專利名稱：一種高速跳頻無人機數(shù)據(jù)鏈同步方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高速跳頻無人機數(shù)據(jù)鏈同步方法，屬于無人機通信工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
無人駕駛飛行器(UAV)，簡稱無人機是一種以無線電遙控或自身程序控制為主的無人駕駛飛行器，誕生于20世紀初期，但其真正興起是在第二次世界大戰(zhàn)之后。經(jīng)過近百年的發(fā)展，無人機在軍事、國民經(jīng)濟與科學(xué)研究等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。當代無人機肩負著地面監(jiān)測、目標跟蹤、軍事打擊等任務(wù)，因其自身具備體積小、靈活性強等優(yōu)點，在軍事、民用領(lǐng)域扮演著極為重要的角色。無人機數(shù)據(jù)鏈的性能直接決定了無人機執(zhí)行任務(wù)的安全性和飛行效能，是無人機的大腦和眼睛。 無人機數(shù)據(jù)鏈最主要的性能要求就是保密性能好和抗干擾能力強，現(xiàn)階段有些無人機上行鏈路采用跳頻技術(shù)來實現(xiàn)抗干擾、抗截獲的要求，跳頻通信是現(xiàn)代通信領(lǐng)域中一種有效的抗干擾通信手段，但是隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，各國電子對抗能力的提高，現(xiàn)階段跳頻無人機數(shù)據(jù)鏈已經(jīng)暴露出很多問題 目前無人機數(shù)據(jù)鏈大都使用跳頻速率幾百跳/秒的中低速跳頻通信，對于這種中低速跳頻通信數(shù)據(jù)鏈，敵方可以采用跟蹤式干擾或轉(zhuǎn)發(fā)式干擾進行破壞，一種有效的對抗這種干擾措施的方法就是提高跳頻速率，從而獲得更好的抗干擾能力。但是高速跳頻通信雖然有著良好的抗跟蹤、抗干擾能力，但其實現(xiàn)過程也存在著一系列的技術(shù)難題，如快速同步、組網(wǎng)問題等。跳頻速率越快、帶寬越寬，同步技術(shù)難度越大，因此，系統(tǒng)在反竊取和抗干擾性能上的提高主要靠跳頻同步系統(tǒng)性能指標的提高，同步系統(tǒng)是此類跳頻通信的核心，對跳頻同步技術(shù)的研究十分重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)階段無人機上行鏈路存在的問題，提出一種高速跳頻無人機數(shù)據(jù)鏈的同步方法。
—種高速跳頻無人機數(shù)據(jù)鏈的同步方法，其特征在于，包括以下幾個步驟
步驟一 設(shè)定發(fā)射機組幀結(jié)構(gòu)； 發(fā)射機組幀的每一幀包括初始同步頭和有效信息，其中初始同步頭包括M個初始同步信息分幀，有效信息包括N個有效信息分幀，則每一幀包括M+N個分幀；
初始同步信息分幀包含特征碼、網(wǎng)號、地址碼、低位T0D信息和初始跳頻控制序列；有效信息分幀包含特征碼和信息碼； 特征碼用于接收機的檢測；網(wǎng)號用來組網(wǎng)，進入指定網(wǎng)絡(luò)；地址碼是標識指定的終端；低位T0D信息用來糾正本地時間信息使得跳頻起始時間與發(fā)射機一致；初始跳頻控制序列初始化跳頻控制器，控制頻率生成器產(chǎn)生的頻率；信息碼為要傳輸?shù)挠杏眯畔⒌木幋a； 步驟二 接收機掃描發(fā)射機初始同步頻率并捕獲初始同步信息分幀；
發(fā)射機從發(fā)射機全部n個跳變頻率中任意選取m個頻率點組成初始同步頻率(f^
fS2 U ，并進行M次重復(fù)跳變，其跳變順序為 fsl、 fs," fSni ;fsl、 fs," fSnl ;".共M次，其中M > m+1 ; 接收機在發(fā)射機發(fā)送的m個初始同步頻率上進行掃描，掃描速率為發(fā)射機跳頻速率 的1/(m+l)，則接收機接收初始同步信息分幀M/(m+l)次，捕獲M/(m+l)次初始同步信息分幀；
步驟三調(diào)整本地TOD和初始跳頻控制序列； 接收機完成掃描并捕獲到初始同步信息分幀后，接收機接收到了初始同步信息分
幀中包含的低位TOD信息和初始跳頻控制序列； 低位TOD信息調(diào)整接收機時鐘使其與發(fā)射機TOD同步； 初始跳頻控制序列作為接收機跳頻控制器的初始值； 步驟四發(fā)射機和接收機正常通信； 當M個初始同步信息分幀發(fā)射完后，發(fā)射機用初始跳頻控制序列對發(fā)射機跳頻控 制器進行初始化，控制發(fā)射機頻率合成器進行高速跳頻，發(fā)送N個有效信息分幀；
接收機也同時用相同的初始跳頻控制序列對跳頻控制器進行初始化，控制接收機 頻率合成器進行同步跳頻，最后接收到發(fā)射機發(fā)送的N個有效信息分幀，實現(xiàn)發(fā)射機與接 收機正常通信； 接收機對特征碼不停地進行相關(guān)運算，得到相關(guān)值，采用超前滯后法將相關(guān)值與 期望峰值進行比較，得到相關(guān)值與期望峰值的差，設(shè)定差值對應(yīng)的調(diào)整跳頻切換位置的范 圍，根據(jù)差值調(diào)整后續(xù)跳的跳頻切換位置，使接收機與發(fā)射機跳頻切換時間重新對齊。
本發(fā)明的優(yōu)點在于 (1)本發(fā)明的同步采用同步字頭法，相對于其它同步方案可以在最短的時間內(nèi)實 現(xiàn)跳頻同步； (2)本發(fā)明的初始同步頭采用直接序列擴頻進行處理，使之避免了一般同步字頭 法同步信息隱蔽性差的問題，從而進一步提高系統(tǒng)抗干擾性能； (3)本發(fā)明的初始同步信息分幀采用特征碼作分幀頭，可以利用特征碼自相關(guān)性 好的特點，方便接收機的檢測，提高接收機抗干擾能力； (4)本發(fā)明的有效信息分幀采用特征碼作分幀頭，利用特征碼的相關(guān)特性可以實 現(xiàn)正常通信過程中的同步微調(diào)，起到勤務(wù)同步的作用； (5)本發(fā)明的發(fā)射機組幀結(jié)構(gòu)的每一幀都包含有初始同步頭，這樣方便了遲入網(wǎng) 用戶的同步，方便用戶網(wǎng)絡(luò)接入。


圖l是本發(fā)明的流程圖；
圖2是本發(fā)明發(fā)射機組幀結(jié)構(gòu)圖；
圖3是本發(fā)明初始同步信息分幀結(jié)構(gòu)圖；
圖4是本發(fā)明有效信息分幀結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
5
本發(fā)明的一種高速跳頻無人機數(shù)據(jù)鏈的同步方法，流程如圖1所示，包括以下幾個步驟 步驟一 設(shè)定發(fā)射機組幀結(jié)構(gòu)； 發(fā)射機組幀如圖2所示，每一幀包括初始同步頭和有效信息，其中初始同步頭包括M個初始同步信息分幀，有效信息包括N個有效信息分幀，則每一幀包括M+N個分幀。
初始同步信息分幀如圖3所示，包含特征碼、網(wǎng)號、地址碼、低位T0D(Time of Day)信息和初始跳頻控制序列，初始同步信息分幀都是經(jīng)過直接序列擴頻編碼的，這樣使得重要的同步信息不容易被敵方截獲和干擾； 有效信息分幀如圖4所示，包含特征碼和信息碼；有效信息分幀采用特征碼作為分幀幀頭。 其中特征碼可以選擇自相關(guān)性突出的偽隨機碼，便于接收機的檢測；網(wǎng)號用來組網(wǎng)，進入指定網(wǎng)絡(luò)；地址碼是標識指定的終端；低位TOD信息用來糾正本地時間信息使得跳頻起始時間與發(fā)射機一致；初始跳頻控制序列用來初始化跳頻控制器然后生成偽隨機序列，保證跳頻的隨機性增強系統(tǒng)抗干擾能力，該序列控制頻率生成器產(chǎn)生的頻率；信息碼為要傳輸?shù)挠杏眯畔⒌木幋a。
步驟二 接收機掃描發(fā)射機初始同步頻率并捕獲初始同步信息分幀； 首先發(fā)射機從發(fā)射機全部n個跳變頻率中任意選取m個頻率點組成初始同步頻率
{fsl、 fS2 U ，并進行M次重復(fù)跳變，其跳變順序為 fsl、 fs," fSni ;fsl、 fs," fSni ;…共M次，其中M > m+1 。 接收機在發(fā)射機發(fā)送的m個初始同步頻率上進行掃描，掃描速率為發(fā)射機跳頻速率的1/(m+l)，則接收機接收初始同步信息分幀M/(m+l)次，捕獲了M/(m+l)次初始同步信息分幀。接收機接收到初始同步信息分幀的次數(shù)越多對本地時鐘調(diào)整的越準確，但是接收次數(shù)的增加擠占了有效信號的功率，接收初始同步信息分幀的次數(shù)根據(jù)需要設(shè)置，通常m取值為3 5。 為了提高同步抗干擾性能，初始同步頻率{fsl、 fS2 fSm}不是一成不變的，而是隔一定的時間進行周期變換，這樣可以降低被敵方破解及干擾的可能，增加系統(tǒng)可靠性。
步驟三調(diào)整本地TOD和初始跳頻控制序列； 接收機完成掃描并捕獲到初始同步信息分幀后，接收機就接收到了初始同步信息分幀中包含的低位TOD信息和初始跳頻控制序列。 低位TOD信息調(diào)整接收機時鐘使其與發(fā)射機TOD同步，這樣就保證了發(fā)射機和接
收機在同時進行頻率切換，因為發(fā)射機和接收機的最大時差不會很大，所以只發(fā)送TOD的
低位信息，這樣即保證了頻率的同步切換又避免了使用完整TOD所造成的有效性降低。 初始跳頻控制序列作為接收機跳頻控制器的初始值，那么發(fā)射機和接收機就具有
相同的跳頻控制序列，保證了發(fā)射機和接收機具有相同的跳頻頻率集合和跳頻順序，最終
實現(xiàn)接收機對發(fā)射機的跳頻跟蹤。 步驟四發(fā)射機和接收機正常通信； 當M個初始同步信息分幀發(fā)射完后，發(fā)射機用初始跳頻控制序列對發(fā)射機跳頻控
制器進行初始化，控制發(fā)射機頻率合成器進行高速跳頻，發(fā)送N個有效信息分幀； 因為接收機完成了和發(fā)射機TOD的同步，所以接收機也同時用相同的初始跳頻控器進行初始化，控制接收機頻率合成器進行同步跳頻，最后接收到發(fā)射 機發(fā)送的N個有效信息分幀，實現(xiàn)發(fā)射機與接收機正常通信。 進入正常通信后，由于系統(tǒng)時鐘的漂移，可能造成接收機與發(fā)射機的跳頻時鐘出 現(xiàn)偏差，使得接收機產(chǎn)生的跳頻頻率與接收到的發(fā)端載波頻率在每一跳上不能完全對齊。 雖然在一跳內(nèi)產(chǎn)生的偏差可以用擴頻相關(guān)來處理，但隨著時間該誤差會累積存在，使得每 跳接收的數(shù)據(jù)出現(xiàn)混淆。如收發(fā)雙方跳頻時鐘偏差大于每跳換頻時間長度，則接收機不能 完全解調(diào)出該跳發(fā)送的數(shù)據(jù)。 因為每個有效信息分幀中都包含有特征碼，所以接收機通過對特征碼不停地進行 相關(guān)運算，得到相關(guān)值，然后采用超前滯后法將相關(guān)值與期望峰值進行比較，得到相關(guān)值與 期望峰值的差，設(shè)定差值對應(yīng)的調(diào)整跳頻切換位置的范圍，根據(jù)差值調(diào)整后續(xù)跳的跳頻切 換位置，使接收機與發(fā)射機跳頻切換時間重新對齊，從而保持發(fā)射機和接收機的同步。其中 期望峰值為接收機與發(fā)射機跳頻切換時間完全對齊時對特征碼進行相關(guān)運算得到的相關(guān) 值。為了保證接收機調(diào)整的可靠性，可根據(jù)得到的多次相關(guān)值與期望峰值之差的平均值進 行調(diào)整，同時限定每一跳可調(diào)整的范圍。
權(quán)利要求
一種高速跳頻無人機數(shù)據(jù)鏈的同步方法，其特征在于，包括以下幾個步驟步驟一設(shè)定發(fā)射機組幀結(jié)構(gòu)；發(fā)射機組幀的每一幀包括初始同步頭和有效信息，其中初始同步頭包括M個初始同步信息分幀，有效信息包括N個有效信息分幀，則每一幀包括M+N個分幀；初始同步信息分幀包含特征碼、網(wǎng)號、地址碼、低位TOD信息和初始跳頻控制序列；有效信息分幀包含特征碼和信息碼；特征碼用于接收機的檢測；網(wǎng)號用來組網(wǎng)，進入指定網(wǎng)絡(luò)；地址碼是標識指定的終端；低位TOD信息用來糾正本地時間信息使得跳頻起始時間與發(fā)射機一致；初始跳頻控制序列初始化跳頻控制器，控制頻率生成器產(chǎn)生的頻率；信息碼為要傳輸?shù)挠杏眯畔⒌木幋a；步驟二接收機掃描發(fā)射機初始同步頻率并捕獲初始同步信息分幀；發(fā)射機從發(fā)射機全部n個跳變頻率中任意選取m個頻率點組成初始同步頻率{fS1、fS2…fSm}，并進行M次重復(fù)跳變，其跳變順序為fS1、fS2…fSm；fS1、fS2…fSm；…共M次，其中M＞m+1；接收機在發(fā)射機發(fā)送的m個初始同步頻率上進行掃描，掃描速率為發(fā)射機跳頻速率的1/(m+1)，則接收機接收初始同步信息分幀M/(m+1)次，捕獲M/(m+1)次初始同步信息分幀；步驟三調(diào)整本地TOD和初始跳頻控制序列；接收機完成掃描并捕獲到初始同步信息分幀后，接收機接收到了初始同步信息分幀中包含的低位TOD信息和初始跳頻控制序列；低位TOD信息調(diào)整接收機時鐘使其與發(fā)射機TOD同步；初始跳頻控制序列作為接收機跳頻控制器的初始值；步驟四發(fā)射機和接收機正常通信；當M個初始同步信息分幀發(fā)射完后，發(fā)射機用初始跳頻控制序列對發(fā)射機跳頻控制器進行初始化，控制發(fā)射機頻率合成器進行高速跳頻，發(fā)送N個有效信息分幀；接收機也同時用相同的初始跳頻控制序列對跳頻控制器進行初始化，控制接收機頻率合成器進行同步跳頻，最后接收到發(fā)射機發(fā)送的N個有效信息分幀，實現(xiàn)發(fā)射機與接收機正常通信；接收機對特征碼不停地進行相關(guān)運算，得到相關(guān)值，采用超前滯后法將相關(guān)值與期望峰值進行比較，得到相關(guān)值與期望峰值的差，設(shè)定差值對應(yīng)的調(diào)整跳頻切換位置的范圍，根據(jù)差值調(diào)整后續(xù)跳的跳頻切換位置，使接收機與發(fā)射機跳頻切換時間重新對齊。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速跳頻無人機數(shù)據(jù)鏈的同步方法，其特征在于，初始 同步信息分幀為直接序列擴頻編碼。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速跳頻無人機數(shù)據(jù)鏈的同步方法，其特征在于，特征 碼為自相關(guān)性突出的偽隨機碼。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速跳頻無人機數(shù)據(jù)鏈的同步方法，其特征在于，有效 信息分幀采用特征碼作為分幀幀頭。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速跳頻無人機數(shù)據(jù)鏈的同步方法，其特征在于，其特 征在于，接收機接收初始同步信息分幀的次數(shù)根據(jù)需要設(shè)置，m取值為3 5 ;
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速跳頻無人機數(shù)據(jù)鏈的同步方法，其特征在于，初始同歩頻率{fsl、fsr.fs J的選取以周期變換。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速跳頻無人機數(shù)據(jù)鏈的同步方法，其特征在于，對多 次得到的相關(guān)值與期望峰值的差進行平均值運算，根據(jù)平均值調(diào)整后續(xù)跳的跳頻切換位置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高速跳頻無人機數(shù)據(jù)鏈的同步方法，包括以下幾個步驟步驟一、設(shè)定發(fā)射機組幀結(jié)構(gòu)；步驟二、接收機掃描發(fā)射機初始同步頻率并捕獲初始同步信息分幀；步驟三、調(diào)整本地TOD和初始跳頻控制序列；步驟四、發(fā)射機和接收機正常通信；本發(fā)明的同步采用同步字頭法，相對于其它同步方案可以在最短的時間內(nèi)實現(xiàn)跳頻同步；本發(fā)明的初始同步頭采用直接序列擴頻進行處理，使之避免了一般同步字頭法同步信息隱蔽性差的問題，從而進一步提高系統(tǒng)抗干擾性能；本發(fā)明的初始同步信息分幀采用特征碼作分幀頭，可以利用特征碼自相關(guān)性好的特點，方便接收機的檢測，提高接收機抗干擾能力。
文檔編號H04B7/26GK101753201SQ20091024178
公開日2010年6月23日 申請日期2009年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月11日
發(fā)明者楊丁, 楊永強, 熊小軍 申請人:北京航空航天大學(xué)