跳頻技術(shù)在GPS移動(dòng)車(chē)輛監控系統中的應用

1 目前系統存在的問(wèn)題及跳頻系統的組成

　　全球衛星定位移動(dòng)車(chē)輛監控系統(Global Positioning System-Automatic Vehicle Location,簡(jiǎn)稱(chēng)GPS-AVL)是在全球衛星定位系統GPS、地理信息系統GIS (Geography Information System)和移動(dòng)通信網(wǎng)技術(shù)上實(shí)現的移動(dòng)目標管理系統。GPS-AVL系統由指揮監控基站和移動(dòng)車(chē)載單元兩部分組成。

　　目前,GPS-AVL系統存在的問(wèn)題主要有:車(chē)載單元與監控中心之間的動(dòng)態(tài)數據交換速率低、GIS電子地圖的實(shí)時(shí)顯示和實(shí)時(shí)報警速度慢、容量和信道的使用效率不高。隨著(zhù)現代反高科技作案和反電子對抗課題的提出,這些問(wèn)題更加突出,并且增加了通信的隱蔽性、保密性和抗惡意干擾、抗多徑衰落的要求。

　　為此,可在原有普通電臺系統的基礎上加以改進(jìn),綜合跳頻(FH)通信、碼分多址(CDMA)、時(shí)分多址(TDMA)等多種技術(shù),采用全新的小區制兩級蜂窩組網(wǎng)方式和通信協(xié)議組建GPS-AVL系統,系統組成原理如圖1所示。

2 跳頻關(guān)鍵技術(shù)

2.1 跳頻圖案的構造

　　跳頻圖案的選擇對跳頻通信系統性能的好壞有決定性的影響。由于各用戶(hù)的跳頻超始相位不同,傳輸延時(shí)差異等因素,要做到跳頻圖案無(wú)相互干擾極其困難。跳頻頻隙的“擊中”或者稱(chēng)為“碰撞”,可用參數漢明相關(guān)來(lái)衡量。

2.1.1 跳頻圖案設計要求

　　(1)每個(gè)跳頻序列都可以使用頻隙集合中的所有頻隙,以實(shí)現處理增益最大;

　　(2)跳頻序列數目盡量多且實(shí)現電路盡量簡(jiǎn)單,以實(shí)現多址通信;

　　(3)跳頻序列集合中任意兩個(gè)跳頻序列在所有相對時(shí)延下,發(fā)生頻隙重合的次數應盡可能少,同時(shí)跳頻序列集合中的任意跳頻序列與其跳頻平移序列的重合次數也應盡可能少,即要求漢明互相關(guān)和漢明自相關(guān)越小越好;

　　(4)跳頻序列應有良好的均勻性、隨機性和較大的線(xiàn)性復雜度,以使系統具有良好的抗干擾性能,且令敵方不能利用以前傳輸的頻率信息預測當前和以后的頻率;

　　(5)跳頻序列應能實(shí)現寬頻隙跳頻,以對抗寬帶阻塞干擾、跟蹤干擾和抗多徑衰落。

2.1.2 跳頻圖案實(shí)現電路

　　理論分析表明:假設重合次數為k,頻隙數目q=pn(p為素數),性能最優(yōu)的跳頻序列碼是長(cháng)度為L(cháng)=q-1,信息元b=k+1的(L,b)RS碼。它為非重復序列族,序列數目為q;序列漢明自相關(guān)旁瓣為0;兩序列在任意相對時(shí)延τ下,漢明互相關(guān)不大于1。在本系統中,設定k=1，p=2，n=5，q=pn=25=32，則L=q-1=31，b=k+1=2。為實(shí)現寬頻隙跳頻,采用對偶頻帶法構造跳頻序列族,可滿(mǎn)足設計要求。假定跳頻頻隙不小于32Δf,選取(31,2)RS碼,跳頻序列按如下步驟構造:

　　(1)在頻隙集合F={0,1,…,63}上構造兩個(gè)區間頻帶,分別為:F1={0,1,…,31}和F2={32,33,…,63};

　　(2)選擇n=5次本原多項式:f(x)=x5+x2+1;

　　(3)以f(x)為聯(lián)接多項式的m序列發(fā)生器產(chǎn)生非零狀態(tài)序列G={a1，a2，…，a31}；

　　(4)在G的各項加上一個(gè)該m序列的固定狀態(tài)aV={v1，v2，…,v5},即可生成區間F1和F2上的兩族非重復跳頻序列:
　　　

式中,加法按逐位模2運算;

　　(5)組合區間F1和F2上的兩族跳頻序列得到新的一族跳頻序列SV(j)。由于跳頻頻隙不小于32Δf,所以實(shí)際上SV(j)在區間F1和F2上的跳頻頻隙相互交錯,即:
　

　　跳頻序列SV(j)的實(shí)現電路如圖2所示。