跳頻技術(shù)在GPS移動車輛監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用
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1 目前系統(tǒng)存在的問題及跳頻系統(tǒng)的組成
全球衛(wèi)星定位移動車輛監(jiān)控系統(tǒng)(Global Positioning System-Automatic Vehicle Location,簡稱GPS-AVL)是在全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS、地理信息系統(tǒng)GIS (Geography Information System)和移動通信網(wǎng)技術(shù)上實(shí)現(xiàn)的移動目標(biāo)管理系統(tǒng)。GPS-AVL系統(tǒng)由指揮監(jiān)控基站和移動車載單元兩部分組成。
目前,GPS-AVL系統(tǒng)存在的問題主要有:車載單元與監(jiān)控中心之間的動態(tài)數(shù)據(jù)交換速率低、GIS電子地圖的實(shí)時顯示和實(shí)時報警速度慢、容量和信道的使用效率不高。隨著現(xiàn)代反高科技作案和反電子對抗課題的提出,這些問題更加突出,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(tǒng)的基礎(chǔ)上加以改進(jìn),綜合跳頻(FH)通信、碼分多址(CDMA)、時分多址(TDMA)等多種技術(shù),采用全新的小區(qū)制兩級蜂窩組網(wǎng)方式和通信協(xié)議組建GPS-AVL系統(tǒng),系統(tǒng)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(gòu)造
跳頻圖案的選擇對跳頻通信系統(tǒng)性能的好壞有決定性的影響。由于各用戶的跳頻超始相位不同,傳輸延時差異等因素,要做到跳頻圖案無相互干擾極其困難。跳頻頻隙的“擊中”或者稱為“碰撞”,可用參數(shù)漢明相關(guān)來衡量。
2.1.1 跳頻圖案設(shè)計(jì)要求
(1)每個跳頻序列都可以使用頻隙集合中的所有頻隙,以實(shí)現(xiàn)處理增益最大;
(2)跳頻序列數(shù)目盡量多且實(shí)現(xiàn)電路盡量簡單,以實(shí)現(xiàn)多址通信;
(3)跳頻序列集合中任意兩個跳頻序列在所有相對時延下,發(fā)生頻隙重合的次數(shù)應(yīng)盡可能少,同時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(shù)也應(yīng)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(yīng)有良好的均勻性、隨機(jī)性和較大的線性復(fù)雜度,以使系統(tǒng)具有良好的抗干擾性能,且令敵方不能利用以前傳輸?shù)念l率信息預(yù)測當(dāng)前和以后的頻率;
(5)跳頻序列應(yīng)能實(shí)現(xiàn)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(xiàn)電路
理論分析表明:假設(shè)重合次數(shù)為k,頻隙數(shù)目q=pn(p為素?cái)?shù)),性能最優(yōu)的跳頻序列碼是長度為L=q-1,信息元b=k+1的(L,b)RS碼。它為非重復(fù)序列族,序列數(shù)目為q;序列漢明自相關(guān)旁瓣為0;兩序列在任意相對時延τ下,漢明互相關(guān)不大于1。在本系統(tǒng)中,設(shè)定k=1，p=2，n=5，q=pn=25=32，則L=q-1=31，b=k+1=2。為實(shí)現(xiàn)寬頻隙跳頻,采用對偶頻帶法構(gòu)造跳頻序列族,可滿足設(shè)計(jì)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(gòu)造:
(1)在頻隙集合F={0,1,…,63}上構(gòu)造兩個區(qū)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(xiàng)式:f(x)=x5+x2+1;
(3)以f(x)為聯(lián)接多項(xiàng)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(xiàng)加上一個該m序列的固定狀態(tài)aV={v1，v2，…,v5},即可生成區(qū)間F1和F2上的兩族非重復(fù)跳頻序列:
式中,加法按逐位模2運(yùn)算;
(5)組合區(qū)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(qū)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(xiàn)電路如圖2所示。
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