本發明涉及數據通信技術領域，尤其涉及一種數據鏈系統組網方法。

背景技術：

目前，數據鏈系統用于子彈飛行過程中的相互測距與無線信息傳輸。產品根據子彈控制系統注入的收發通道參數確定節點數量、通信跳頻圖案、擴頻碼序列組、時間片長度、保護時延長度、加解密密鑰，并將控制系統待發送的數據調制成無線信號發送給其它多個子彈，將其它子彈發來的無線信號解調為有效數據，發送給控制系統；同時，根據無線測距請求信號和無線測距響應信號的收發往返時延測量兩枚子彈之間的距離，將測量結果發送給控制系統。

當數據鏈系統網絡中的節點數目增加時，實現各節點間的穩定、安全、可靠的通信，成為了當前自組網數據鏈系統的首要難題。

技術實現要素：

針對現有技術的上述缺陷，本發明提供一種數據鏈系統組網方法。

本發明提供的數據鏈系統組網方法，包括:

采用數字信號處理方法，完成通訊信號的加密、解密、編碼、解織、擴頻、解擴、調制、解調、捕獲、跟蹤、測距功能；

通過FDMA進行不同節點的組網：該數據鏈由4個節點構成，每個節點(f1、f2、f3、f4)上包含三個頻點(A、B、C)，這些頻點各不相同，共12個頻點；

通訊過程為：第一時刻，節點1用某一頻點與節點2通訊，此時節點3用另一頻點與節點4通訊；第二時刻，節點1用某一頻點與節點3通訊，此時節點2用另一頻點與節點4通訊；第三時刻，節點1用某一頻點與節點4通訊，此時節點2用另一頻率與節點3通訊；之后重復上述過程；

每次通訊時間40ms，前10ms用來測量建立通訊的兩顆節點的距離，后30ms用來完成數據傳輸，兩次通訊直接設1ms切換保護時間。

如上所述的方法，可以利用高動態下的載波快速捕獲方法實現整個通信，具體包括：

利用FPGA邏輯設計進行通信算法通訊信號的加密、解密、編碼、解織、擴頻、解擴、調制、解調、捕獲、跟蹤、測距的實現。

如上所述的方法，組網節點可以按頻點不同進行擴展，具體可以包括：

該數據鏈包括128個頻點進行通信，通過不同頻點的分配進行節點的擴展。

本發明提供的數據鏈系統組網方法包括：包括:采用數字信號處理方法，完成通訊信號的加密、解密、編碼、解織、擴頻、解擴、調制、解調、捕獲、跟蹤、測距功能；通過FDMA進行不同節點的組網：該數據鏈由4個節點構成，每個節點(f1、f2、f3、f4)上包含三個頻點(A、B、C)，這些頻點各不相同，共12個頻點；本發明提供的數據鏈系統，由于能夠采用多址接入技術實現多個節點間的數據傳輸，實現了多個數據節點的安全、穩定、有效的數據傳輸，不論彈載、機載、艦載都能實現在高動態環境下通信數據的有效傳輸，實現多個節點間的頻率、時隙、偽碼的合理分配；本發明可以根據網絡的頻點、時隙和CA碼分配方案，有效的進行節點擴展。

附圖說明

圖1為本發明提供的數據鏈系統組網方法的流程圖；

圖2為本發明提供的單機工作流程分配說明圖；

圖3為本發明的單向通信的FFT循環相關捕獲算法原理圖；

圖4為本發明提供的系統工作驗證流程說明圖；

圖5為本發明提供的數據鏈單機系統上電工作流程說明圖；

圖6為本發明提供的自組網數據鏈系統工作節點分配圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

本發明提供的數據鏈系統組網方法可以完成不同數據鏈節點間的組網通信。本系統選用XILINX公司兩片可編程邏輯器件進行開發。第一片主要完成信號的捕獲、跟蹤、解調、解擴，第二片主要完成信號的加密、解密、編碼、解碼、擴頻、調制、測距等功能。本發明提供的數據鏈系統組網方法，數據鏈網絡存在多個通信節點時，能夠實現各節點間的穩定、安全、可靠的通信，只要算法合理，都比那些常規的數據鏈系統更容易實現，且性能更好。

圖1為本發明提供的數據鏈系統組網方法的流程圖。如圖1所示，數據鏈系統組網方法具體可以包括以下內容。

S101、采用數字信號處理方法，完成通訊信號的加密、解密、編碼、解織、擴頻、解擴、調制、解調、捕獲、跟蹤、測距功能。

S102、通過FDMA進行不同節點的組網：該數據鏈由4個節點構成，每個節點(f1、f2、f3、f4)上包含三個頻點(A、B、C)，這些頻點各不相同，共12個頻點。

S103、通訊過程為：第一時刻，節點1用某一頻點與節點2通訊，此時節點3用另一頻點與節點4通訊；第二時刻，節點1用某一頻點與節點3通訊，此時節點2用另一頻點與節點4通訊；第三時刻，節點1用某一頻點與節點4通訊，此時節點2用另一頻率與節點3通訊；之后重復上述過程。

上述通訊過程的通訊順序與所用頻點都可以事先約定。

S104、每次通訊時間40ms，前10ms用來測量建立通訊的兩顆節點的距離，后30ms用來完成數據傳輸，兩次通訊直接設1ms切換保護時間。

如上所述的方法，可以利用高動態下的載波快速捕獲方法實現整個通信，包括：

利用FPGA邏輯設計進行通信算法通訊信號的加密、解密、編碼、解織、擴頻、解擴、調制、解調、捕獲、跟蹤、測距的實現。

如上所述的方法，其中，組網節點可以按頻點不同進行擴展，具體包括：

該數據鏈包括128個頻點進行通信，通過不同頻點的分配進行節點的擴展。

本發明提供的數據鏈系統組網方法包括：包括:采用數字信號處理方法，完成通訊信號的加密、解密、編碼、解織、擴頻、解擴、調制、解調、捕獲、跟蹤、測距功能；通過FDMA進行不同節點的組網：該數據鏈由4個節點構成，每個節點(f1、f2、f3、f4)上包含三個頻點(A、B、C)，這些頻點各不相同，共12個頻點；本發明提供的數據鏈系統，由于能夠采用多址接入技術實現多個節點間的數據傳輸，實現了多個數據節點的安全、穩定、有效的數據傳輸，不論彈載、機載、艦載都能實現在高動態環境下通信數據的有效傳輸，實現多個節點間的頻率、時隙、偽碼的合理分配；本發明可以根據網絡的頻點、時隙和CA碼分配方案，有效的進行節點擴展。

本發明的方法基于多址接入技術原理，應用于自組網數據鏈系統，實現多個通信節點間的數據通信。

圖2為本發明提供的單機工作流程分配說明圖。如圖2所示，圖2中單機工作流程分配說明：

上電初始化：FLASH→數據控制→CA碼。

對時脈沖啟動：上位機→測試儀→各節點對時脈沖傳輸接口→FPGA1和FPGA2。

正常通信模塊：上位機→測試儀→控制系統RS422通信接口→數據控制→CA碼→加密→編碼→擴頻→調制→DA轉換→射頻模塊發送端→發射天線；接收天線→射頻模塊接收端→AD采樣→快速捕獲(獲取CA碼FFT共軛值)→追蹤解調解擴模塊→解碼→解密→控制系統RS422通信接口→測試儀→上位機。

參數注入：上位機→測試儀→參數注入RS422通信接口→數據控制→FLASH。

圖3為本發明的單向通信的FFT循環相關捕獲算法原理圖。如圖3所示，圖3中為兩個節點單向通信時使用的FFT循環相關捕獲算法。

由于擴頻碼具有周期性，對信號的相關運算，可以等效為循環卷積，其數學表達式如下:

兩個長為N的序列a和b之間的循環互相關函數為:

式中，b′＝(b(-n))_N,為將序列b周期延拓翻轉后取主值序列可得:為a和b的循環卷積。

又有，在離散傅里葉變換中，時域循環卷積等于頻域相乘，根據此性質可得：

R_ab(m)＝IDFT[X_a(k)·X_b(k)]＝IDFT[X_a(k)·conj(X_b(k))]

式中X_a(k)＝CFT[a(n)],X_b(k)＝DFT[b(n)],X_b(k)＝comj[X_b(k)].

由公式可以得到FFT循環相關算法的實現方法，其原理圖如圖3所示，又由于頻域移位等效于時域頻移，即:

$C_{ab}\left(n\right)e^{\frac{j2\mathrm{\π}kn}{N}}=IDFT\[X_{ab}{\left(\right(N-k\left)\right)}_N\]$

因此，多普勒頻移的更新糾正可以在FFT后的頻移中，利用循環移位來實現。

圖4為本發明提供的系統工作驗證流程說明。如圖4所示，圖4為系統工作驗證流程說明，上位機主要完成對每個節點的的參數注入，完成模擬控制系統數據的下傳和顯示；

測試儀主要完成以下內容：

1)接收上位機發來的串口數據，并解析是參數注入指令還是控制系統指令，信息需要發送到哪個節點；

2)通過解析上位機下發的指令，模擬控制系統完成與各節點的串口通信；

3)通過解析上位機下發的指令，完成對各節點的參數注入；

4)接收每個節點傳來的參數注入返回信息，并回傳給上位機(上位機判斷該節點是否參數注入成功)；

5)接收每個節點傳來的控制系統信息(其他節點發來的通信信息)，并回傳給上位機；

6)通過上位機界面發送命令(也可通過按鈕)產生28V對時脈沖，并發送到每個單機節點上；

7)給各節點提供28V供電電源。

圖5為本發明提供的數據鏈單機系統上電工作流程說明圖。如圖5所示，圖5為數據鏈單機系統上電工作流程說明，從該圖中可以看出，單機系統主要分為正常通信模塊、參數注入模塊。上電后可以隨時通過參數注入接口給每個節點提前注入工作參數(保存在FLASH中)，每個節點上電后則會從FLASH中讀取之前參數注入的相應數據。上電后當對時脈沖到達后節點開始按規定時隙工作，在工作過程中每個節點將自身對應的控制系統下發的內容通過加密、編碼、擴頻和調制后通射頻模塊發送出去，待對應節點捕獲接收，同時將射頻端收到其它節點的通信內容經過下變頻、解調、解擴、解碼、解密等步驟還原通訊原始信息數據，再將信息數據回送給自身的控制系統。

圖6為本發明提供的自組網數據鏈系統工作節點分配圖。如圖6所示，圖6說明該自組網數據鏈系統工作節點分配情況說明：

該數據鏈由4個節點構成，每個節點(f1、f2、f3、f4)上包含三個頻點(A、B、C)，這些頻點各不相同(目前設計為各不相同)，故共12個頻點。

通訊過程為：第一時刻，節點1用某一頻點與節點2通訊，此時節點3用另一頻點與節點4通訊；第二時刻，節點1用某一頻點與節點3通訊，此時節點2用另一頻點與節點4通訊；第三時刻，節點1用某一頻點與節點4通訊，此時節點2用另一頻率與節點3通訊。之后重復上述過程。該過程的通訊順序與所用頻點都可以事先約定。

每次通訊時間40ms，前10ms用來測量建立通訊的兩顆節點的距離，后30ms用來完成數據傳輸。兩次通訊直接設1ms切換保護時間。

綜上所述，本發明提供的自組網數據鏈系統具有以下優點：

一、本發明采用數字信號處理方法完成對數據的加解密、編碼、解織、交織、擴頻、解擴、調制、解調、捕獲、跟蹤、測距、AD/DA轉換、射頻模塊供電及頻點控制、與外部的串口通信等功能，數字化程度高，處理速度快，可靠性好；

二、由于本系統能夠采用多址接入技術實現多個節點間的數據傳輸，實現了多個數據節點的安全、穩定、有效的數據傳輸；

三、本發明可以根據網絡的頻點、時隙和CA碼分配方案，可以進行有效的進行節點擴展；

四、人工安裝調試方便，節點固定后，不需要移動節點，只需調節節點工作參數便能夠改變節點網絡中的多址接入分配方案，具有很強的環境適應性；

五、抗干擾性能強，由于采用擴頻調制加密算法，能夠有效抑制雜波，有效降低了超差環境中的噪聲及其他帶來干擾現象；

六、本發明所用自組網方法不論彈載、機載、艦載都能實現在高動態環境下通信數據的有效傳輸，實現多個節點間的頻率、時隙、偽碼的合理分配。

最后應說明的是：以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。