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摘 要：跳频同步技术是跳频通信系统中最为关键和核心的技术，同步建立的快慢和同步系统的可靠性，直接影响系统的性能。现有的多通道跳频通信系统大多采用单通道串行捕获或多通道并行捕获方法。针对传统跳频通信接收机单通道串行接收捕获时间长，多通道并行接收系统复杂度高的问题，本文设计了一种基于同步字头法的双通道跳频通信同步捕获方法，将同步字头法与并行捕获相结合，在两个接收通道上进行并行捕获，缩短同步时间，提高同步的隐蔽性和抗干扰能力。
关键词：跳频通信;同步捕获;同步字头法
引言
随着日益白热化的电子战，世界各国竞相研究发展通信对抗技术和设备，保证己方的通信保密、迅速和不间断，扩频通信技术得到越来越广泛的应用。跳频通信是扩频通信技术的一种，对跳频通信系统效能的研究具有重要的理论价值和现实意义。
一、跳频通信概述
所谓跳频通信，用简单的术语讲就是“多频、选码、移频键控”，即用伪随机序列（PN）构成跳频指令，控制选择通信信号的载频，收发双方使用同一组载波频率集，并按照相同的变化规律跳变，从而达成通信要求。
跳频通信系统最大的优点是抗干扰能力强，可以抗单频干扰、多频干扰，还可以抗部分频带和宽带干扰。跳频通信系统作为通信系统之一，在任何情况下，都应该具备稳定、可靠、迅速和保密通信的能力，因此，分析跳频通信系统的效能也要从稳定性、可靠性、时效性和安全性入手。
二、双通道跳频通信系统结构
双通道跳频通信系统整体基于软件无线电平台进行设计与实现，发射机由信源接口单元、数字处理单元、数模转换器（DAC）、射频单元构成。接收机主要由信宿接口单元、數字处理单元和2个接收通道组成，每个接收通道由1个模数转换器（ADC）和1个射频单元构成。其中，发射机从信源接口单元获得待发送数据，送至数字处理单元，进行CRC编码、信道编码、上变频等处理，同时信号处理单元完成跳频频表单元产生频率控制字，由发射机频率合成单元生成载波频率，与经过ADC转换的已调待发送信号进行混频，进而通过射频发射通道上的滤波、放大等处理后送至天线。
接收机的射频接收通道1和射频接收通道2同时从天线上获取接收信号，分别与频率合成1、频率合成2进行混频，然后分别经过ADC1、ADC2后送至数字处理单元，数字处理单元将2路接收信号进行下变频、频偏纠正、定时/抽样、解调后进行综合判决，将解调后的信号进行信道译码、CRC校验等处理，最后送至信宿接口单元，其中，跳频同步控制单元负责跳频同步过程的控制，与接收信号混频的本振信号受控于本地跳频频表单元生成的频率控制字。
三、双通道接收的跳频同步捕获方法
3.1同步字头信息设计
3.1.1同步字头信息定义与作用
跳频同步中的同步字头信息就是跳频图案实时时钟信息。通过读取本地时钟可以获得本端TOD信息，其精度亦由本地时钟决定，可精确到毫秒甚至微秒级。在基于TOD的同步字头法中，TOD信息与跳频序列的计算密切相关，在整个通信过程中起着至关重要的作用。
在基于TOD的同步字头法中，同步频率与通信频率（用于传送除同步信息以外的数据信息的频率）均由TOD、原始密钥、网号经过非线性运算而决定。为了保证当收发双方时钟存在一定差异的情况下，仍可实现同步，将TOD信息中的高位信息提取出来作为TOD高段（TODH），系统根据TODH而不是全部的TOD信息来计算同步频率，由此可保证，当收发双方时钟存在一定差异的情况下仍存在相同的同步频率。在跳频通信过程中，同步频率随着TOD不断变化，每隔一定时间自动更换其中一个，这样有利于增强同步的抗侦察和抗干扰能力。当然，必须一个一个地更换所有的同步频率，否则，会因为接收机与发射机之间存在的时间误差使得接收机产生的多个同步频率与发射机产生的多个同步频率没有一个是相同的，从而无法实现同步。一个一个地更换同步频率，可确保接收机和发射机在同步的最大时差范围内，接收机产生的同步频率与发射机产生的同步频率大部分相同，从而确保接收机能够接收到初始同步信息。
3.1.2TOD信息格式
本方案中完整TOD同步字头包括高位TODH和低位TODL信息。TODH由年、月、日、时、分等信息构成，其中年用7位二进制数表示、月用4位表示、日用5位表示、时用5位表示、分用6位表示，TODH共27位。TODL由秒、毫秒、微秒组成，其中，秒用6位表示、毫秒用10位表示、微秒用8位表示，TODL共24位。
跳频通信过程中，要求发射端与接收端的TODH信息一致，因此，利用TODH信息计算用于同步的跳频频率。在跳频同步完成首，再利用TODL信息计算用于通信的跳频频率，增强跳频通信的抗干扰性能。
3.2总体方案
同步字头法中，发送端根据本地时钟计算出同步频率，在该频率上发送同步信息，接收端用同样的方法计算同步频率进行慢搜索，捕获发送端的同步信息并利用该信息实现跳频同步。基于双通道接收的同步字法中，发射端发出调制有TOD信息的同步信号，接收端在两个独立的接收通道上，同时对同步信息进行捕获，之后再进行解调获得发射端的TOD信息，然后对本地的时钟进行修正，进而实现跳频系统的同步。
四、同步性能分析
4.1同步时间
同步时间是指完成同步所需的时间，也就是初始同步的时间。设初始同步跳共N跳，跳速为Rh时，同步时间为Ts=N/Rh。在此同步方案中，理想情况下，同步时间Ts≈0.22ms，同步时间短，显然满足高速跳频通信系统的一般要求。
4.2相关码检测概率
若恢复基带信号误比特率为Pb，相关码长度为G，检测门限为g。该方案前导序列共N1跳，现以N1=205为例。为保证验证检测结果作大数判决的需要并兼顾到频率合成器换频的滞后性，至少要留出同步前导序列中的一个频率循环（n=5跳）用于验证相关码检测结果。
结语
本文提出了一种双通道跳频通信系统同步捕获方法。该方法将同步字头法与并行捕获相结合，利用同步过程中的载波频率与被调制时间信息共同确定频率跳变时间，在两个接收通道上进行并行捕获，缩短同步时间，提高同步的隐蔽性和抗干扰能力。
参考文献：
[1]张志勇.基于多相滤波器原理的多通道软件无线电跳频收发信机的设计与实现[D].北京：北京邮电大学，2013.
[2]梅力.无人机数据链快跳频同步技术研究[D].北京：北京理工大学，2015.
关键词：跳频通信;同步捕获;同步字头法
引言
随着日益白热化的电子战，世界各国竞相研究发展通信对抗技术和设备，保证己方的通信保密、迅速和不间断，扩频通信技术得到越来越广泛的应用。跳频通信是扩频通信技术的一种，对跳频通信系统效能的研究具有重要的理论价值和现实意义。
一、跳频通信概述
所谓跳频通信，用简单的术语讲就是“多频、选码、移频键控”，即用伪随机序列（PN）构成跳频指令，控制选择通信信号的载频，收发双方使用同一组载波频率集，并按照相同的变化规律跳变，从而达成通信要求。
跳频通信系统最大的优点是抗干扰能力强，可以抗单频干扰、多频干扰，还可以抗部分频带和宽带干扰。跳频通信系统作为通信系统之一，在任何情况下，都应该具备稳定、可靠、迅速和保密通信的能力，因此，分析跳频通信系统的效能也要从稳定性、可靠性、时效性和安全性入手。
二、双通道跳频通信系统结构
双通道跳频通信系统整体基于软件无线电平台进行设计与实现，发射机由信源接口单元、数字处理单元、数模转换器（DAC）、射频单元构成。接收机主要由信宿接口单元、數字处理单元和2个接收通道组成，每个接收通道由1个模数转换器（ADC）和1个射频单元构成。其中，发射机从信源接口单元获得待发送数据，送至数字处理单元，进行CRC编码、信道编码、上变频等处理，同时信号处理单元完成跳频频表单元产生频率控制字，由发射机频率合成单元生成载波频率，与经过ADC转换的已调待发送信号进行混频，进而通过射频发射通道上的滤波、放大等处理后送至天线。
接收机的射频接收通道1和射频接收通道2同时从天线上获取接收信号，分别与频率合成1、频率合成2进行混频，然后分别经过ADC1、ADC2后送至数字处理单元，数字处理单元将2路接收信号进行下变频、频偏纠正、定时/抽样、解调后进行综合判决，将解调后的信号进行信道译码、CRC校验等处理，最后送至信宿接口单元，其中，跳频同步控制单元负责跳频同步过程的控制，与接收信号混频的本振信号受控于本地跳频频表单元生成的频率控制字。
三、双通道接收的跳频同步捕获方法
3.1同步字头信息设计
3.1.1同步字头信息定义与作用
跳频同步中的同步字头信息就是跳频图案实时时钟信息。通过读取本地时钟可以获得本端TOD信息，其精度亦由本地时钟决定，可精确到毫秒甚至微秒级。在基于TOD的同步字头法中，TOD信息与跳频序列的计算密切相关，在整个通信过程中起着至关重要的作用。
在基于TOD的同步字头法中，同步频率与通信频率（用于传送除同步信息以外的数据信息的频率）均由TOD、原始密钥、网号经过非线性运算而决定。为了保证当收发双方时钟存在一定差异的情况下，仍可实现同步，将TOD信息中的高位信息提取出来作为TOD高段（TODH），系统根据TODH而不是全部的TOD信息来计算同步频率，由此可保证，当收发双方时钟存在一定差异的情况下仍存在相同的同步频率。在跳频通信过程中，同步频率随着TOD不断变化，每隔一定时间自动更换其中一个，这样有利于增强同步的抗侦察和抗干扰能力。当然，必须一个一个地更换所有的同步频率，否则，会因为接收机与发射机之间存在的时间误差使得接收机产生的多个同步频率与发射机产生的多个同步频率没有一个是相同的，从而无法实现同步。一个一个地更换同步频率，可确保接收机和发射机在同步的最大时差范围内，接收机产生的同步频率与发射机产生的同步频率大部分相同，从而确保接收机能够接收到初始同步信息。
3.1.2TOD信息格式
本方案中完整TOD同步字头包括高位TODH和低位TODL信息。TODH由年、月、日、时、分等信息构成，其中年用7位二进制数表示、月用4位表示、日用5位表示、时用5位表示、分用6位表示，TODH共27位。TODL由秒、毫秒、微秒组成，其中，秒用6位表示、毫秒用10位表示、微秒用8位表示，TODL共24位。
跳频通信过程中，要求发射端与接收端的TODH信息一致，因此，利用TODH信息计算用于同步的跳频频率。在跳频同步完成首，再利用TODL信息计算用于通信的跳频频率，增强跳频通信的抗干扰性能。
3.2总体方案
同步字头法中，发送端根据本地时钟计算出同步频率，在该频率上发送同步信息，接收端用同样的方法计算同步频率进行慢搜索，捕获发送端的同步信息并利用该信息实现跳频同步。基于双通道接收的同步字法中，发射端发出调制有TOD信息的同步信号，接收端在两个独立的接收通道上，同时对同步信息进行捕获，之后再进行解调获得发射端的TOD信息，然后对本地的时钟进行修正，进而实现跳频系统的同步。
四、同步性能分析
4.1同步时间
同步时间是指完成同步所需的时间，也就是初始同步的时间。设初始同步跳共N跳，跳速为Rh时，同步时间为Ts=N/Rh。在此同步方案中，理想情况下，同步时间Ts≈0.22ms，同步时间短，显然满足高速跳频通信系统的一般要求。
4.2相关码检测概率
若恢复基带信号误比特率为Pb，相关码长度为G，检测门限为g。该方案前导序列共N1跳，现以N1=205为例。为保证验证检测结果作大数判决的需要并兼顾到频率合成器换频的滞后性，至少要留出同步前导序列中的一个频率循环（n=5跳）用于验证相关码检测结果。
结语
本文提出了一种双通道跳频通信系统同步捕获方法。该方法将同步字头法与并行捕获相结合，利用同步过程中的载波频率与被调制时间信息共同确定频率跳变时间，在两个接收通道上进行并行捕获，缩短同步时间，提高同步的隐蔽性和抗干扰能力。
参考文献：
[1]张志勇.基于多相滤波器原理的多通道软件无线电跳频收发信机的设计与实现[D].北京：北京邮电大学，2013.
[2]梅力.无人机数据链快跳频同步技术研究[D].北京：北京理工大学，2015.