本发明涉及短波通信的研究领域，特别涉及一种短波快速选频建链方法。
背景技术
短波通信通过电离层反射来实现远距离通信。由于电离层高度和密度的时刻变化，使得短波通信稳定性较差，不能采用固定的通信频率来进行业务通信。通信的频率会随气候，经纬度，太阳黑子等影响电离层状态的因素随时变化。所以，短波通信过程通常分为选频建链和业务传输两个步骤：选频建链的主要目标是完成通信两点间收发传输频率的选择，以及将要进行的业务类型确认。业务传输则是在选定的传输频率上完成已确认的数据或话音业务。
我国目前军民用短波通信广泛采用全军短波第三代自动链路建立技术(依据标准gjb2077a-2007)。其常用点对点选频建链协议有链路建立(频率选择)，业务建立(业务确认)和扫描探测(频率优选)三个过程，通过pdu(protocoldataunit协议数据单元)来进行协议消息交互。
现有技术有如下缺点：
(一)对于链路建立过程：通过公式(1)可以看出扫描呼叫花费的时间与通信频率数密切相关。为了保证有好的通信效果，短波通信通常会在6mhz的短波可通频段内选择32个通信频率进行通信尝试。采用现有协议进行通信，扫描监听时间为1.5秒，扫描呼叫时间为1.2秒，由公式可以得出完成一轮扫描呼叫时间为：
(32+1)*1.5+2*1.5＝52.5秒。假设后续业务握手及建立过程能够一次成功，至少也需要52.5+6*1.4＝60.9秒才能完成一次建链过程。实际中，由于短波通信的不稳定性，花费的时间一般会更长。
(二)对于业务建立过程：如果通信双方预先不通过扫描探测过程对业务频率集q进行好坏排序。以目前协议依次尝试的频率策略，实际中，链路建立需要多次尝试才可能找到可通信频率，这样花费的建链时间过长，而且由于不是最佳频率，建链后还会出现业务通信效果不好的问题。
(三)对于扫描探测过程：为了保证通信的效果，用户往往要先选择扫描探测呼叫对业务频率集进行排序后，再重新发起业务建立过程。由于进行扫描探测过程的前提是要先完成链路建立过程，这样不仅需要用户手动干预，而且完成建链过程要经过链路建立，扫描探测，链路建立，业务建立四个过程，增加了额外的时间开销。
(四)对于通信频率集，呼叫和业务频率集采用人工预先设置，由于短波通信的不稳定性和人工经验的局限，很多情况下采用人工设置的频率通信效果并不理想。实际应用中，建链成功率只能达到65％水平，用户体验效果不好。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种短波快速选频建链方法，能有效缩短选频时间，并提高建链成功率。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：
一种短波快速选频建链方法，包括以下步骤：
协议运行过程包含探测公告和选频建链，即上电初始化时，通信频率集重新设置时刻，昼夜交替时和单次建链不成功时，自动触发探测公告，然后介入选频建链，通过呼叫请求和频率确认，完成建链过程，同时协议呼叫请求pdu将携带推荐频率集r信噪比排序信息，保证通信双方在最短时间内搜索到最优业务通信频率；记录建链成功频率对，在下次通信时，优先采用建链成功频率对。
进一步地，所述协议pdu接收解析，具体过程为：
s1、载体设备的宽带接收机单元根据短波通信频率变化规律，设置中心频率和工作带宽，通过单元内模数转换器对接收的射频模拟信号进行数字采样，得到数字采样信号；
s2、数字采样信号通过抽取16倍的低通滤波单元，得到数字采样信号降采样速率，完成数字采样信号的降采样抽取过程；
s3、采用多项滤波技术进行信道化，将数字采样信号以宽带接收单元中心频率为中心等间距间隔，等间距间隔分成m个通信频率，每个通信频率对应一路数字采样信号，数字采样信号的采用速率为n；
s4、以当前时间和中心频率为索引，读取内置短波通信经验数据库，获取当前经验通信频率集f，并从等间距数字采样信号中选取k路数字采样信号，分别输入给运算单元和数字采样信号解调设备；
s5、运算单元对输入的数字采样信号进行能量估计运算，选取本路数字采样信号中连续512个数字样点值，通过复数平方根求和计算，得到能量估计值，将能量值最小的数字采样信号对应的通信频率，优先推荐给对方作为呼叫频率，经过排序，选取k路数字采样信号中底噪较好的l路数字采样信号，形成经验通信频率集f的子集：推荐呼叫频率集g
进一步地，所述数字采样信号降采样速率为4.9152mhz；
进一步地，所述等间距间隔为19.2khz；
进一步地，所述m为256；
进一步地，所述数字采样信号的采用速率n为19.2khz；
进一步地，所述k为32；
进一步地，所述l为8；
进一步地，所述推荐呼叫频率集g，按照底噪从低到高排序，最低的在起始位置；
进一步地，所述探测公告，具体为：
y1、主呼台a和被呼台b不断进行底噪检测，并实时更新主呼台a和被呼台b对应的本地推荐呼叫频率集ga和gb；
y2、通过用户配置，每个子网将配置唯一的探测公告主呼台，在进入探测公告时，主呼台a将使用当前经验通信频率集f依次自动发送探测公告pdu，完成本地推荐呼叫频率集ga的传输；
y3、被呼台b在接收探测公告pdu时，对当前经验通信频率集f的每个通信频率进行信噪比评估，并按照信噪比评估结果，选取较好的8个通信频率保存，推荐给主呼台a的接收频率集ra；
y4、被呼台b等待主呼台探测公告时隙结束后，使用当前经验通信频率集f依次发送探测应答pdu，完成本地推荐呼叫频率集gb的传输；
y5、主呼台a在接收探测应答pdu时，对当前经验通信频率集f的每个通信频率进行信噪比评估，并按照信噪比评估结果，选取较好的8个通信频率保存，推荐给被呼台b的接收频率集rb；
y6、点对点探测模式，主呼台a和被呼台b通过32次探测公告pdu和探测应答pdu，主呼台a获得并存储被呼台b建链的本地推荐呼叫频率集gb及推荐给被呼台b的接收频率集rb，被呼台b获得并存储对主呼台a建链的本地推荐呼叫频率集ga及推荐给主呼台a的接收频率集ra；
进一步地，探测公告pdu包含本机号码、时间信息、推荐呼叫频率、推荐呼叫频率排序；
进一步地，探测应答pdu包含本机号码、时间信息、推荐呼叫频率、推荐呼叫频率排序；
进一步地，所述选频建链，具体为：
z1、主呼台a开始发起建链时，需要读取对被呼台b建链的本地推荐呼叫频率集gb及推荐给被呼台b的接收频率集rb，从建链的本地推荐呼叫频率集gb中选取第一个频率fgb1发起呼叫请求pdu，等待下一个pdu时隙能否接收到被呼台b的频率确认pdu；
z2、被呼台b收到主呼台a的呼叫请求pdu，依据解析的业务类型对主呼台a发射频率进行信噪比评估，判断接收主呼台a发射频率的信噪比是否满足业务要求，满足业务要求，则频率确认pdu推荐给主呼台a的下次呼叫频率仍为fgb1，并将频率确认标志加1；不满足业务要求，则推荐的下次呼叫频率为主呼台a的接收频率集ra的第一个频率fra1，将频率确认标志设置为0；在主呼台a等待确认时隙，即主呼台a在等待接收被呼台b频率确认的时间段，被呼台b将使用呼叫请求pdu中解析的呼叫频率frb1，发送被呼台b的频率确认pdu；
z3、主呼台a在等待确认时隙如果收到被呼台b频率确认pdu，会依据发起的业务类型对被呼台b的发射频率frb1进行信噪比评估，满足业务要求则推荐给被呼台b的下次呼叫频率仍为frb1,频率确认标志加2；不满足业务要求则推荐给被呼台的下次呼叫频率为被呼台b的接收频率集rb的第二个频率frb2，频率确认标识维持不变，通过解析被呼台b的频率确认pdu，主呼台a获得发送给被呼台频率确认将采用的呼叫频率，发送主呼台a的频率确认pdu；
z4、在等待确认时隙，当主呼台未收到被呼台频率确认pdu，则从建链的本地推荐呼叫频率集gb中选取第二个频率fgb2作为发射频率再次发起呼叫请求pdu，被呼台b的接收频率集rb的第二个频率frb2继续重复呼叫请求过程，当主呼台a对建链的本地推荐呼叫频率集gb完成遍历后仍未收到被呼台b的频率确认pdu，则认为本地呼叫和接收频率集不可用，自动进入探测公告过程更新主呼台a和被呼台b对应的本地推荐呼叫频率集ga和gb及对应的接收频率集ra和rb；
z5、当主呼台a经频率评估后的频率确认标志置为3时，则主呼台a和被呼台b已经找到一对能进行业务通信频率：主呼台a的业务发射频率为被呼台b推荐的发射频率fgbn或fran之一，业务接收频率为推荐给被呼台b的发射频率frbn，并会在下一个频率确认pdu时隙，使用被呼台b推荐的呼叫频率将更新后的频率确认标志传输给对方，之后将进入业务等待状态，主呼台a建链成功，n取值范围：1至8；
当被呼台b收到主呼台a的频率确认标志为3时，说明被呼台b的业务通信频率已经确认：业务发射频率为主呼台a推荐的发射频率frbn，业务接收频率本台为推荐给主呼台的发射频率fgbn或fran，随后进入业务等待状态，被呼台b建链成功；
当频率确认标志解析不为3时，主呼台a和被呼台b会根据主呼台a和被呼台b对应的本地推荐呼叫频率集ga和gb，依次更新推荐给对方的呼叫频率，持续频率确认过程，直到链路建立成功或本地推荐呼叫频率集遍历后进入探测公告过程；
z6、当成功进入业务等待状态后，记录成功建链的收发频率、时间和号码信息，以对方号码为索引形成数据库文件，在下一次选频建链时，从数据库中获得历史经验收发频率对：发射频率fg和接收频率fr，优先使用fg将fr推荐给对方，以提升建链速度和成功率；
进一步地，所述呼叫请求pdu包含本机号码、被呼号码、业务类型、推荐给被呼台b的呼叫频率；
进一步地，所述被呼台b的频率确认pdu包含本机号码、主呼号码、频率确认标志、推荐给主呼台a的下次呼叫频率；
进一步地，所述主呼台a的频率确认pdu包含本机号码、被呼号码、频率确认标志、推荐给被呼台的下次呼叫频率。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本发明采用多个频率并行处理能力，接收协议pdu过程由串行模式变为并行模式，选频时间大大减少；
2、本发明探测过程无需人工介入，根据短波通信频率特性自动介入选频过程，通过探测过程，获得最佳接收频率集和最佳发送频率集，并进行相互推荐，无需频率尝试过程，提升建链速度和建链成功率；
3、本发明能记录通信双方成功建链频率对，在下一次通信中，优先采用记录的成功建链频率对，提高通信成功率。
附图说明
图1为本发明所述一种短波快速选频建链方法的实现协议pdu接收解析流程图；
图2为本发明所述一种短波快速选频建链方法的点对点探测公告流程图；
图3为本发明所述这种短波快速选频建链方法的点对点选频建链流程图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例：
一种短波快速选频建链方法，包括以下步骤：
首先主呼台a在同一个频率上持续发送多个协议pdu，被呼台b在通信频率集里不同频率上轮流切换，实现协议pdu接收解析；
在协议运行过程中，协议运行过程包含探测公告和选频建链，即上电初始化时，通信频率集重新设置时刻，昼夜交替时和单次建链不成功时，自动触发探测公告，然后介入选频建链，通过呼叫请求和频率确认，完成建链过程，同时协议呼叫请求pdu将携带推荐频率集r信噪比排序信息，保证通信双方在最短时间内搜索到最优业务通信频率；记录建链成功频率对，在下次通信时，优先采用建链成功频率对。
协议pdu接收解析方面，现有协议是基于窄带接收设备(3khz带宽)前提设计。受设备制约，被呼台在任一监听时隙只能接收解调一个频率的协议pdu信息。为实现链路建立过程，主呼台需要在同一个频率上持续发送多个协议pdu，而被呼台则要在通信频率集里不同频率上轮流切换。本发明协议采用载体宽带接收设备(6mhz带宽)，使用多相滤波和多通道解调技术，被呼台b在任一时刻可以同时解调32个不同通信频率的协议pdu信息，被呼台b在监听过程中不需要进行频率的切换，而主呼台a在呼叫过程只需使用不同呼叫频率发送一个协议呼叫请求pdu，这样协议最快完成链路建立过程只需主呼台a呼叫请求和被呼台b呼叫应答两个协议pdu时间，共2x1.4＝2.8秒，为实现快速的链路建立过程，还需要利用本地噪声评估机制对主呼台呼叫频率集进行优选，宽带接收协议实现流程如图1所示，具体实现步骤如下：
1.载体设备的宽带接收机单元对短波频段内的射频模拟信号进行数字采样，并通过协议对宽带接收单元的中心频率进行设置，完成数字采样信号混频过程以实现1.6-30mhz的短波通信频段内任一6mhz带宽信号从射频到零频的频谱搬移；
2.通过三级低通滤波完成信号的抽取降采样过程，降采样后的数字采样信号速率为4.9152mhz；
3.采用多项滤波技术进行信道化，将6mhz带宽的数字采样信号以宽带接收单元中心频率为中心按19.2khz间隔，等间隔分成256个带宽为3khz通信频率。每个通信频率对应一路数字采样信号，数字采样信号的采样速率为19.2khz；
4.协议以当前时间和中心频率为索引读取内置短波通信经验数据库，获得当前经验通信频率集f{f1，f2，…,f32}，并从256路数字采样信号中选取对应的32路数字采样信号，分别输入给协议运算单元和数字采样信号解调设备。
5.协议运算单元对送入的信号进行能量估计运算。其中能量值小的数字采样信号对应的通信频率本地接收噪声低，可优先推荐给对方作为呼叫频率。最后经过排序选取32路中底噪最好的8路信号，形成经验通信频率集f的子集：推荐呼叫频率集g{fg1，fg2，…，fg8}，按照底噪从低到高排序，低的在起始位置；
6.数字采样信号解调设备采用双fpga+dsp架构，利用多通道解调技术可对输入的32路数字采样信号进行实时并行解调，以保证协议在任何时刻都能实时获得频率集任一通信频率的协议pdu解析信息。
这样，和现有协议相比，本方法的接收流程由串行模式变为并行模式，不仅极大缩短了链路建立时间，而且由于本地噪声评估机制加入，通信双方可以实时获得推荐呼叫频率集g，提升了建链效果。
协议运行过程方面，根据短波通信频率变化特性：日间和夜间变化缓慢，一对业务优选频率可持续使用几个小时，无需再次探测优选；昼夜交替时刻变化剧烈，受电离层变化影响，频率选择性衰落剧烈优选频率持续时间不长，需要探测选频过程。在协议框架中，探测选频过程会将在设备上电初始化时刻，通信频率集重新设置时刻，昼夜交替变化时刻以及单次建链不成功时刻自动介入建链过程，正常情况下只需呼叫请求，频率确认最快三个pdu时隙就可以完成一次建链过程，同时，协议呼叫请求pdu将携带推荐频率集r信噪比排序信息，保证通信双方在最短的时间内搜索到最优的业务通信频率。
协议框架分为探测公告和选频建链两个阶段，点对点探测公告阶段协议运作流程如图2所示，所述探测公告阶段，具体实施步骤如下：
1.开机以后，通信双方通过宽带接收协议不断进行底噪监测，并实时更新本地推荐呼叫频率集ga{fga1，fga2，…，fgal}和gb{fgb1，fgb2，…，fgbl}；
2.通过用户配置，每个子网将配备唯一的探测公告主呼台，在进入探测公告时刻，主呼台a将使用当前设置的通信频率集f依次自动发送探测公告pdu(包含本机号码，时间信息和推荐呼叫频率及排序)。由于pdu携带信息有限，每个pdu只能携带2个呼叫频率信息。通过4个pdu才能实现整个呼叫频率集ga的传输。后续再以4个pdu为一组对呼叫频率集ga进行重复发送，通过32个频率8次重复传输，基本能保证对方接收完整性。
3.被呼台b在接收探测公告的同时，可以对通信频率集f{f1，f2，…,f32}每个频率进行信噪比评估。按照信噪比好坏顺序，被呼台选取前8个频率保存为推荐给主呼台a接收频率集ra{fra1，fra2，…,fra8}；
4.被呼台b等待主呼台探测公告时隙结束后，使用通信频率集f依次发送探测应答pdu(包含本机号码，时间信息和推荐呼叫频率及排序)。同主呼台一样通过32个频率8次重复，完成推荐呼叫频率表gb的传输；
5.主呼台a在接收探测应答的同时，也对通信频率集f{f1，f2，…,f32}每个频率进行信噪比评估。按照信噪比好坏顺序，主呼台选取前8个频率保存为推荐给被呼台b接收频率集rb{frb1，frb2，…,frb8}；
6.点对点探测模式，双方通过来回32次公告和应答(共计32x2x1.4＝89.6g)，主呼台a可以获得并存储对被呼台b的建链呼叫频率集gb及推荐接收频率集rb，被呼台b可以获得并存储对主呼台a的建链呼叫频率集ga及推荐接收频率集ra，探测公告阶段完成。
在选频建链阶段，分为呼叫请求和频率确认两个步骤，具体实现过程如下：
1.主呼台a开始发起建链时，首先读取对被呼台b的建链呼叫频率集gb及推荐接收频率集rb。从建链频率集gb中选取第一个频率fgb1发起呼叫请求pdu：携带本机号码，被呼号码，业务类型及推荐给被呼台b的呼叫频率：接收频率集rb的第一个频率frb1，之后等待下一个pdu时隙看是否能够收到被呼台b的频率确认pdu。
2.被呼台b收到主呼台a的呼叫请求pdu，会依据解析的业务类型对主呼台a发射频率fgb1进行信噪比评估。判断本台接收该频率的信噪比是否满足业务要求：如果满足要求则频率确认pdu推荐给主呼台a再次呼叫频率的仍为fgb1，并将频率确认标志加1；否则推荐的下次呼叫频率为本地接收频率集ra的第一个频率fra1，将频率确认标志置0。在随后的主呼台等待确认时隙，被呼台b将使用呼叫请求pdu中解析的呼叫频率frb1，发送频率确认pdu：携带本机号码，主呼号码，频率确认标志及推荐给主呼台a的下次呼叫频率。
3.主呼台a在等待确认时隙如果收到被呼台b频率确认pdu，会依据发起的业务类型对被呼台b的发射频率frb1进行信噪比评估。如果满足业务要求，则推荐给被呼台b下次呼叫频率仍为frb1，频率确认标志加2；否则推荐的下次呼叫频率为本地接收频率集rb的第二个频率frb2，频率确认标志维持不变。通过解析被呼台b的频率确认pdu获得下一个时隙将采用的呼叫频率fgb1或fra1，发送主呼台a的频率确认pdu：携带本机号码，被呼号码，频率确认标志推荐给及被呼台下次呼叫频率。
4.在等待确认时隙，主呼台a未收到被呼台b频率确认pdu，则从建链频率集gb中选取第二个频率fgb2作为发射频率再次发起呼叫请求pdu：携带本机号码，被呼号码，业务类型及推荐给被呼台下次呼叫频率：接收频率集rb的第二个频率frb2，继续重复呼叫请求过程。当主呼台对建链频率集gb完成遍历后仍未收到被呼台b的频率确认pdu，则认为当前本地呼叫和接收频率集不可用，自动进入探测公告过程更新双方本地呼叫频率集g及接收频率集r。
5.当主呼台a将经频率评估后的频率确认标志置为3时，说明通信双方已经找到一对可以业务通信频率：主呼台a的业务发射频率为被呼台b推荐的发射频率fgbn,n{1,2，…,8}或fran，n{1,2,…,8}之一。业务接收频率为推荐给被呼台b的发射频率frbn，n{1,2,…,8}。并会在下一个频率确认pdu时隙，使用被呼台b推荐的呼叫频率将更新后的频率确认标志传输给对方，之后将进入业务等待状态，主呼台a建链成功。
6.当被呼台b收到主呼台a的频率确认标志为3时，说明被呼台b的业务通信频率已经确认：业务发射频率为主呼台a推荐的发射频率frbn，n{1,2,…,8}，业务接收频率本台为推荐给主呼台的发射频率fgbn,n{1,2,…,8}或fran，n{1,2,…,8}。随后进入业务等待状态，被呼台b建链成功。
7.当频率确认标志解析不为3时，主呼台a和被呼台b会根据本地呼叫频率集顺序，依次更新推荐给对方的呼叫频率，持续频率确认过程。直到链路建立成功或本地频率集遍历后进入探测公告过程。
8.当成功进入业务等待状态后，协议将记录成功建链的收发频率，时间和号码信息，以对方号码为索引形成数据库文件。在下一次选频建链时，协议会从数据库中获得历史经验收发频率对：发射频率fg和接收频率fr，优先使用fg将fr推荐给对方，以提升建链速度和成功率，点对点选频建链流程如图3所示。
通过实际应用统计，本方法在32个通信频率集下，平均建链成功率为95％，建链时间9秒。远远优于目前水平。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。