送同步信息，采用大量非同步频率的无用传输来混杂掩盖有用传输，也可以将同步信息加密。
[0012]3)同步的抗干扰性包括抗人为干扰和抗噪声干扰的性能。在恶劣干扰环境下，为了能保证通信正常，可以采取同步信息本身的差错控制技术，应用同步认定的算法控制策略和同步状态下地失步算法控制策略，都可以使同步概率尽可能高，假同步概率(即虚检概率)尽可能小。
[0013]4)同步的抗假冒性假冒同步信息干扰是指干扰方使用通信方的同步频率，向空间发射出速率、格式及信息结构等都合法的假冒同步信息，对通信方实施干扰。
[0014]现有的方案及优缺点:跳频同步的重要性不言而喻，所以也一直是跳频研宄的热点，上述四种基本同步方案的优缺点都很明显。独立信道法需要专门的信道来传送同步信息，有的通信系统难以提供专门的信道，因此独立信道法的应用受到限制，另外同步信息的传送方式不隐蔽，易于被敌方发现和干扰。优点是同步建立时间短，能不断地传送同步信息，保持系统的长时间同步。参考时钟法对时基的精度、稳定度的要求极高，而设计这样的时基难度极大，成本很高同时对时基的依赖性太大，不得到准确的时基就完全无法同步。自同步法具有节省信道、节省信号功率和同步信息隐蔽的优点。缺点是初始同步所需时间长，只适用于简单跳频序列的跳频系统。同步字头法具有快速同步的优点，但同步字头易遭到干扰，须加同步保护措施，浪费了频率资源和信号功率。
【发明内容】
[0015]本发明为了解决在高跳频速率的情况下，难以快速准确实现跳频图案的同步的问题，从而提供一种用于快速跳频系统的跳频图案同步方法。
[0016]用于快速跳频系统的跳频图案同步方法，它由以下步骤实现:
[0017]步骤一、接收机开机，慢扫描通信中使用的频点，判断是否接收到的第一个相关峰为正，如果判断结果为是，则执行步骤二一 ；如果判断结果为否，则执行步骤二二 ；
[0018]步骤二一、继续扫描数个周期，并记录每个频点所捕获成功的次数，结束扫描，执行步骤二 ；
[0019]步骤二二、记录捕获相关峰次数；并判断捕获次数超过预设门限，如果判断结果为是，则执行步骤三；如果判断结果为否，则执行步骤二二一 ；
[0020]步骤二二一、返回执行步骤二二 ；
[0021 ] 步骤三、驻留在捕获成功次数最多的频率上，接收前导序列，确定同步频率序号，计算时钟信息的差值，并改成正确的时钟信息；
[0022]步骤四、用步骤三获得的正确的时钟信息计算同步频率，直到接收端再一次捕获成功驻留频率后，执行步骤五；
[0023]步骤五、从下一个同步频率开始以正常的速率开始跟跳，接收完整的初始同步信息，计算跳频图案，直到空跳结束之后，开始正常的跳频通信，执行步骤六；
[0024]步骤六、接收机接收勤务跳，用勤务信息中的前导序列计算相关峰，用相关峰的位置调整跳频的起止时刻，保证跳频同步的跟踪。
[0025]步骤一中所述的慢扫描的频率为:正常跳频速率的N分之一，N为正整数。
[0026]步骤三中所述的计算同步频率的方法为:
[0027]步骤A、将k位的时钟信息与一个k行、η列的随机矩阵的每一列做与运算，得到一个新的k行、η列的矩阵，执行步骤B ;k和η均为正整数；
[0028]步骤B、统计每一列的I的个数，若个数为奇数，则记为I ;若个数为偶数，则记为0，得到一个η位的二进制数，转换为十进制，用该二进制数来挑选跳频频率表中的频率作为同步频率，执行步骤C ;
[0029]步骤C、用比原时钟慢一分钟的新时钟信息执行步骤A和B，直到产生N-1个同步频率，执行步骤D ；
[0030]步骤D、检验步骤C所述的N-1个同步是否满足宽间隔，要求每两个频率号之间的间隔大于m，m为实数；
[0031]如果不满足，则改变随机矩阵，返回执行步骤A，若满足，则作为产生的同步频率。
[0032]步骤五中的初始同步信息包括粗同步序列、帧同步序列、时钟信息和空跳；
[0033]其中:粗同步序列即:前导序列；粗同步序列为自相关性良好的m序列，而且不同的同步频率发送的粗同步序列不同，粗同步序列与同步频率--对应；
[0034]接收端通过接收到的粗同步序列判断同步频率序号，从而改正时钟信息。
[0035]步骤六中的勤务信息包括粗同步序列、帧同步序列、时钟信息和空跳；
[0036]勤务信息中的粗同步序列是与初始同步信息中的粗同步序列相反的m序列。
[0037]勤务跳均匀地在数据信息中出现。
[0038]本发明将自同步法、参考时钟法、同步字头法相结合，达到即保证了初始同步时间