短波跳频通信平台同步方法概述

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　　短波跳频通信平台同步方法概述第一章绪论1.1.研究背景及意义在现代生活中，无线通信显得越来越重要，在某些特殊的环境中，有线通信难以得到实施，无线通信甚至成为了通信方式和指挥手段的唯一选择，比如岸舰通信、地震灾区通信、地空通信等。在军事通信领域，无线通信的重要性更是得到体现，采用反应能力迅速、抗干扰能力强、防侦听的无线通信系统，是在某些程度上决定战争胜利的重要保障；然而在现代的战争中，如果无线电通信系统中没有加入一定的抗干扰措施，就更容易被干扰和截获，失去了生存的能力，通信中的电子对抗己经逐渐成为现代战争中的主要作战手段之一，而实施通信干扰就是经常被使用的战术，通信干扰的主要目的是干扰敌方的正常通信，让敌方无法进行正常的沟通，让敌方的通信指挥系统处于瘫痪状态，从而来取得战争的胜利。在民用领域，工业上产生的电子噪声越来越多，无线局域网以及蜂窝移动通信等无线通信系统需要克服噪声的干扰来保证通信的畅通；政府和国家机关某些重要的部门也需要可靠的通信系统来保证国家的信息安全。所以无论是在军事领域还是民用领域，都要求无线通信系统有很高的安全性和可靠性。通信系统中的干扰分为人为干扰和非人为的干扰，其中我们最需要对付的就是来自人为的干扰，他是为了达到破坏敌方通信而实施的一种故意的干扰。通信友方的目标就是要降低或者消除这种人为的干扰，而非人为的干扰是一些诸如噪声、天电等这些客观存在的来自自然界的干扰，是非故意的，对于这些客观存在的干扰，我们可以通过优化通信系统中的设备来降低这种干扰对通信系统带来的影响。在通信的过程中，我们要保障和友方之间的通信，一方面要降低非人为的干扰带来的影响，同时要对抗那些来自人为的干扰。为了对抗人为的干扰，扩展频谱通信就能达到这样的目的，他能够有效的抵抗来自敌方对友方信息的截获，以及能够抵御衰落和多址组网带来的影响。鉴于这些特点，扩展频谱通信越来越受到人们的重视，在军事通信领域和民用通信领域都开始大放异彩。而本文研究的跳频通信就是扩展频谱通信中的一种。1.2.跳频通信技术的现状及其发展1.2.1.跳频通信技术研究现状 近些年来，国内外短波跳频通信系统的研究现状相对的较为乐观，在军事上应用的战术跳频通信系统也实现了自动化、数字化和智能化[2]。现代的短波跳频技术已经不再是先前的单一的定频通信或者单一频段通信，在战争中单一的定频通信或者是单一频段通信极其的容易受到干扰或者被截获，因而现有的通信系统通常是将一系列的通信技术的多种功能集合于一体[1][2]。在现代的短波跳频通信领域，以色列的TADIRAN公司、英国的RACAL公司、美国的HARRIS等公司的产品在世界上处于较为领先地位。总体上看，各国作战部队中使用的通信产品实现了跨国多区域作战以及超高水平的战术技能适应性，同时各国为了提高自身的通信技术水平，互相的交流，分析研究各国的优秀产品，吸取其他国家的先进技术，不断的改进本国的技术，以便达到相互促进的目的。20世纪七十年代，美国已经开始研究超短波跳频电台，投入生产并用于装备部队。随后英国也开始研究和应用跳频通信技术，在福兰克群岛的战争中英军就使用了分米波跳频电台，在当时是一项非常领先的技术，为战争的导向产生了很大的影响。在海湾战争中美国使用的超短波跳频电台以及联合战术信息分布式系统JTIDS，由于其在军事战争中展现出的极大的影响，得到了各个国家的青睐，满足了战争中电子对抗和反对抗的要求。90年代，Sanders公司将相关跳频技术应用到高速短波跳频通信系统中，该系统跳频的速率达到了5000h/s，跳频的带宽为2.56MHz，其中的4800跳用来传输数据信息，剩余的200跳用来探测信道。由于该系统高速的跳频速率，同时配有高速的处理系统，使得该系统有着很强的抗干扰和抗截获的能力。第二章跳频通信系统理论2.1.跳频通信原理 跳频通信是扩频通信技术的一种，在跳频通信中，载波的频率随着时间的改变按照跳频图案改变，从而达到抗截获和抗干扰的目的。从时域上看，伪随机码控制频率合成器合成不同的频率，而跳频信号受这些频率的控制；而从频域上看，跳频信号是一个瞬时的窄带信号，但整体上看又是一个频谱很宽的宽带信号[6][7]。本章我们将详细分析跳频通信的原理及其相关的技术。在跳频通信系统中，跳频序列发生器用来产生跳频所需的频率值序列；频率合成器用来将跳频图案中输出的频率值转换得到跳频信号所需的载波频率；跳频同步器用来保证接收端的本振频率和发送端的载波频率能够同步的跳变，这要求跳频系统的同步器有很高的灵敏度，跳频同步器性能的好坏直接影响到整个跳频通信系统同步的性能；跳频频率表是在跳频通信的可用频率表中随机均匀的选择部分频率而得到的，在跳频通信系统中用来控制频率合成器合成所需的跳频频率[7]。跳频通信系统的原理图如图2-1。2.2.跳频通信的特点跳频通信是扩频通信的一种。从跳频图案上看，频率依照跳频图案变化，并且在每一跳上的驻留时间短，在瞬时是一个窄带信号，但整个跳频的带宽又在一个很宽的范围内，这些和传统的通信方式相比有很大的不同[11]。下面是跳频通信的一些特点。跳频通信的载波频率按照跳频图案变化，并且在每一跳上驻留的时间很短，使得信息被截获的概率减小，并且随着跳频系统速率的提升，抗干扰的能力就随之增强，并且由于敌方不知道跳频图案的变化规律，因此很难预测出下一跳的载波频率，使得跳频系统有很低的截获概率。无线电通信系统用于电子战中时，要求其有较强的抗干扰能力，并且有很强的对抗频率扫描式干扰的能力，而跳频通信系统就是满足这些要求的一个无线电系统。在跳频通信系统中通过提高跳频通信系统的跳频速率，就能够有效的躲避跟踪式干扰；同样的通过增加跳频系统频率的数目，增加跳频系统的带宽，就可以有效对抗阻塞式干扰。第三章跳频通信同步方法的分析与研究....213.1.自同步法....213.2.同步字头法......343.2.1.基于TOD信息的同步字头法及其性能分析.....343.2.1.1.同步字头法原理........343.2.1.2.同步字头法性能分析......373.3.本章小结....40第四章跳频通信同步方法的仿真分析........414.1.跳频同步捕获的仿真........414.1.1.滑动相关法的仿真实现.........414.1.2.匹配滤波器法的仿真实现.....434.1.3.等待搜索式法的仿真实现.....464.1.4.基于TOD信息的同步字头法的仿真实现.........484.2.跳频同步跟踪的实现........50 4.3.本章小结....52第五章基于系统频率表的同步方法的分析与仿真......535.1.基于系统频率表的同步方法原理......535.2.基于系统频率表同步方法性能分析........545.3.基于系统频率表同步方法的实现......585.3.1.发送端仿真模块.........585.3.2.接收端仿真模块.........595.3.3.仿真结果分析.......605.4.本章小结....62第五章基于系统频率表的同步方法的分析与仿真5.1.基于系统频率表的同步方法原理基于系统频率表的同步方法是一种结合等待搜索式自同步法和同步字头法的优点提出的一种新的同步方法。这种方法是将同步频率在系统跳频频率表中的位置信息发送到接收端，接收端通过接收扫描该同步频率的位置信息，然后接收端从频率表的下一个跳频频率开始跳频，实现与发送端的同步。首先生成系统跳频频率表，为发送端和接收端共有，在系统的跳频频率表中均匀的选取几个频率作为系统的勤务频率，勤务频率为发送端和接收端所共知，用于发送端发送前导码和同步信息以及用于接收端的扫描捕获。在系统频率表中为各个频率按照顺序进行位数为m的二进制编号(即索引号)，索引号代表了各个频率在频率表中所处的位置，本文提到的同步信息指的就是将频率表中勤务频率的索引号转换成二进制随着勤务跳发送到接收端。在发送端，按照跳频频率表中的频率依次跳变，遇到勤务频率则在此跳上发送前导码和对应的二进制索引号，其他频率上发送数据信息。在接收端，在检测到前导码之前，用已知的几个勤务频率进行并行搜索，当在某个勤务频率上检测到前导码的时候，它后面的m位二进制码即为发送端此时发送的频率所处的位置，此时将前导码后面的m位二进制序列接收下来经比特转换得到发送端频率此时的索引号，同时接收端启用系统跳频频率表，从下一跳开始，接收端按照索引号的下一跳开始进行跟跳，如果在下一个勤务频率上再次检测到前导序列，标志捕获成功，否则捕获验证失败，收端继续回到慢扫描搜索状态重新进行捕获。结论 跳频通信是扩频通信的一种，在跳频通信中，载波的频率不是固定的，而是随着时间的步进按照跳频图案改变，载波频率按照预定的规律进行变化，从而达到抗截获和抗干扰的目的。因为其很强的抗截获和抗干扰能力，在军事领域的跳频电台得到了很大的应用，随着跳频技术的不断发展，在民用的移动通信领域，跳频技术也得到了越来越广泛的应用。要实现跳频通信系统的通信，需要实现接收端和发送端的同步，研究跳频通信的同步技术就是为了更好的保证友放的通信，抑制敌方的干扰，保障通信的正常进行。本文正是在研究跳频通信理论的基础上，结合项目跳频同步技术及其特征研究，重点研究了跳频通信中的同步技术。