北斗授時(shí)技術(shù)在跳頻通信系統(tǒng)的應(yīng)用

師　維（海軍裝備部,陜西　寶雞　721006）

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北斗授時(shí)技術(shù)在跳頻通信系統(tǒng)的應(yīng)用

師維
（海軍裝備部,陜西寶雞721006）

摘 要：本文通過對(duì)比以往的跳頻電臺(tái)的授時(shí)技術(shù)，介紹北斗授時(shí)技術(shù)以及了北斗授時(shí)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，并介紹了北斗授時(shí)技術(shù)在跳頻電臺(tái)中的技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：北斗;授時(shí)技術(shù);跳頻電臺(tái);DSP;FPGA

0　前言

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（Beidou(COMPASS) Navigation Satellite System）我國自行研制和建立的一種衛(wèi)星導(dǎo)航定位通信系統(tǒng)，利用地球同步衛(wèi)星來測(cè)量地球表面和空中的各種用戶位置，并同時(shí)兼有雙向報(bào)文通信和定時(shí)授時(shí)的功能。按照計(jì)劃，在2020年前發(fā)射35顆衛(wèi)星環(huán)繞地球運(yùn)行，最終形成覆蓋全球的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)具有單向和雙向兩種授時(shí)模式，通過北斗衛(wèi)星的廣播或定位信息使得用戶不斷核準(zhǔn)其時(shí)鐘差，獲得高精度的時(shí)鐘[1]。

1　當(dāng)前跳頻電臺(tái)的授時(shí)技術(shù)

目前，世界各國相繼開發(fā)出使用的授時(shí)技術(shù)很多，其中能滿足戰(zhàn)術(shù)電臺(tái)需求的只有衛(wèi)星授時(shí)技術(shù)和短波授時(shí)技術(shù)。當(dāng)前跳頻電臺(tái)時(shí)鐘同步目前是通過定頻通話對(duì)時(shí)、短信功能或GPS模塊來實(shí)現(xiàn)。電臺(tái)組網(wǎng)絡(luò)是通過高精度授時(shí)基站，通過這個(gè)基站向網(wǎng)內(nèi)成員進(jìn)行授時(shí)，以保證全網(wǎng)的時(shí)間精度。由于GPS的授時(shí)精度在作戰(zhàn)時(shí)期可能降低，甚至無法使用，定頻通話對(duì)時(shí)、短信功能網(wǎng)內(nèi)的成員數(shù)量和活動(dòng)區(qū)域都相應(yīng)的有很大限制。這種機(jī)制一旦在作戰(zhàn)時(shí)，從操作的方便性、可靠性、安全性來講都不是最佳方案。即便是通過建設(shè)基站建立區(qū)域性網(wǎng)絡(luò)，也無法保證基站與基站之間的時(shí)間完全同步。

2　北斗授時(shí)現(xiàn)狀

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)具有單向和雙向兩種授時(shí)功能，具有安全、準(zhǔn)確、全天候和通用性的特點(diǎn)。根據(jù)不同的精度要求，利用定時(shí)用戶終端完成于北斗導(dǎo)航系統(tǒng)之間的時(shí)間和頻率同步，為用戶提供100ns(單向授時(shí))和20ns（雙向授時(shí)）的時(shí)間同步精度[1]。

北斗RDSS系統(tǒng)首先由地面中心站向兩顆地球同步衛(wèi)星發(fā)送確定格式的詢問信號(hào)廣播轉(zhuǎn)發(fā)給服務(wù)區(qū)域內(nèi)的各種用戶機(jī)。當(dāng)用戶機(jī)接收到一顆地球同步衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的信號(hào)以后，自動(dòng)搜索、捕獲和穩(wěn)定跟蹤該衛(wèi)星信號(hào)。經(jīng)過一定的信息處理和時(shí)延后，再按確定的格式同時(shí)向兩顆地球同步衛(wèi)星發(fā)送申請(qǐng)信號(hào)。兩顆地球同步衛(wèi)星將其應(yīng)答信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)到地面中心站。地面中心站接收到該應(yīng)答信號(hào)以后，測(cè)量整合應(yīng)答信號(hào)的往返總時(shí)延，并根據(jù)地面中心站至兩顆同步衛(wèi)星的距離、用戶機(jī)的高度等數(shù)據(jù)信息，解算出該用戶機(jī)載地球表面或空中的當(dāng)前位置或時(shí)間等信息。再由地面中心站經(jīng)過地球同步衛(wèi)星把該位置信息傳送給用戶機(jī)。

為了提高跳頻電臺(tái)功能的便捷性、實(shí)用性、安全性，增強(qiáng)性能的可靠性、穩(wěn)定性，為了適應(yīng)通信組網(wǎng)的大趨勢(shì)，利用北斗精確授時(shí)，開發(fā)并應(yīng)用北斗衛(wèi)星授時(shí)接收機(jī)/模塊，將從根本提高跳頻電臺(tái)之間通信性能。

3　技術(shù)實(shí)現(xiàn)

北斗授時(shí)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)涉及擴(kuò)頻技術(shù)、衛(wèi)星通信以及數(shù)字信號(hào)處理，其硬件由DSP、FPGA和高速A/D組成，見圖1。

北斗衛(wèi)星信號(hào)經(jīng)過天線接收，經(jīng)過下變頻后成為北斗中頻信號(hào)進(jìn)入高速A/D芯片，高速A/D芯片將采樣處理后的信號(hào)輸出給FPGA，F(xiàn)PGA和DSP組成的處理器實(shí)現(xiàn)了后續(xù)的工作。

FPGA實(shí)現(xiàn)了雙通道OQPSK調(diào)制方式、偽碼直接序列擴(kuò)頻、連續(xù)幀信息結(jié)構(gòu)以及突發(fā)幀信息結(jié)構(gòu)、出站擴(kuò)頻碼序列的產(chǎn)生(定位、通信和授時(shí)都需要產(chǎn)生)、入站擴(kuò)頻碼序列的產(chǎn)生(定位和通信才需要產(chǎn)生)、入站信號(hào)BPSK調(diào)制等功能(定位和通信才需要產(chǎn)生)；DSP對(duì)接收到的衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行Viterbi譯碼及CRC校驗(yàn)等處理，準(zhǔn)確的解析出北斗廣播信號(hào)，從中獲取授時(shí)信息或入站相關(guān)信息，并將入站數(shù)據(jù)送給FPGA進(jìn)行入站申請(qǐng)(定位和通信才需要產(chǎn)生)。單從授時(shí)技術(shù)來看，上述過程可由圖2進(jìn)行描述。

4　總結(jié)

深入研究北斗衛(wèi)星授時(shí)技術(shù)及其實(shí)現(xiàn)可以提高跳頻電臺(tái)同步系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾性能，全面提升跳頻電臺(tái)網(wǎng)絡(luò)同步的安全性和可靠性，為跳頻電臺(tái)在戰(zhàn)場(chǎng)上的應(yīng)用提供有力的保障[2]。本文介紹的授時(shí)技術(shù)在FPGA+DSP平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)，滿足小型化和低功耗要求，從根本上解決了短波電臺(tái)跳頻功能時(shí)間同步的問題，提高了設(shè)備的便捷性、實(shí)用性、安全性和可靠性。對(duì)于保障我軍在信息化戰(zhàn)場(chǎng)上處于有力地位具有重要意義，值得更深入的研究。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：師維（1988-），男，碩士，助理工程師，研究方向：電能智能化控制。

DOI :10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.01.121