大學(xué)畢業(yè)論文--高速跳頻信號(hào)捕獲方法研究(設(shè)計(jì))

理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文④通過(guò)乘以不同的非零域元，共可得到個(gè)長(zhǎng)度為的非重復(fù)跳頻序列。（2）基于m序列構(gòu)造最佳跳頻序列組基于m序列構(gòu)造跳頻序列族有3種方法。第1種方法是使用m狀態(tài)序列，也就是使用不同的m序列分配給不用用戶，每個(gè)用戶的頻率由m序列的狀態(tài)確定。1987年，A.A.Shaar分析了這種分析方法的漢明相關(guān)性能，推導(dǎo)出任意兩個(gè)級(jí)m狀態(tài)序列之間的漢明相關(guān)的峰值最小為，即，并且人意兩個(gè)序列和之間在一定的時(shí)延下將發(fā)生連續(xù)次重合。因此，不宜將m狀態(tài)序列分配給不同用戶作為跳頻序列使用。第2種方法是使用抽頭選取的方法。第3種方法是使用非線性化方法。在單個(gè)m序列發(fā)生器上加非線性前饋邏輯，或者用幾個(gè)m序列發(fā)生器進(jìn)行非線性組合，再通過(guò)抽頭選取，從而得到高度非線性的跳頻序列。（3）基于GWM序列構(gòu)造最佳跳頻序列族GMW序列的構(gòu)造基于跡函數(shù)。跡函數(shù)是有限域中一個(gè)重要的映射函數(shù)，定義如下。跡函數(shù)是從有限域到的一個(gè)映射函數(shù)，即對(duì)任意，有（3.4）構(gòu)造序列族，設(shè)跳頻頻率數(shù)目為，那么，可以使用元GMW序列來(lái)產(chǎn)生跳頻序列族，是長(zhǎng)度為的元GMW序列，則跳頻序列由下式得到，即（3.5）式中，，為分配給用戶的序列選擇號(hào)碼?；谏祥L(zhǎng)度為的元GMW序列構(gòu)造的跳頻序列族具有最佳的漢明相關(guān)性能，即有（3.6）（4）寬間隔跳頻序列族基于對(duì)偶頻帶法和m序列，構(gòu)造一個(gè)新的寬間隔跳頻序列族：對(duì)上使用個(gè)頻率、長(zhǎng)度為的最佳跳頻序列進(jìn)行寬間隔處理。具體構(gòu)造方法為：在頻帶上有一跳頻序列，設(shè)在頻帶上有一序列與之對(duì)應(yīng)：，先按照的變化規(guī)律在頻帶上跳變，當(dāng)遇到不滿足寬間隔要求的頻率時(shí)，就改跳到頻帶上，在上按照的變化規(guī)律繼續(xù)跳變，當(dāng)遇到不滿足寬間隔要求的頻率時(shí)，又跳回到頻帶上……3.4跳頻頻率合成器頻率合成技術(shù)是將一個(gè)或若干個(gè)高穩(wěn)定度和高精度的參考頻率經(jīng)過(guò)相應(yīng)處理技術(shù)生成具有同樣高穩(wěn)定度和高精度的大量離散頻率技術(shù)。參考頻率可由高穩(wěn)定的晶體振蕩器產(chǎn)生，處理技術(shù)包括各種數(shù)字處理技術(shù)及鎖相技術(shù)，從而使合成的離散頻率與參考頻率有嚴(yán)格的比例關(guān)系，而且具有同樣的穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度。應(yīng)用這種技術(shù)合成頻率的儀器或設(shè)備稱為頻率合成器或頻率綜合器。頻率合成器是高速跳變通信系統(tǒng)的重要組成部分，其要求是：可供選擇的跳頻頻率數(shù)目多，頻率切換速度快，頻譜純度及頻率穩(wěn)定度高，可編程控制頻率跳變。頻率分辨力高。頻率分辨力即兩個(gè)相鄰頻率之間的最小間隔，頻率合成器對(duì)頻率分辨力要求因用途不同而不同，有的只需千赫級(jí)的分辨力，有的則需達(dá)到赫茲甚至毫赫茲。頻譜純度高。頻譜純度是輸出信號(hào)中包含的諧波分量和其他雜散分量大小的一種度量，影響頻譜純度的主要因素是濾波器的質(zhì)量、相位噪聲、雜散噪聲和其他寄生干擾。頻率準(zhǔn)確度高。頻率準(zhǔn)確度是指實(shí)際輸出頻率偏離標(biāo)準(zhǔn)工作頻率的大小，頻率穩(wěn)定度是指在一定時(shí)間間隔內(nèi)，輸出頻率變化的范圍。頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間短。頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間指頻率合成器從一個(gè)頻率轉(zhuǎn)換到另一個(gè)頻率并且達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)所需要的時(shí)間，常規(guī)通信中要求頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間低于幾十毫秒，但對(duì)于快速跳頻通信系統(tǒng)，頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間越短越好?，F(xiàn)階段跳頻頻率的合成方法很多，主要有DS法(DirectFrequencySynthesis，直接頻率合成法)、IS法(IndirectFrequencySynthesis，間接頻率合成法)和DDS法(DirectDigitalSynthesis，直接數(shù)字合成法)。直接頻率合成法最早出現(xiàn)在19世紀(jì)30年代，是最早也是最為經(jīng)典的頻率合成方法之一，該技術(shù)利用一個(gè)或多個(gè)高穩(wěn)定度高頻譜純度的參考晶振，通過(guò)混頻器、倍頻器、分頻器和濾波器實(shí)現(xiàn)對(duì)參考晶振的加減乘除運(yùn)算，生成所需要的頻率。優(yōu)點(diǎn)是：頻率轉(zhuǎn)換速度快；帶寬較寬；相位噪聲性能好，適合于高速跳頻。但這種方法有功耗大，體積大，成本高和難以保證頻譜純度高等缺點(diǎn)。近年來(lái)，由于集成電路工藝水平的提高，直接頻率合成法的缺點(diǎn)正在逐步減小，在高速跳頻和要求頻率穩(wěn)定度高的場(chǎng)合，它的重要性越來(lái)越得到體現(xiàn)。美國(guó)學(xué)者J.Tiemey，C.M.Rader和B.Gold于1971年首次提出以全數(shù)字技術(shù)從相位概念出發(fā)進(jìn)行頻率合成的方法，即直接數(shù)字頻率合成(DDS)，DDS法打破了傳統(tǒng)頻率合成技術(shù)的束縛，為頻率合成技術(shù)提供了一個(gè)全新的思維模式。數(shù)值頻率合成器原理圖如圖3.3所示。圖3.3數(shù)值頻率合成器原理圖圖3.3是數(shù)字頻率合成法原理圖，它包括相位累加器，正弦波形存儲(chǔ)器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器和低通濾波器四部分組成。DDS技術(shù)是采用奈奎斯特采樣定律，從連續(xù)相位出發(fā)將一個(gè)正弦信號(hào)采樣，量化和編碼，形成伊戈?duì)栒液瘮?shù)表，存于EPROM中，合成時(shí)，在參考時(shí)鐘的的驅(qū)動(dòng)下，相位累加器對(duì)頻率控制字進(jìn)行累加，得到相位碼對(duì)波形存儲(chǔ)器尋址，波形存儲(chǔ)器輸出相應(yīng)的幅度碼，這種變化的相位和幅度量化的數(shù)字信號(hào)通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換及其低通濾波器即可得到合成的相位變化的模擬信號(hào)頻率。3.5頻率同步控制器跳頻通信系統(tǒng)正常工作的前提是收發(fā)雙方必須實(shí)現(xiàn)同步，包括時(shí)間同步和頻率同步，即要求跳頻接收機(jī)與發(fā)射機(jī)必須在相同的時(shí)刻使用相同的頻率(或相差一個(gè)固定中頻)，這樣就要求有頻率同步控制器來(lái)保證接收機(jī)的本振頻率與發(fā)射機(jī)的載波頻率同步跳變。跳頻同步的內(nèi)容包括：跳頻頻率表相同，跳頻序列相同，跳變的起止時(shí)刻相同，詳細(xì)地說(shuō)，為實(shí)現(xiàn)跳頻同步，接收機(jī)必須獲得發(fā)射機(jī)的跳頻同步的信息，這些信息包括采用怎樣的跳頻序列，采用哪一張?zhí)l頻率表，在什么時(shí)刻哪一個(gè)頻率上開(kāi)始起跳，同時(shí)還要不斷地校正接收機(jī)的本地時(shí)鐘，使其與發(fā)射機(jī)的時(shí)鐘保持一致。由于在實(shí)際的應(yīng)用中，跳頻序列和跳頻頻率表是通信雙方已經(jīng)預(yù)先約定好了的，因此最主要的待解決問(wèn)題就是跳頻同步，即頻率跳變的起止時(shí)刻相同。跳頻同步性能的好壞對(duì)于高速跳頻通信系統(tǒng)性能有極大的影響。跳頻同步的要求是：自動(dòng)、迅速、可靠和抗干擾。3.6本章小結(jié)本章主要對(duì)跳頻通信系統(tǒng)、高速跳頻通信系統(tǒng)的原理及跳頻系統(tǒng)的主要特點(diǎn)、跳頻通信系統(tǒng)的組成和跳頻序列的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析，并研究了跳頻序列的設(shè)計(jì)、跳頻序列的理論限制、常見(jiàn)的跳頻序列族。對(duì)高速跳頻系統(tǒng)的組成部分跳頻序列發(fā)生器、頻率合成器和跳頻同步器做了詳細(xì)地探討。4高速跳頻信號(hào)捕獲方法4.1跳頻捕獲的概述上一章介紹過(guò)頻率同步控制器，其作用就是控制接收機(jī)的接受頻率和發(fā)射機(jī)的發(fā)射頻率使之能夠同步，而同步又包括捕獲和跟蹤，高速跳頻同步的不確定性來(lái)源主要有兩個(gè)方面：頻率的不確定性和時(shí)間的不確定性，其中頻率的不確定性可以通過(guò)收發(fā)雙方使用同一跳變規(guī)律來(lái)解決，時(shí)間的不確定性可以通過(guò)跳頻同步捕獲和同步跟蹤等同步技術(shù)來(lái)削弱。捕獲是指跳頻系統(tǒng)自動(dòng)搜索跳頻序列的時(shí)間不定區(qū)，以獲取接受機(jī)跳頻序列時(shí)間，使之與發(fā)射機(jī)跳頻序列的時(shí)間誤差小于允許的值（至少小于1/2跳頻周期）。捕獲又分為初始捕獲的同步識(shí)別。初始捕獲是指初步使接收機(jī)跳頻序列與發(fā)射機(jī)跳頻序列的時(shí)間誤差小于允許的值；同步識(shí)別是指初始捕獲完成的基礎(chǔ)上進(jìn)一步確認(rèn)接收機(jī)跳頻序列與發(fā)射機(jī)跳頻序列的時(shí)間誤差小于允許的值，從而完成捕獲。在高速跳頻系統(tǒng)同步捕獲階段，同步捕獲系統(tǒng)通過(guò)搜索跳頻同步序列的時(shí)間不定區(qū)，以獲取跳頻同步信號(hào)的特定信息，來(lái)保證本地參考同步信號(hào)與接收跳頻信號(hào)的碼相位基本一致，當(dāng)同步捕獲過(guò)程結(jié)束時(shí)，用于解跳的本地參考同步信號(hào)與接收的跳頻同步信號(hào)己基本達(dá)到同步，此時(shí)收發(fā)雙方的跳頻圖案的時(shí)間誤差小于一跳時(shí)間，接收機(jī)能夠正常的解調(diào)信息。同步捕獲過(guò)程通常分兩步完成：首先通過(guò)兩個(gè)跳頻同步序列的相關(guān)測(cè)量，確定二者的對(duì)準(zhǔn)程度；然后用一個(gè)合適的檢測(cè)和同步捕獲判決算法處理相關(guān)測(cè)量值，判斷同步捕獲是否完成。跳頻同步捕獲完成后，同步系統(tǒng)轉(zhuǎn)到同步跟蹤階段。常見(jiàn)的高速跳頻同步捕獲法有用：高速跳頻滑動(dòng)相關(guān)捕獲法、高速跳頻匹配濾波器捕獲法、串—并結(jié)合同步捕獲法等方法。4.2滑動(dòng)相關(guān)捕獲法高速跳頻串行捕獲法又稱滑動(dòng)同步相關(guān)法，從跳頻信號(hào)中直接獲得同步信息，其工作原理是：本地信號(hào)與輸入跳頻信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，如果在檢測(cè)時(shí)間內(nèi)的輸出未超過(guò)門限電平，則意味著跳頻序列沒(méi)有同步，然后搜索控制器將控制跳頻序列發(fā)生器的時(shí)鐘脈沖抑制掉一個(gè)，如果在檢測(cè)時(shí)間內(nèi)的輸出超過(guò)門限電平，則意味著跳頻序列已同步，此時(shí)停止搜索，轉(zhuǎn)入跟蹤。高速跳頻系統(tǒng)滑動(dòng)相關(guān)捕獲法原理如圖4.1所示。接收機(jī)開(kāi)機(jī)時(shí)，將本地跳頻同步序列發(fā)生器置于某初始狀態(tài)，利用所產(chǎn)生的跳頻序列控制本地頻率合成器，生成本地信號(hào)，與接收信號(hào)進(jìn)行混頻處理，混頻信號(hào)送入中頻濾波器，濾掉信號(hào)中的高頻成分，中頻濾波器的輸出通過(guò)平方律檢波器，進(jìn)行能量檢測(cè)，能量檢測(cè)過(guò)程是在每一跳信號(hào)期間進(jìn)行一次積分運(yùn)算處理，若該跳期間內(nèi)積分能量超出能量檢測(cè)門限形，則當(dāng)前跳計(jì)數(shù)器加1，后續(xù)信號(hào)經(jīng)過(guò)類似檢測(cè)處理后，將計(jì)數(shù)器的累計(jì)值與第二個(gè)比較器的門限值即同步捕獲門限相比較，若超過(guò)同步捕獲門限，則同步捕獲完成；反之，則使跳頻序列步一個(gè)相位，繼續(xù)進(jìn)行同步捕獲搜索。圖4.1滑動(dòng)相關(guān)捕獲原理圖滑動(dòng)相關(guān)法的算法原理是：本地信號(hào)與輸入跳頻信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，如果在檢測(cè)時(shí)間內(nèi)的輸出未超過(guò)門限電平，則意味著跳頻序列沒(méi)有同步，則調(diào)整本地產(chǎn)生的跳頻序列相位，使本地跳頻序列相位步進(jìn)一位，繼續(xù)上述過(guò)程，直到滿足捕獲條件，完成捕獲；如果在檢測(cè)時(shí)間內(nèi)的輸出超過(guò)門限電平，則意味著跳頻序列已經(jīng)同步，此時(shí)停止搜索，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入跟蹤狀態(tài)，以進(jìn)一步提高同步精度。其中，跳頻序列發(fā)生器產(chǎn)生的碼序列用于同步信息的捕獲，稱為同步引導(dǎo)碼。采用滑動(dòng)相關(guān)捕獲的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是：同步引導(dǎo)碼可以較長(zhǎng)，在惡劣干擾環(huán)境下具有良好的檢測(cè)能力和抗干擾能力；同步引導(dǎo)碼可以方便地進(jìn)行改變，具有較強(qiáng)的抗偵察能力和抗假冒能力；實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單。采用滑動(dòng)相關(guān)捕獲的技術(shù)缺點(diǎn)是：捕獲時(shí)間較長(zhǎng)，并且捕獲時(shí)間與同步引導(dǎo)碼長(zhǎng)度成正比；發(fā)射的同步引導(dǎo)碼需重復(fù)多次，給遲入網(wǎng)帶來(lái)困難。由于滑動(dòng)相關(guān)法的實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較簡(jiǎn)單，故在仿真階段重點(diǎn)為滑動(dòng)相關(guān)法的仿真。4.3匹配濾波器捕獲法并行捕獲法又稱匹配濾波器法，匹配濾波器同步捕獲法的原理是：利用序列匹配濾波器對(duì)跳頻同步序列進(jìn)行匹配，接收到的跳頻信號(hào)經(jīng)過(guò)序列匹配濾波器后，若當(dāng)前跳同步信號(hào)頻率與某個(gè)匹配濾波器中心頻率匹配，則經(jīng)過(guò)平方律檢波器后，輸出一個(gè)同步相關(guān)峰值，相應(yīng)延遲后通過(guò)求和累加器，如果累加結(jié)果大于門限值，表明輸入信號(hào)滿足序列匹配濾波器的要求，輸出同步指示信號(hào)。高速跳頻系統(tǒng)匹配濾波器捕獲法如圖4.2所示，圖4.2中N個(gè)帶通濾波器的中心頻率對(duì)應(yīng)頻率跳變信號(hào)的各個(gè)載波頻率，通過(guò)帶通濾波器的信號(hào)經(jīng)平方電路后送入由跳頻圖案（擴(kuò)頻碼序列）控制的開(kāi)關(guān)K，開(kāi)關(guān)閉合時(shí)將某路平方后的信號(hào)送入積分器，積分器的積分時(shí)間為，經(jīng)積分后的信號(hào)輸出到延遲期，每級(jí)延遲器的延遲時(shí)間為（共有N-1級(jí)延遲器）。經(jīng)過(guò)延遲的N路信號(hào)（一路未經(jīng)延遲的信號(hào)可認(rèn)為延遲時(shí)間為0）正好同時(shí)送往相加器，這些信號(hào)在相加器中相加后通過(guò)檢測(cè)器輸出。如果擴(kuò)頻碼序列控制的開(kāi)關(guān)閉合與接收信號(hào)的跳頻頻率變化規(guī)律一致，則相加器輸出最大，實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)頻碼的同步捕獲。如果開(kāi)關(guān)閉合與接收信號(hào)的頻率跳變的變化規(guī)律不一致，輸入相加器各路信號(hào)中，有若干路沒(méi)有接收到發(fā)送的信號(hào)，因而相加器輸出值較小的、沒(méi)有取得擴(kuò)頻碼序列的同步，那么接收機(jī)的跳變圖案改變個(gè)碼元的相位，繼續(xù)同步捕獲。圖4.2匹配濾波器捕獲原理圖以匹配濾波器為基礎(chǔ)構(gòu)成的跳頻信號(hào)并行捕獲電路，是一種能提高捕獲速率并能提供抗干擾能力的有效方法。它既可以用于對(duì)跳頻圖案的捕獲，也可以用于對(duì)前置碼的捕獲。圖4.2中個(gè)頻率的排列順序，應(yīng)與接收信號(hào)跳頻圖案中頻率出現(xiàn)的先后順序一致。跳頻圖案按照規(guī)律跳變，各個(gè)支路的平方律檢波輸出依次延遲一個(gè)。當(dāng)接收信號(hào)的跳頻圖案中的最后一個(gè)頻率進(jìn)入接收機(jī)時(shí)，經(jīng)過(guò)加法器后的輸出最大，超過(guò)接收門限，則同步指示信號(hào)指示接收信號(hào)跳頻圖案最后一個(gè)頻率出現(xiàn)的時(shí)刻，根據(jù)該信號(hào)調(diào)整本地跳頻頻率合成器的工作狀態(tài),即可完成跳頻同步。采用并行搜索法進(jìn)行同步，具有較強(qiáng)的實(shí)時(shí)檢測(cè)能力，同步速度較快；簡(jiǎn)單序列匹配濾波器就可以提供所需的性能。但是技術(shù)實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜。本章僅作介紹。采用匹配濾波器捕獲技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：具有較強(qiáng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能力，同步速度快；簡(jiǎn)單的序列匹配濾波器就可提供所需的性能。采用匹配濾波器捕獲技術(shù)的缺點(diǎn)是：技術(shù)實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜；在同樣干擾環(huán)境下，監(jiān)測(cè)能力劣于滑動(dòng)相關(guān)捕獲技術(shù)的檢測(cè)能力。4.4并—串捕獲技術(shù)并—串捕獲技術(shù)的工作原理是：將同步引導(dǎo)碼分成兩部分，一部分有較短的序列組成，通過(guò)并行捕獲系統(tǒng)（匹配濾波器捕獲系統(tǒng)）進(jìn)行捕獲；另一部分由較長(zhǎng)的序列組成，通過(guò)串行捕獲系統(tǒng)（滑動(dòng)相關(guān)捕獲系統(tǒng)）進(jìn)行捕獲。串行捕獲系統(tǒng)由并行捕獲系統(tǒng)啟動(dòng)，這樣，由并行捕獲系統(tǒng)來(lái)完成跳頻序列起始時(shí)刻的同步。高速跳頻系統(tǒng)并—串捕獲原理如圖4.3所示。圖4.3并—串捕獲原理圖并—串捕獲技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)合了串行捕獲技術(shù)檢測(cè)可靠性高和并行捕獲技術(shù)快速捕獲的優(yōu)點(diǎn)；系統(tǒng)的抗干擾能力和多址組網(wǎng)能力增強(qiáng)。并—串捕獲技術(shù)的缺點(diǎn)是：實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性明顯增加；價(jià)格較昂貴。在系統(tǒng)的復(fù)雜度上，由原理示意圖可見(jiàn)，匹配濾波器法需要條由混頻、濾波、檢波和二值判決組成的相關(guān)支路，而滑動(dòng)相關(guān)法只需要一條同樣的相關(guān)的支路，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，也正因?yàn)槿绱?，滑?dòng)相關(guān)是我們研究的重點(diǎn)。在抗干擾性能上，因?yàn)槎际菍?duì)一個(gè)跳頻周期內(nèi)的相關(guān)檢波累加結(jié)果進(jìn)行捕獲判決，多以對(duì)同樣的跳頻序列周期長(zhǎng)度，匹配濾波器和滑動(dòng)相關(guān)如果采用同樣的判決門限，則抗干擾性完全相同，都具有最高級(jí)別的抗干擾性。4.5等待搜索式自同步法除了滑動(dòng)相關(guān)和匹配濾波器法以外，對(duì)跳頻信號(hào)的捕獲還有一種常用的方法即：等待搜索式自同步法。等待搜索式自同步法的捕獲過(guò)程分為兩個(gè)階段：初始捕獲和同步識(shí)別，其原理如圖4.4所示。圖4.4等待搜索自同步法原理圖1.初始捕獲跳頻通信系統(tǒng)收發(fā)端的跳頻具有相同結(jié)構(gòu)和相同跳頻圖案，只有接受跳頻集與發(fā)送跳頻集中的相應(yīng)頻率，相差一個(gè)固定中頻。等待搜索式自同步的工作原理是：將一組PN碼，控制頻率合成器輸出某一個(gè)固定頻率，以等待搜索發(fā)送端跳頻信號(hào)中的對(duì)應(yīng)頻率，當(dāng)搜索到時(shí)，兩者在相關(guān)器中相關(guān)，產(chǎn)生固定中頻，經(jīng)包絡(luò)檢波和限幅等處理后，得到一同步捕獲檢測(cè)信號(hào)當(dāng)它大于同步捕獲門限電平時(shí)，則釋放時(shí)鐘脈沖，觸發(fā)PN碼產(chǎn)生器，使本地頻率合成器從開(kāi)始，按跳頻圖案輸出跳頻信號(hào)，這一過(guò)程，稱初始同步，如果接受到的跳頻信號(hào)與不對(duì)應(yīng)，則，PN碼產(chǎn)生器保持原輸出狀態(tài)不變，頻率合成器輸出頻率停留在上繼續(xù)等待。在實(shí)際跳頻信道中，存在著自然和人為干擾及其他系統(tǒng)的跳頻信號(hào)，當(dāng)某一個(gè)干擾頻率與本地等待頻率有足夠的相關(guān)輸出時(shí)會(huì)形成虛警同步，影響正常同步的建立；當(dāng)干擾信號(hào)干擾了有效跳頻信號(hào)時(shí)，將造成撿漏，也影響正常同步的建立。2.同步識(shí)別為減少虛警現(xiàn)象，一次相關(guān)檢測(cè)到的信號(hào)不能算捕獲成功，而規(guī)定幾個(gè)連續(xù)的chip（切普，跳頻信號(hào)中每個(gè)頻率占用的時(shí)間，也稱頻隙）中，都是實(shí)現(xiàn)，才算捕獲成功，這時(shí)才啟動(dòng)PN器，使頻率合成器輸出本地跳頻信號(hào)，這一過(guò)程稱為同步識(shí)別。初始捕獲和同步識(shí)別成功后，接受跳頻器輸出的跳頻信號(hào)與發(fā)送端跳頻信號(hào)同步跳變，實(shí)現(xiàn)了頻率同步，但這時(shí)收發(fā)端對(duì)應(yīng)的起止時(shí)刻不一定完全一致，即頻隙的相位還沒(méi)達(dá)到同步，還需不斷的調(diào)整PN碼的相位，以使收發(fā)端相應(yīng)頻隙起始時(shí)刻完全一致，達(dá)到相位同步，這一過(guò)程稱為同步跟蹤。完成了初始捕獲同步識(shí)別和同步跟蹤，才算建立和實(shí)現(xiàn)了調(diào)頻同步，系統(tǒng)進(jìn)入鎖定跟蹤狀態(tài)。4.6快速出局式捕獲法快速出局式捕獲法先在M個(gè)頻隙內(nèi)根據(jù)相關(guān)結(jié)果做出出局判決。若判決標(biāo)準(zhǔn)表明顯著的未同步，則將當(dāng)前本地跳頻序列的狀態(tài)快速出局，經(jīng)相位滑動(dòng)后再重新開(kāi)始本地跳頻與接收信號(hào)的相關(guān)、累積和出局判決；否則，同滑動(dòng)相關(guān)法，對(duì)一個(gè)周期內(nèi)的相關(guān)結(jié)果進(jìn)行捕獲成功與否的判決?？焖俪鼍质讲东@法系統(tǒng)框圖如圖4.5所示。圖4.5快速出局式捕獲法原理圖4.7本章小結(jié)本章主要對(duì)高速跳頻信號(hào)的五種捕獲方法即滑動(dòng)相關(guān)捕獲法，匹配濾波器捕獲法，并—串捕獲方法，等待搜索自同步法，快速出局式捕獲法的捕獲過(guò)程和具體的捕獲原理進(jìn)行了深入的探討，并繪制了各種捕獲方法的原理示意圖。5高速跳頻信號(hào)捕獲方法的仿真分析5.1MATLAB的簡(jiǎn)介近年來(lái)MATLAB作為一套高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化數(shù)學(xué)軟件，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于自動(dòng)控制、數(shù)值和符號(hào)計(jì)算、工程與科學(xué)繪圖、數(shù)字信號(hào)處理、通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真以及財(cái)務(wù)與金融工程各個(gè)領(lǐng)域，可謂MATLAB無(wú)處不在。MATLAB這個(gè)詞是由MATrix和LABoratory這兩個(gè)詞的前3個(gè)字母組合而成，顧名思義，就是矩陣實(shí)驗(yàn)室（matrixlaboratory），它是由MathWorks公司于1984年推出的一套高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化數(shù)學(xué)軟件，被譽(yù)為“巨人肩上的工具”。最重要的是，由于使用MATLAB進(jìn)行編程運(yùn)算與人進(jìn)行科學(xué)計(jì)算的表達(dá)方式完全一致，所以不像其他高級(jí)語(yǔ)言（如Basic、Fortran和C等）那樣難于掌握，用MATLAB編寫程序猶如在演算紙上排列出公式與求解問(wèn)題，因此它又被稱為演算紙式科學(xué)計(jì)算語(yǔ)言。MATLAB主要用于方便矩陣的存取，其基本元素是無(wú)需定義維數(shù)的矩陣。MATLAB問(wèn)世以來(lái)，就以數(shù)值計(jì)算稱雄。MATLAB進(jìn)行數(shù)值計(jì)算的基本單位是復(fù)數(shù)數(shù)組（或稱矩陣），這時(shí)的MATLAB高度“向量化”。經(jīng)過(guò)20年的擴(kuò)充和完善，MATLAB現(xiàn)已發(fā)展成為線性代數(shù)課程的標(biāo)準(zhǔn)工具。由于它不需要定義數(shù)組的維數(shù)，并且它提供了矩陣函數(shù)、特殊矩陣專門的庫(kù)函數(shù)，使之在求解諸如信號(hào)處理、建模、系統(tǒng)識(shí)別、控制、優(yōu)化等領(lǐng)域的問(wèn)題時(shí)，顯得大為快捷、高效、方便，這是其他高級(jí)語(yǔ)言所不能比擬的。MATLAB的典型的應(yīng)用包括以下幾個(gè)方面。數(shù)學(xué)和計(jì)算算術(shù)發(fā)展模型；模擬仿真和原型；數(shù)據(jù)分析、開(kāi)發(fā)和可視化；科學(xué)和工程學(xué)；應(yīng)用發(fā)展包括圖形用戶界面設(shè)計(jì)。MATLAB系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分構(gòu)成。MATLAB編程程序語(yǔ)言。包括矩陣描述方法、控制流動(dòng)陳述、函數(shù)等，主要特點(diǎn)是面向目標(biāo)編程（POP）。MATLAB工作環(huán)境。這個(gè)集成化的平臺(tái)為用戶進(jìn)行各種各樣的操作提供了便利。MATLAB繪圖系統(tǒng)。用戶通過(guò)MATLAB可以繪制二維、三維等圖形，還可以進(jìn)行圖像處理、動(dòng)畫片制作等。另外，MATLAB允許用戶自己建造完整的圖形用戶界面（GUI)。MATLAB的庫(kù)函數(shù)。數(shù)學(xué)和分析的功能在MATLAB工具箱中被組織成8個(gè)文件夾。應(yīng)用程序接口（API）。MATLAB允許用戶通過(guò)應(yīng)用程序接口，編寫C、Fortran語(yǔ)言與MATLAB交互程序。MATLAB的基本功能如下：數(shù)學(xué)運(yùn)算功能。數(shù)學(xué)運(yùn)算是MATLAB產(chǎn)品家族的基礎(chǔ)，它包括矩陣運(yùn)算和數(shù)值分析法等。2D和3D圖形顯示功能。它可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的數(shù)值可視化的工作。交互式的高級(jí)編程語(yǔ)言—M語(yǔ)言編程功能。利用M語(yǔ)言可以通過(guò)編寫腳本或者函數(shù)文件實(shí)現(xiàn)用戶自己的算法。工具箱函數(shù)功能。利用M語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的MATLAB專業(yè)工具箱函數(shù)，可提供用戶直接使用。這些工具箱應(yīng)用的算法是開(kāi)放的可擴(kuò)展的，用戶不僅可以查看其中的算法，還可以針對(duì)一些算法進(jìn)行修改，甚至允許開(kāi)發(fā)自己的算法擴(kuò)充工具箱的功能。目前MATLAB產(chǎn)品的工具箱有四十多個(gè)，分別涵蓋了數(shù)據(jù)獲取、科學(xué)計(jì)算、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析、數(shù)字信號(hào)處理、數(shù)學(xué)圖像處理、金融財(cái)務(wù)分析及生物遺產(chǎn)工程等專業(yè)領(lǐng)域。編譯功能。MATLAB可以通過(guò)編譯器（Compiler），講MATLABM語(yǔ)言編寫的函數(shù)文件編譯生成函數(shù)庫(kù)、可執(zhí)行文件COM組件等。這樣就可以擴(kuò)展MATLAB的功能，使MATLAB能夠同其他高級(jí)編程語(yǔ)言進(jìn)行混合應(yīng)用，取長(zhǎng)補(bǔ)短，以提高程序的運(yùn)行效率，豐富開(kāi)發(fā)的手段。Simulink仿真功能。Simulink是基于MATLAB的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，可以用來(lái)對(duì)各種動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、分析和仿真，它的建模范圍廣泛，可以針對(duì)任何能夠用數(shù)學(xué)來(lái)描述的系統(tǒng)進(jìn)行建模。Simulink提供了利用鼠標(biāo)拖拽的方法建立系統(tǒng)框圖模型的圖形界面，而Simulink還提供了豐富的功能塊及不同的專業(yè)模塊集合，利用Simulink幾乎可以做到不用書寫一行代碼來(lái)完成整個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模工作。Stateflow交互式設(shè)計(jì)功能。它基于有限狀態(tài)機(jī)的理論，可以用來(lái)對(duì)復(fù)雜的時(shí)間驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真。Stateflow與Simulink和MATLAB緊密集成，可以將Stateflow創(chuàng)建的復(fù)雜控制邏輯有效地結(jié)合到Simulink的模型中。自動(dòng)代碼生成功能。在MATLAB產(chǎn)品族中，自動(dòng)化的代碼生成工具主要有Real-Timeworkshop（RTW）和StateflowCoder，這兩種代碼生成工具可以直接將Simulink的模型框圖和Stateflow的狀態(tài)圖轉(zhuǎn)換成高效優(yōu)化的程序代碼。利用RTW生成的代碼簡(jiǎn)捷、可靠、易讀。目前RTW支持生成標(biāo)準(zhǔn)的C語(yǔ)言代碼，并且具備了生成其他語(yǔ)言代碼的能力。在世界各國(guó)的大學(xué)里，諸如應(yīng)用代數(shù)、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、自動(dòng)控制、數(shù)字信號(hào)處理、模擬與數(shù)字通信、時(shí)間序列分析、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真等課程的教科書都把MATLAB作為其內(nèi)容。在國(guó)際學(xué)術(shù)界，MATLAB已經(jīng)被確認(rèn)為準(zhǔn)確、可靠的計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)軟件。5.2跳頻序列的建立在進(jìn)行捕獲方法的仿真前首先要建立一個(gè)跳頻序列。跳頻序列的設(shè)計(jì)受跳頻系統(tǒng)所使用的同步方法的制約，而跳頻序列的性能也影響到捕獲和保持時(shí)間等同步性能。在使用自同步法實(shí)現(xiàn)同步時(shí)，通常要求跳頻序列是非重復(fù)的。這樣，當(dāng)收信機(jī)捕獲到某一頻隙時(shí)，立即可得知發(fā)信機(jī)當(dāng)時(shí)的狀態(tài)并能同步地跳變到后一個(gè)時(shí)隙。本文中所采用的串行搜索捕獲法，等待搜索式自同步法都是由接收端從接收跳頻信號(hào)中直接提取同步信息，都屬于自同步法。在這里我們建立一個(gè)有8個(gè)頻點(diǎn)的單跳跳頻信號(hào)，每300位擴(kuò)頻碼對(duì)應(yīng)一個(gè)頻點(diǎn)。設(shè)置跳頻參數(shù)：A=40；%發(fā)射信號(hào)振幅Vt=16000Hops/S；%實(shí)際調(diào)速tt=0.0000625s；%每跳持續(xù)時(shí)間vm=48000000Hops/S；%擴(kuò)頻碼的碼速fs=1.5e9*4；%采樣頻率tm=1/vm；%傳輸一個(gè)碼元所需時(shí)間產(chǎn)生跳頻信號(hào)后要對(duì)其進(jìn)行離散化，經(jīng)過(guò)采樣后，形成含有八個(gè)跳頻點(diǎn)的本地信號(hào)，其功率譜密度圖形如圖5.1所示。圖5.1跳頻信號(hào)的功率譜密度圖每一跳本地信號(hào)波形的頻率都不相同，例如第一跳信號(hào)的頻率為HZ，其波形如圖5.2所示。圖5.2第一跳本地的時(shí)域圖對(duì)八跳信號(hào)中的前三條信號(hào)進(jìn)行放大，則放大后的前三跳信號(hào)的功率譜密度圖形如圖5.3所示。圖5.3前三跳跳頻信號(hào)功率譜密度圖5.3滑動(dòng)相關(guān)法的仿真設(shè)計(jì)滑動(dòng)相關(guān)法的同步捕獲部分主要包括六個(gè)功能模塊：混頻器：完成接收機(jī)本地信號(hào)與接收跳頻信號(hào)混頻處理，通過(guò)混頻完成兩信號(hào)的相關(guān)。檢波器：在任意時(shí)刻，對(duì)本地信號(hào)與接收到的跳頻信號(hào)某一頻率相關(guān)的結(jié)果進(jìn)行檢波處理。積分清零器：為了克服干擾的影響，檢波器的輸出在每一個(gè)切普時(shí)間內(nèi)積分，為判決電路提供準(zhǔn)確的樣值。判決電路取樣后就立即將積分器清零，以便進(jìn)行下一個(gè)切普的積分。PN序列發(fā)生器：根據(jù)系統(tǒng)要求產(chǎn)生與發(fā)信端相同的偽隨機(jī)序列，從而控制頻率合成器的跳頻，本文仿真中是RS跳頻序列發(fā)生器。頻率合成器：受PN序列發(fā)生器控制產(chǎn)生本地跳頻信號(hào)。同步判定器：判定接收的跳頻信號(hào)是否與本地跳頻序列一致。有兩個(gè)功能，第一是完成對(duì)每一跳的積分清零器輸出值與預(yù)先設(shè)定能量門限電平的比較，判定這一跳是否捕獲上。第二是檢測(cè)跳頻序列一個(gè)周期中捕獲上的次數(shù)，如果判定值大于預(yù)設(shè)的同步判定門限值，則認(rèn)為已成功捕獲?；瑒?dòng)相關(guān)法的流程如圖5.5所示。圖5.4滑動(dòng)相關(guān)捕獲法流程圖滑動(dòng)相關(guān)法的仿真過(guò)程為：首先將接收端的跳頻序列發(fā)生器置于某初始狀態(tài)，利用所產(chǎn)生的跳頻序列控制本地頻率合成器，生成本地信號(hào)。然后掃描加有噪聲的接收跳頻信號(hào)，并與本地信號(hào)進(jìn)行混頻處理?；祛l器的輸出送入中頻濾波器，濾掉混頻后信號(hào)的高頻成分。中頻濾波器的輸出送入檢波器進(jìn)行能量檢測(cè)。對(duì)能量檢測(cè)的結(jié)果是在每一跳上進(jìn)行一次積分處理，如果積分結(jié)果大于預(yù)先設(shè)定的能量檢測(cè)門限電平，可以判定當(dāng)前跳捕獲上。當(dāng)達(dá)到跳頻序列一個(gè)周期的檢測(cè)長(zhǎng)度，進(jìn)行同步判定，若成功捕獲的跳頻點(diǎn)數(shù)超過(guò)預(yù)先設(shè)定的同步判定門限值，則可以判定跳頻捕獲已經(jīng)完成，停止搜索。反之，則使跳頻序列的步進(jìn)一個(gè)相位，并繼續(xù)進(jìn)行搜索。在進(jìn)行滑動(dòng)相關(guān)捕獲時(shí)，接信號(hào)含有5dB高斯白噪聲，含有噪聲的接收信號(hào)如圖5.5所示。圖5.5接收信號(hào)時(shí)域圖對(duì)接收到的含有375000個(gè)點(diǎn)的接收信號(hào)先進(jìn)行降頻，每隔五個(gè)點(diǎn)取一次，降頻后有75000個(gè)點(diǎn)。對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行降頻處理能夠有效的減少接收端的應(yīng)用負(fù)荷，降低硬件資源消耗。對(duì)信號(hào)進(jìn)行降頻處理后的時(shí)域信號(hào)如圖5.6所示。降頻之后接收端所要處理的點(diǎn)數(shù)明顯減小。圖5.6降頻之后的時(shí)域圖用滑動(dòng)相關(guān)法進(jìn)行同步捕獲時(shí)，接受端需要一個(gè)由與發(fā)送端相同擴(kuò)頻碼來(lái)產(chǎn)生一個(gè)本地滑動(dòng)數(shù)據(jù)，同樣每跳信號(hào)對(duì)應(yīng)300個(gè)擴(kuò)頻碼，并對(duì)其進(jìn)行BPSK調(diào)制。經(jīng)過(guò)BPSK調(diào)制，每個(gè)擴(kuò)頻碼對(duì)應(yīng)250個(gè)采樣點(diǎn)，碼元變換處產(chǎn)生相位變換。則經(jīng)過(guò)BPSK調(diào)制后的本地信號(hào)如圖5.7所示。在進(jìn)行滑動(dòng)相關(guān)階段，本地信號(hào)每次只滑動(dòng)一個(gè)碼元。在一個(gè)周期內(nèi)，將本地信號(hào)與接收到的信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，并且將運(yùn)算值與閾值作比較。如果相關(guān)后的值大于閾值，則捕獲成功；反之，則捕獲失敗。失敗后繼續(xù)將本地信號(hào)滑動(dòng)一個(gè)碼元，再次與接收到的信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算并和閾值作比較，如果大于閾值則表示捕獲成功進(jìn)入跟蹤階段，如果失敗則繼續(xù)滑動(dòng)直到捕獲成功為止。在捕獲過(guò)程中要與規(guī)定的閾值作比較，若捕獲成功則會(huì)出現(xiàn)一個(gè)明顯的相關(guān)峰值，設(shè)接收信號(hào)與本地信號(hào)初始偏移為37500采樣點(diǎn)（跳時(shí)間）。在無(wú)噪聲的情況下滑動(dòng)相關(guān)后產(chǎn)生峰值如圖5.8所示。圖5.7經(jīng)過(guò)BPSK調(diào)制后的本地信號(hào)圖5.8無(wú)噪聲滑動(dòng)相關(guān)后的峰值圖當(dāng)對(duì)接收信號(hào)加入不同程度高斯白噪聲是，利用滑動(dòng)相關(guān)捕獲方法是，會(huì)產(chǎn)生不一樣的結(jié)果同時(shí)測(cè)試了滑動(dòng)相關(guān)捕獲法的抗干擾能力當(dāng)加入-20dB信噪比的高斯白噪聲背景下，對(duì)接收信號(hào)利用滑動(dòng)相關(guān)同步法進(jìn)行捕獲處理，捕獲依舊成功。仿真結(jié)果表明，滑動(dòng)相關(guān)捕獲法的抗噪聲性能優(yōu)越。仿真結(jié)果如圖5.9所示。圖5.9-20dB信噪比條件下的捕獲圖當(dāng)加入-40dB信噪比的高斯白噪聲背景下，對(duì)接收信號(hào)利用滑動(dòng)相關(guān)同步法進(jìn)行捕獲處理，此時(shí)捕獲失敗。仿真結(jié)果如圖5.10所示。圖5.10捕獲失敗圖結(jié)果表明，當(dāng)加入不同程度的高斯白噪聲干擾時(shí)，捕獲會(huì)出現(xiàn)不一樣的效果，滑動(dòng)箱管捕獲方法的抗干擾能力雖然很強(qiáng)，但是當(dāng)干擾程度慢慢變強(qiáng)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)捕獲失敗的現(xiàn)象。5.4等待搜索自同步法的仿真設(shè)計(jì)等待搜索式同步的電路結(jié)構(gòu)與串行搜索捕獲方案類似，不同的是接收端在同步捕獲之前沒(méi)有跳頻動(dòng)作，而是靜止在某一個(gè)頻率上。其各個(gè)模塊的功能與串行搜索捕獲法相同。仿真時(shí)，首先使接收機(jī)跳頻序列發(fā)生器置于某一狀態(tài)，此時(shí)所產(chǎn)生的本地信號(hào)頻率就靜止等待在相應(yīng)的頻率點(diǎn)上。然后掃描加有噪聲的接收跳頻信號(hào)，對(duì)本地信號(hào)和接收的跳頻信號(hào)進(jìn)行混頻處理，完成兩信號(hào)的混頻運(yùn)算，利用中頻濾波器濾波后，利用檢波器進(jìn)行能量判決。若檢波器的輸出大于能量門限電平，則判定為初始捕獲完成，釋放一個(gè)時(shí)鐘脈沖，觸發(fā)跳頻序列發(fā)生器，開(kāi)始同步識(shí)別過(guò)程。若檢波器的輸出未超過(guò)能量門限電平，則本地信號(hào)頻率保持在原來(lái)狀態(tài)。初始捕獲成功后，如果在跳頻序列一個(gè)周期中，能量檢測(cè)結(jié)果大于預(yù)先設(shè)定能量門限值的次數(shù)超過(guò)同步判定門限值，則判定為捕獲成功。等待搜索自同步法的流程如圖5.11所示。圖5.11等待搜索自同步法捕獲流程圖接收信號(hào)以第一跳數(shù)據(jù)為例，載波頻率為Hz。在無(wú)噪聲的條件下，首先將接收信號(hào)和本地信號(hào)進(jìn)行混頻，混頻信號(hào)如圖5.12所示。圖5.12混頻信號(hào)時(shí)域圖經(jīng)過(guò)帶通濾波后只有相差固定中頻時(shí)，信號(hào)通過(guò)能量檢測(cè)才能大于能量閾值。中頻信號(hào)如圖5.13所示。圖5.13中頻信號(hào)時(shí)域圖利用等待搜索自同步法進(jìn)行捕獲時(shí)混頻濾波后，產(chǎn)生固定中頻則會(huì)在能量檢測(cè)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)峰值，并且這個(gè)峰值會(huì)大于門限閾值，在無(wú)噪聲的條件下對(duì)中頻信號(hào)采用循環(huán)相關(guān)進(jìn)行能量檢波。仿真結(jié)果如圖5.14所示。圖5.14等待搜索自同步法的峰值圖圖5.14的仿真結(jié)果表明，在進(jìn)行初始捕獲時(shí)，當(dāng)本地信號(hào)與接收到的信號(hào)相差固定中頻時(shí)，它們進(jìn)行混頻濾波能量檢波并與門限電平比較后，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)峰值即初始捕獲成功。當(dāng)接收信號(hào)與本地信號(hào)并未相差一個(gè)中頻，假設(shè)接收信號(hào)為載頻為HZ的第六跳信號(hào)，此時(shí)混頻濾波結(jié)果如圖5.15所示。圖5.15未相差中頻的混頻信號(hào)時(shí)域圖在無(wú)噪聲的條件下采用循環(huán)相關(guān)進(jìn)行能量檢波。仿真結(jié)果如圖5.16所示。圖5.16捕獲失敗圖圖5.16的仿真結(jié)果表明，在初始捕獲階段，當(dāng)本地信號(hào)與接收到的信號(hào)并未相差固定中頻時(shí)，它們進(jìn)行混頻濾波能量檢波并與門限電平比較后，就不會(huì)出現(xiàn)一個(gè)峰值即捕獲失敗。一旦第一跳初始捕獲成功后，釋放一個(gè)時(shí)鐘脈沖，觸發(fā)跳頻序列發(fā)生器，即本地信號(hào)頻率開(kāi)始跳變，轉(zhuǎn)入同步識(shí)別過(guò)程。同步識(shí)別在本質(zhì)上與初始捕獲并無(wú)太大區(qū)別，依舊進(jìn)行混頻濾波，利用檢波器進(jìn)行能量檢波且與門限電平進(jìn)行比較，只有幾個(gè)連續(xù)的chip（切普，跳頻信號(hào)中每個(gè)頻率占用的時(shí)間，也稱頻隙）中，都是實(shí)現(xiàn)，才算捕獲成功。5.5本章小結(jié)本章利用軟件MATLAB7.0對(duì)前面幾章的捕獲理論在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行了仿真實(shí)現(xiàn)。首先產(chǎn)生了一個(gè)含有八個(gè)頻點(diǎn)的跳頻序列，分別對(duì)滑動(dòng)相關(guān)捕獲法和等待搜索自同步法進(jìn)行仿真，這兩種捕獲方法的成功都受到能量門限電平的影響，但滑動(dòng)相關(guān)法只有當(dāng)收發(fā)兩端的擴(kuò)頻碼同步而且噪聲干擾沒(méi)有足夠大時(shí)后才能產(chǎn)生一個(gè)大于門限電平的值這樣才能捕獲成功。而等待搜索自同步法則需要進(jìn)行初始捕獲和同步識(shí)別，本地信號(hào)和接收信號(hào)必須相差固定中頻才算是初始捕獲成功，進(jìn)入同步識(shí)別階段，同步識(shí)別階段成功了才算是捕獲成功。結(jié)論本文主要對(duì)高速跳頻通信系統(tǒng)的捕獲技術(shù)及其相關(guān)理論進(jìn)行了研究，其中包括高速跳頻通信系統(tǒng)的原理以及其研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)、高速跳頻通信系統(tǒng)的模型、高速跳頻信號(hào)的捕獲方法等。同步問(wèn)題一直是跳頻通信系統(tǒng)中的難點(diǎn)和熱點(diǎn)問(wèn)題。如今跳頻正朝著更高跳速的方向發(fā)展。跳速的提高使每跳駐留時(shí)間很短，在如此短的時(shí)間內(nèi)要做到系統(tǒng)同步，將是一件困難的事，而在傳輸數(shù)據(jù)信息時(shí)，還要考慮到位同步和幀同步問(wèn)題，使得同步變得更復(fù)雜。因此研究跳頻同步具有極大的現(xiàn)實(shí)意義。跳頻同步分為跳頻捕獲(粗同步)和跳頻跟蹤(細(xì)同步)兩個(gè)階段，本文圍繞高速跳頻捕獲問(wèn)題進(jìn)行研究。完成如下工作:1研究了滑動(dòng)相關(guān)捕獲法、匹配濾波器捕獲法及等待搜索式自同步法的原理。2基于MATLAB仿真實(shí)現(xiàn)了高速跳頻系統(tǒng)的滑動(dòng)相關(guān)捕獲法、等待搜索式自同步法兩種捕獲算法。跳頻同步技術(shù)是跳頻通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，保密性很強(qiáng)，作者只是對(duì)同步捕獲問(wèn)題進(jìn)行了初步研究。由于本人技術(shù)水平有限，有許多方面的問(wèn)題考慮的不周全，因此本文還有許多其他需要改進(jìn)的地方。以下方面的工作有待在今后的工作中繼續(xù)研究。1本文中僅考慮了單用戶的同步捕獲，在多用戶、組網(wǎng)情況下的同步問(wèn)題研究是今后工作的一個(gè)重要方向。2本文研究中僅針對(duì)同步捕獲部分進(jìn)行，在今后的工作中可以同時(shí)考慮進(jìn)行同步跟蹤，在整個(gè)跳頻通信系統(tǒng)中進(jìn)行同步研究。3其他信道條件下的跳頻同步研究。致謝時(shí)光荏苒，歲月如梭。我已經(jīng)在美麗的度過(guò)了四個(gè)年頭。四年，這是我人生中非常重要的四年，我有幸能夠接觸到這些不僅傳授我知識(shí)、學(xué)問(wèn)，而且從更高層次指導(dǎo)我的人生與價(jià)值追求的良師。他們使我堅(jiān)定了人生的方向，獲得了追求的動(dòng)力，留下了大學(xué)生活的美好回憶。在此，我真誠(chéng)地向我尊敬的老師們和母校表達(dá)我深深的謝意。本畢設(shè)和論文的工作是在教授的悉心指導(dǎo)下完成的。老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、寬廣淵博的專業(yè)學(xué)識(shí)、對(duì)事業(yè)孜孜追求的獻(xiàn)身精神以及待人寬厚、平易近人的為人風(fēng)格使我受益匪淺。從老師身上，我不僅學(xué)到了許多知識(shí)，更重要的是學(xué)到了精益求精、學(xué)無(wú)止境的治學(xué)精神。馮老師在指導(dǎo)我的論文的過(guò)程中，始終踐行著“授人以魚(yú)，不如授之以漁”的原則。在此，請(qǐng)?jiān)试S我向尊敬的馮老師表示真摯的謝意！

感謝學(xué)長(zhǎng)在畢業(yè)設(shè)計(jì)和論文寫作過(guò)程中一直給予的關(guān)心和幫助。在這篇論文的寫作過(guò)程中，孟凡瑋學(xué)長(zhǎng)不辭辛勞，多次與我對(duì)論文中許多核心問(wèn)題作深入細(xì)致地探討，給我提出切實(shí)可行的指導(dǎo)性建議。感謝和我一起生活了四年的朋友，是你們?cè)谖沂б鈺r(shí)給我鼓勵(lì)，在我失落時(shí)給我支持，感謝你們和我一路走來(lái)，讓我在人生這一驛站中倍感溫暖！感謝我的父母在生活上對(duì)我的關(guān)心和照顧。我能夠順利完成學(xué)業(yè)與他們無(wú)微不至的關(guān)懷是分不開(kāi)的。最后，再次感謝為我們默默地?zé)o私奉獻(xiàn)自己的各位老師，老師們辛苦了！

衷心祝愿母校的明天更加美好！參考文獻(xiàn)樊昌信，曹麗娜．通信原理(第六版)．北京：國(guó)防工業(yè)出版社．2010．185-230．范影樂(lè)，楊勝天，李軼等．Matlab仿真應(yīng)用詳解．北京：人民郵電出版社，2001．75-82．梅文華，王淑波，邱永紅等．跳頻通信．北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2005．曾興雯，劉乃安，孫獻(xiàn)璞．?dāng)U展頻譜通信及其多址技術(shù).西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2004．姚富強(qiáng)．通信抗干擾工程與實(shí)踐．電子工業(yè)出版社．2008，12．田日才．?dāng)U頻通信．北京：清華大學(xué)出版社，2007．陳永舂編著．從Matlab/Simulink模型到代碼實(shí)現(xiàn)．北京：清華大學(xué)出版社，2002．蔣定順，金力軍．高速跳頻通信系統(tǒng)同步技術(shù)研究．電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，34(1)：48-52．郝威，楊露菁．跳頻技術(shù)的發(fā)展及其干擾對(duì)策．艦船電子對(duì)抗，2004，27(4)：7-12．朱衛(wèi)國(guó)，白皓寬．寬帶跳頻信號(hào)捕獲分析技術(shù)．國(guó)外電子測(cè)量技術(shù)，2010．呂金龍，陳樹(shù)新．高速快跳擴(kuò)頻信號(hào)的快速捕獲技術(shù)研究．2010，04．蔣鴻宇，葉江峰，肖仕偉，張?。环N超寬帶高速跳頻信號(hào)實(shí)時(shí)非合作接收機(jī)．信息與電子工程，2012，04．附錄A英文原文Fastacquisitionschemewithexcellentanti-jammingperformanceAbstractModernfrequencyhoppingsystemsgenerallyusetheslidingcorrelationschemeandthematchedfilterschemewhichhavethebestanti-jammingperformance.However,theslidingcorrelationschemeconvergestooslowlywhilethematchedfilterschemeoccupiestoomuchhardware.Animprovedacquisitionschemewasdevelopedwhichreducestheacquisitiontime,hasexcellentanti-jammingabilityandlimitsthesystemcomplexity.Theimprovedschemenotonlykeepsthebestanti-jammingperformancebutalsohasasimplestructurecomparabletotheclassicalslidingcorrelationacquisitionwithanacquisitionspeedalmostasfastastheclassicalmatchedfilteracquisition.Keywords:frequency-hoppedcommunication;synchronization;acquisition;fast-outHoppingcommunicationtechnologyoriginatedinthehigh-securitymilitarycommunicationsandhighnoiseimmunityrequirements,asinGSM,HomeRF,Bluetoothandothercivilianmobilecommunicationwidelyused,andpeople'sdailylifeiscloselyrelated.Quicklyandaccuratelytoachievesynchronizationhoppingfrequencyhoppingcommunicationsystemisnecessaryfornormalworkconditions.Theso-calledfrequencyhoppingsynchronizationistomakethesendingandreceivingendsofthefrequencyhoppinglawexactly,includingthesamefrequencyandphasecoherent.Stronganti-jammingfrequency-hoppingcommunicationisanimportantreasonforwidespreaduse,frequencyhoppingsynchronizationfrequencyhoppingcommunicationtechnologiesasoneofthekeyfamily,musthaveastrongimmunityinordertohavepracticalvalueandsustainabledevelopmentvitality.Meanwhile,real-timecommunicationiscritical,especiallyinmilitarycommunications,sohoppingsynchronizationsetuptimeasshortaspossible.Hoppingsynchronizationoftwostages:synchronizationacquisitionandsynchronizationtracking.Thesynchronizationacquisition,the1/2frequencyaccuracyofthegapwidthofRoughsynchronization;synchronizationtrackingperformfurtheraccuratetimesynchronizationandphaselock.Synchronizationacquisitionmoduleperformancelargelydeterminesthesynchronizationsystemperformancefromthe1950shoppingcommunicationtechnologiesemergesofar,peoplehavebeenconductingextensiveresearchonresearchresultsarealsoverysignificant.Accordingtothereceiversynchronizationinformationfromthesendertoobtaindifferentmethods,frequencyhoppingsynchronizationmethodcanbedividedintoseparatechannels,frontsynctiplawandself-synchronizationmethod.Sincenoadditionalsynchronizationmethodasadditionalinformation,istechnicallymorechallenging,butbymanyresearchers.Currentlybasedontherelevantlawsaremainlyself-synchronizingmatchedfiltermethod,theslidingcorrelationmethod,waitforthesearchmethod,displacementwaitforSearchmethod,fastscanningmethod.Whichmatchedfilteringmethodandtheslidingcorrelationmethodhasthehighestlevelofanti-jammingperformance,displacementwaitSearchFranceandfastscanningmethodimmunityispoor,theworstanti-jammingperformancewaitforthesearchmethod.Firstly,thestrongestanti-jammingperformancematchedfiltermethodandtheslidingcorrelationmethodforperformanceanalysisandcomparison,andonthisbasisproposeanimprovedalgorithm,theimprovedalgorithmhasstronganti-interference,rapidcaptureandsimplestructureandeasytoimplementfeaturessuchas.1Aclassicalmethod1.1MatchedfiltermethodMatchingfiltersystemblockdiagramshowninFigure1a.LethoppingsequencecycleoflengthL,thenthereceiverhasLcorrespondingtothefrequencyhoppingsystem.Jumpnoddingbandpassmatchedfilter,thefilter'scenterfrequencycontrolcenterbyalocalsearchreal-timecontrol.Theoutputsignalofthematchedfilterdetection,theaccumulationisdelayed,thefinaljudgmentoftheaccumulationresult.IncurrentslotistheL-slots,ifthematchedfiltercenterfrequencyinthelasttimeslotsjusttosatisfyLi-thtimeslotoriginatingthetransmissionfrequencyandthereceivingfiltertothecenterofthei-thfrequencyofelevencorrespondstotheaccumulatedvaluewillexceedapresetdecisionthreshold,synchronouscapturesuccess;otherwise,continuetosearchforthecentralcontrolofthematchedfiltercenterfrequency,forcapture.Figure1aMatchedfiltermethodFigure1bSlidingcorrelationmethodIfthecenterofthematchedfilterfrequencyisfixed,thecentralcontrolbysearchingfortheswitch-offofeachbranch,andthedetectionoutputofthedelayslotnumbertocompletethesynchronization.1.2SlidingcorrelationmethodprincipleShowninFigure1b,thelocalfrequencysynthesizeroutputfrequencyoriginatingidenticalfrequencyhoppingwhenthereafterbythemixerIFoutput,aftertheoutputafterenvelopedetectionvalueisrelativelylarge,theenvelopedetectoraccordingtotheoutputcurrentfrequencyslotjudgmentnoddingfrequencytransceiversidejumpisthesame,thesameas"1",arenotthesameas"0".Finally,ahoppingsequencecycleverdicttoaccumulatestatistics,controlofthesearchresultsbasedonstatisticalcountinginstruction.Iftheoutputofthecounterexceedsapredeterminedthresholdvalueisconsideredsuccessfulcaptureintotrackingstatus;iflessthanthethreshold,thenthatlocalfrequencysynthesizerfrequencyhoppinglawisinconsistentwiththesender.Bythesearchcommandtothelocalphaseshifthoppingsequence,thephaseshiftisusually1/2frequencyslot,thenacorrelationoperationhoppingcycleuntilcaptureissuccessful.1.3PerformancecomparisonThecomplexityofthestructureofthesystem,andfromFigure1,thematchedfiltermethodrequiresLmadefromthemixing,filtering,detectionandfinalizationjudgmentofthecompositionoftherelevantbranch,andtheslidingcorrelationmethodisonlyrelatedtoasamebranchsystemstructuresimple,itisalsothecase,slidingcorrelationmethodhasbeenwidelyused.Intheanti-jammingperformance,sincetheyareallonahoppingcycleaccumulationresultscapturethecorrelationdetectionjudgment,sothesamehoppingsequencecyclelength,matchedfilteringmethodandtheslidingcorrelationmethodifweadoptthesamedecisionthreshold,thentheanti-interferenceidentical,havethehighestlevelofinterference.Lethoppingsequencecyclelengthis,thefrequencyhoppingslot(chip)lengthoftime,thematchedfilteringmethodandtheslidingcorrelationmethodundertheconditionsofnointerferenceexpectedacquisitiontimeiscalculatedasfollows.Matchedfilteringmethodinthek-thfrequencyslottocompletethesynchronizationcaptureprobabilitiesare:（1）Capturingtimeexpectations:（2）Slidingcorrelationmethodinthek-thfrequencyslottocompletethesynchronizationcaptureprobabilitiesare:（3）Capturingtimeexpectations:（4）Slidingcorrelationmethodinthek-thfrequencyslottocompletethesynchronizationcaptureprobabilityisseenfromtheaboveresultsfromtheexpectedcapturetimespeaking,matchedfilteringmethodis,slidingcorrelationmethod,matchedfilteringmethodsuperior.2Improvedmethodsandperformanceanalysis2.1QuickoutsstylecapturemethodThealgorithmfirstwithintheM-band-gapresultsmadeoutinaccordancewithrelevantjudgments.Ifthedecisionwasastandardtableunsynchronized,thecurrentstateoflocalfastouthoppingsequence,aphase-slipandthenre-startthelocalcorrelationwiththereceivedsignalfrequencyhopping,accumulationandoutjudgment;otherwise,withtheslidingcorrelationmethod,thecorrelationresultswithinacyclejudgmentcapturesuccess.ActfasttocaptureoutgoingtypesystemblockdiagramshowninFigure2.Figure2Quickoutsstylecaptureassaysystemdiagram2.2PerformanceAnalysis2.2.1SystemcomplexityActquicklycapturedbytheoutgoingtypesystemblockdiagramshowsthatthemethodisverysimplesystemstructure.Comparedwiththeslidingcorrelationmethod,inadditiontosearchcontrolcenterhasincreasedthecomplexityofthecontrollogic,theonlyadditionofadecisionmoduleout.2.2CapturetimeexpectationsInnointerferenceexists,fastout-stylecapturemethodtocapturethek-thfrequencyslotprobabilityofsuccessis:（5）WhereinMisoutparameter.Expectedtimeofcapturingtimeis:（6）Bytheformula(6)canbeseen,thereisnointerferencewhenthecapturetimealgorithmslidingcorrelationmethodisfarlessthanexpected.WhenM=1,thatisbasedoncaptureofafrequencyorphase-outofthecurrentsentenceandthecapturetimematchedfiltermethodexpectedtocapturethesametimeexpectedtoachievethedesiredminimumvalueoftherelevantcapturetime.2.2.3ImmunityImmunitymainlyforerrorcapturerateanddraincatchrates,andquickout-stylecapturemethodisbasedontheideaofquickexitout,comparedwiththeslidingcorrelationmethod,withoutincreasingthecaptureratebymistake,sojuststudytheleakagecapturerate.Hereforacontinuoussingle-frequencyinterference,whilethereissingle-frequencyinterference,andthisinterferenceprobabilitydistributioninthecaseoftheL-bandgapstudy.Assumingafrequencyslot,thereisatargetsignalamplitudeitsco-channelinterferenceamplitude,andphaseanglebetweenin[0,]uniformdistribution,thentheandthesynthesissignalamplitudeexpressionis:（7）Aftertherelevantsetcanbedetectedbythejudgmentthresholdlevelis,thenif,resultinginmissedfrequency,atthistimeare:（8）Eachfrequencyslotinterferenceoccursprobabilityof,sothattheprobabilityofmissedeachfrequencygapis:（9）Ifahoppingcyclethanthebandgapismissed,theleakagewillcausethesystemtocapture,thesystemcapturestheprobabilityofleakage:（10）Where:representsthenumberofcombinations;representstheth.Quickexitslideslidingcorrelationmethodwiththeclassicalmethodcomparedtothejudgmentmaybemistakenbytheoutgoingleakoutandcausecapture,therebyintroducingasmallprobabilityofundetectedincrements.Ruleouttheconsecutiveuncaught,thisincrementislessthanthetotalnumberofundetectedfrequencyslot,andthenumberofconsecutivemissedfrequencyslotisgreaterthanorequalprobabilityrelated.Foreaseofanalysis,therangeislimitedto.Continuousfrequencyslotundetectedandonly,thetotalnumberislessthanfrequencyslotundetectedprobability:（11）Continuousfrequencyslotundetectedandonly,thetotalnumberislessthanfrequencyslotundetectedprobability:（12）Eveniftherehappenstobenolessthanthesuccessivefrequencyinterferencethatismissed,alsoneedthesefrequenciesfallintherulingoutintervaltocausethesystemtocaptureleakage,so?Onlythepresenceofsuccessivemissed,thesystemcapturestheprobabilityofleakageis;Onlythepresenceofconsecutivemissedthesystemcapturestheprobabilityofleakageis.Slidingoutquicklycapturemethodthantheclassicslidingcorrelationmethodtocapturetheleakagecaptureprobabilityincrementis（13）Where:representsthenumberofconsecutivemissedfrequencyslot;representsthetotalnumberofundetectedfrequencyslot.3Computersimulations3.1ImprovedmethodsandperformancecomparedtoclassicalmethodsIntheabsenceofinterferenceconditions,removeBureauparameter,frequency-hoppingsequencelengthfrom8to256caseswhenthevalueofthesimulation,matchedfilteringmethod,theslidingcorrelationmethodandthemethodofthreekindsofslidingoutquicklycapturemethodthecapturetimeexpectedcontrastcurve.Slidingoutquicklyslidingcorrelationmethodwiththeclassicalmethod,itsavesalotofcapturetime,whenthe,thedesiredacquisitiontimeisapproximately20%oftheclassicslidingmethod.4ParametervalueisselectedoutQuickexitparametertoselectthetimeofthecaptureexpectationsandimmunitytwofactorstoconsider.istoosmallwillleadpoorimmunity,istoolargewillleadtoimprovedresults(capturedinshorteningthetime)isnotobvious.Eveninrelativelypoorcommunicationenvironments,forexample,30%oftheinterferencefrequencyistheprobabilityofmisseddetectionandfrequencyupto10%ofcases,takingcanbeguaranteedwithoutincreasingtheleakageofthebasicpremiseoftheprobabilityofcapturesavealotofcapturetime.Afterseveralsimulationexperiments,whentakenoutparameteraround,youcanensurethatthesystemhasthehighestle