北斗授時技術在跳頻通信系統的應用

師　維（海軍裝備部,陜西　寶雞　721006）

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北斗授時技術在跳頻通信系統的應用

師維
（海軍裝備部,陜西寶雞721006）

摘 要：本文通過對比以往的跳頻電臺的授時技術，介紹北斗授時技術以及了北斗授時技術的優點，并介紹了北斗授時技術在跳頻電臺中的技術實現。

關鍵詞：北斗;授時技術;跳頻電臺;DSP;FPGA

0　前言

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

1　當前跳頻電臺的授時技術

目前，世界各國相繼開發出使用的授時技術很多，其中能滿足戰術電臺需求的只有衛星授時技術和短波授時技術。當前跳頻電臺時鐘同步目前是通過定頻通話對時、短信功能或GPS模塊來實現。電臺組網絡是通過高精度授時基站，通過這個基站向網內成員進行授時，以保證全網的時間精度。由于GPS的授時精度在作戰時期可能降低，甚至無法使用，定頻通話對時、短信功能網內的成員數量和活動區域都相應的有很大限制。這種機制一旦在作戰時，從操作的方便性、可靠性、安全性來講都不是最佳方案。即便是通過建設基站建立區域性網絡，也無法保證基站與基站之間的時間完全同步。

2　北斗授時現狀

北斗衛星導航系統具有單向和雙向兩種授時功能，具有安全、準確、全天候和通用性的特點。根據不同的精度要求，利用定時用戶終端完成于北斗導航系統之間的時間和頻率同步，為用戶提供100ns(單向授時)和20ns（雙向授時）的時間同步精度[1]。

北斗RDSS系統首先由地面中心站向兩顆地球同步衛星發送確定格式的詢問信號廣播轉發給服務區域內的各種用戶機。當用戶機接收到一顆地球同步衛星轉發的信號以后，自動搜索、捕獲和穩定跟蹤該衛星信號。經過一定的信息處理和時延后，再按確定的格式同時向兩顆地球同步衛星發送申請信號。兩顆地球同步衛星將其應答信號轉發到地面中心站。地面中心站接收到該應答信號以后，測量整合應答信號的往返總時延，并根據地面中心站至兩顆同步衛星的距離、用戶機的高度等數據信息，解算出該用戶機載地球表面或空中的當前位置或時間等信息。再由地面中心站經過地球同步衛星把該位置信息傳送給用戶機。

為了提高跳頻電臺功能的便捷性、實用性、安全性，增強性能的可靠性、穩定性，為了適應通信組網的大趨勢，利用北斗精確授時，開發并應用北斗衛星授時接收機/模塊，將從根本提高跳頻電臺之間通信性能。

3　技術實現

北斗授時技術的實現涉及擴頻技術、衛星通信以及數字信號處理，其硬件由DSP、FPGA和高速A/D組成，見圖1。

北斗衛星信號經過天線接收，經過下變頻后成為北斗中頻信號進入高速A/D芯片，高速A/D芯片將采樣處理后的信號輸出給FPGA，FPGA和DSP組成的處理器實現了后續的工作。

FPGA實現了雙通道OQPSK調制方式、偽碼直接序列擴頻、連續幀信息結構以及突發幀信息結構、出站擴頻碼序列的產生(定位、通信和授時都需要產生)、入站擴頻碼序列的產生(定位和通信才需要產生)、入站信號BPSK調制等功能(定位和通信才需要產生)；DSP對接收到的衛星信號進行Viterbi譯碼及CRC校驗等處理，準確的解析出北斗廣播信號，從中獲取授時信息或入站相關信息，并將入站數據送給FPGA進行入站申請(定位和通信才需要產生)。單從授時技術來看，上述過程可由圖2進行描述。

4　總結

深入研究北斗衛星授時技術及其實現可以提高跳頻電臺同步系統的穩定性和抗干擾性能，全面提升跳頻電臺網絡同步的安全性和可靠性，為跳頻電臺在戰場上的應用提供有力的保障[2]。本文介紹的授時技術在FPGA+DSP平臺上實現，滿足小型化和低功耗要求，從根本上解決了短波電臺跳頻功能時間同步的問題，提高了設備的便捷性、實用性、安全性和可靠性。對于保障我軍在信息化戰場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：

[1]李澤文，楊京渝，彭曙蓉等.智能電網高精度時間同步方法[J].電力科學與技術學報,2011,26(03):35-39.

[2]劉佳,胡中豫,游苑等.短波戰術電臺同步授時及時鐘保持技術研究[J].現代電子技術,2011,34(09):10-16.

[3]李永泉,高成發.北斗衛星導航定位系統簡介[J].江蘇測繪,2001,24(04):10-11.

[4]中國人民解放軍總裝備部軍事訓練教材編輯工作委員會.時間統一技術[M].北京:國防工業出版社,2004.

[5]胡漢斌,趙峙岳.一種基于北斗授時的跳頻同步實現方法[J].國外電子測量技術,2013,32(08):10-13.

作者簡介：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