阅读说明：本技术 一种适用于跳频抗干扰系统高动态环境下的同步方法 (Synchronization method suitable for frequency hopping anti-interference system in high dynamic environment ) 是由 陈敬乔 王赛宇 王杨 于 2020-04-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种适用于跳频抗干扰系统高动态环境下的同步方法,它涉及跳频抗干扰系统中的高动态同步技术。本发明基于跳频帧结构中有限的同步序列,采用周期差值统计的方法对多普勒码偏进行估计与校正,消除多普勒码偏产生的时钟偏差。载波同步采用分段匹配滤波、基于分段累加的FFT频偏估计等方式,实现了大频偏搜索、频率动态补偿与跟踪。同步过程中,码偏和频偏的估计与校正二者相互配合,互为基础,使得机载等高动态平台的同步性能稳定可靠。特别适用于提高卫星跳频通信系统的抗多普勒能力。(The invention discloses a synchronization method suitable for a frequency hopping anti-interference system under a high dynamic environment, and relates to a high dynamic synchronization technology in the frequency hopping anti-interference system. The invention estimates and corrects the Doppler code offset by adopting a period difference value statistical method based on the limited synchronous sequence in the frequency hopping frame structure, and eliminates the clock offset generated by the Doppler code offset. The carrier synchronization adopts the modes of sectional matched filtering, FFT frequency deviation estimation based on sectional accumulation and the like, thereby realizing large frequency deviation search, frequency dynamic compensation and tracking. In the synchronization process, the estimation and correction of the code offset and the frequency offset are mutually matched and are mutually basic, so that the synchronization performance of the airborne equal-height dynamic platform is stable and reliable. The method is particularly suitable for improving the Doppler resistance of a satellite frequency hopping communication system.)

一种适用于跳频抗干扰系统高动态环境下的同步方法

技术领域

本发明涉及卫星通信领域中的一种适用于跳频抗干扰系统高动态环境下的同步方法，适应高动态特性，支持各类机载平台应用，特别适用于提高卫星通信中高速跳频系统的抗大多普勒频偏和码偏的能力。

背景技术

近年来，针对高动态环境下通信接收机的同步问题，国内外都展开了广泛而深入的研究，并且已经研制和生产出一些高动态接收机。但是，在高动态环境条件下的跳频系统同步技术的研究并不多，现尚无成熟的技术与设备支持作战飞机平台应用。

因为跳频系统中用于同步的信号时间间隔较远，相当于同步速率很低，接收同步序列需要的时间较长，调整较慢，因此对高动态环境下接收机的同步捕获及跟踪要求很高，实现也很困难。

由于战场环境复杂，一般通信装备很难适应高机动平台，使得战场生存能力面临严重威胁。为提高现有跳频系统的适应能力，满足高动态的需要，提出了一种基于跳频系统的同步方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对上述背景技术中的缺点，提供一种能够适应跳频抗干扰系统高动态的同步方法。

本发明采用的技术方案为：

①根据高机动平台的飞行速度，计算最大频偏，决定捕获的分段长度，并采用分段滑动匹配滤波的方式捕获跳频帧结构中的同步序列；其中每段长度不大于最大频偏周期长度的一半；

②从捕获到同步序列开始从0计数，计算连续设定个数的同步序列之间的时钟周期数；每捕获设定个数的同步序列进行一次周期统计，记录包含的时钟周期数A；

③对时钟周期数A进行初步判断，判断其是否满足约束条件；其中，约束条件为：基准时钟下，设定个数的同步序列中包含的时钟周期数为B，若A-B的绝对值小于阈值，则判定该次所得时钟周期数A值有效，否则，判定为无效；

④根据所得的有效的时钟周期数A，计算取平均值，得出时钟偏差，并调整本地时钟频率；完成大钟偏校正；

⑤以本地时钟为基准获取下一个同步序列，对同步序列进行分段匹配滤波，消除同步序列中的调制信息，然后利用分段累加后的值做FFT，进行频偏估计；完成大频偏校正；

⑥大钟偏和大频偏校正后，进入时钟跟踪阶段，采用延迟锁定环进行误差估计，根据误差值进行本地时钟调整，完成时钟的精确同步。

完成适用于跳频抗干扰系统高动态环境下的同步方法。

本发明相比背景技术具有如下优点：

1.本发明的设计非常适合高速跳频信号的时钟同步和载波同步，适合采用FPGA实现。

2.本发明适应的高动态范围较大，飞行速度为2马赫，加速度为8g，频偏范围为±80kHz，频率变化率范围为±9.3kHz/s。

3.本发明帧结构中所含的同步序列很少，帧开销较小，帧效率较高。

附图说明

图1是本发明的跳频帧结构示意图。

图2是本发明的多普勒码偏估计方法示意图。

图3是本发明的跳频同步流程示意图。

具体实施方式

参照图1至图3，卫星通信系统跳频帧结构如图1所示，卫星通信系统转发器根据跳频帧结构发送信息；钟偏估计方法如图2所示，根据N个同序列之间的时钟周期个数，与基准时钟周期数的差，计算钟差；同步流程示意图如图3所示，跳频卫星通信系统地面站开机后，首先要完成同步序列的捕获，然后进行钟偏估计、频偏估计和时钟跟踪。本发明基于跳频帧结构中有限的同步序列，采用周期差值统计的方法对多普勒码偏进行估计与校正，消除多普勒码偏产生的时钟偏差。载波同步采用分段匹配滤波、基于分段累加的FFT频偏估计等方式，实现了大频偏搜索、频率动态补偿与跟踪。同步过程中，码偏和频偏的估计与校正二者相互配合，互为基础，使得机载等高动态平台的同步性能稳定可靠。特别适用于提高卫星跳频通信系统的抗多普勒能力。

下面，对本发明作进一步说明。

本发明包括步骤如下：

①捕获跳频帧结构中的同步序列。根据高机动平台的飞行速度，计算最大频偏，决定捕获的分段长度。由于频偏较大，采用分段滑动匹配滤波的方式，每段长度L不大于E，其中E为最大频偏一个周期中所包含数据长度的一半；

分段长度一般可取频偏周期长度的一半或1/4；

②捕获到同步序列以后，采用周期差值方法进行钟偏估计。方法为：从捕获到同步序列开始从0计数，计算连续10个同步序列之间的时钟周期数；每捕获10个同步序列统计一次，周期统计。多次记录每10个同步序列中包含的时钟周期数A；

实际应用中，这10个同步序列可以的长度可以修改。如果10个同步序列的时钟周期数，不足以累积出整数个时钟偏差，则可以适当加大10这个数值。一般可与本方法中的高动态条件相比，按比例调整该数值。

③对时钟周期数A进行初步判断，判断其是否满足约束条件。其中，约束条件为：基准时钟下，10个同步序列中应该包含的时钟周期数B。若A-B的绝对值小于200，则判定该次所得时钟周期数A值有效，否则，判定为无效。

由于同步序列捕获可能存在误捕和漏捕，因此统计设为时钟周期数A可能会出现偏差，这时就需要将较大偏差的估计结果A丢弃，以免调整时钟产生错误。

④根据所得的时钟周期数A，计算取平均值，得出时钟偏差，并调整本地时钟频率；完成大钟偏校正；

取平均相当于对估计结果进行滤波，可提高准确度。

⑤以本地时钟为基准获取下一个同步序列，利用同步序列进行分段匹配滤波，消除同步序列中的调制信息，然后利用分段累加后的值做FFT，进行频偏估计；完成大频偏校正；

由于频偏较大，实际工作中信噪较低，因此采用累加的方式提高数据的能量，然后再用累加后的数据做FFT，使得做FFT后的频偏估计更准确。

⑥大钟偏和大频偏校正后，进入时钟跟踪阶段。采用传统的延迟锁定环进行误差估计，将误差值送给本地时钟调整模块，完成时钟的精确同步。

完成适用于高速跳频的波形设计及解调。