北斗授时技术在跳频通信系统的应用

师　维（海军装备部,陕西　宝鸡　721006）



北斗授时技术在跳频通信系统的应用

师维
（海军装备部,陕西宝鸡721006）

摘 要：本文通过对比以往的跳频电台的授时技术，介绍北斗授时技术以及了北斗授时技术的优点，并介绍了北斗授时技术在跳频电台中的技术实现。

关键词：北斗;授时技术;跳频电台;DSP;FPGA

0　前言

北斗卫星导航系统（Beidou(COMPASS) Navigation Satellite System）我国自行研制和建立的一种卫星导航定位通信系统，利用地球同步卫星来测量地球表面和空中的各种用户位置，并同时兼有双向报文通信和定时授时的功能。按照计划，在2020年前发射35颗卫星环绕地球运行，最终形成覆盖全球的卫星导航系统。北斗卫星导航系统具有单向和双向两种授时模式，通过北斗卫星的广播或定位信息使得用户不断核准其时钟差，获得高精度的时钟[1]。

1　当前跳频电台的授时技术

目前，世界各国相继开发出使用的授时技术很多，其中能满足战术电台需求的只有卫星授时技术和短波授时技术。当前跳频电台时钟同步目前是通过定频通话对时、短信功能或GPS模块来实现。电台组网络是通过高精度授时基站，通过这个基站向网内成员进行授时，以保证全网的时间精度。由于GPS的授时精度在作战时期可能降低，甚至无法使用，定频通话对时、短信功能网内的成员数量和活动区域都相应的有很大限制。这种机制一旦在作战时，从操作的方便性、可靠性、安全性来讲都不是最佳方案。即便是通过建设基站建立区域性网络，也无法保证基站与基站之间的时间完全同步。

2　北斗授时现状

北斗卫星导航系统具有单向和双向两种授时功能，具有安全、准确、全天候和通用性的特点。根据不同的精度要求，利用定时用户终端完成于北斗导航系统之间的时间和频率同步，为用户提供100ns(单向授时)和20ns（双向授时）的时间同步精度[1]。

北斗RDSS系统首先由地面中心站向两颗地球同步卫星发送确定格式的询问信号广播转发给服务区域内的各种用户机。当用户机接收到一颗地球同步卫星转发的信号以后，自动搜索、捕获和稳定跟踪该卫星信号。经过一定的信息处理和时延后，再按确定的格式同时向两颗地球同步卫星发送申请信号。两颗地球同步卫星将其应答信号转发到地面中心站。地面中心站接收到该应答信号以后，测量整合应答信号的往返总时延，并根据地面中心站至两颗同步卫星的距离、用户机的高度等数据信息，解算出该用户机载地球表面或空中的当前位置或时间等信息。再由地面中心站经过地球同步卫星把该位置信息传送给用户机。

为了提高跳频电台功能的便捷性、实用性、安全性，增强性能的可靠性、稳定性，为了适应通信组网的大趋势，利用北斗精确授时，开发并应用北斗卫星授时接收机/模块，将从根本提高跳频电台之间通信性能。

3　技术实现

北斗授时技术的实现涉及扩频技术、卫星通信以及数字信号处理，其硬件由DSP、FPGA和高速A/D组成，见图1。

北斗卫星信号经过天线接收，经过下变频后成为北斗中频信号进入高速A/D芯片，高速A/D芯片将采样处理后的信号输出给FPGA，FPGA和DSP组成的处理器实现了后续的工作。

FPGA实现了双通道OQPSK调制方式、伪码直接序列扩频、连续帧信息结构以及突发帧信息结构、出站扩频码序列的产生(定位、通信和授时都需要产生)、入站扩频码序列的产生(定位和通信才需要产生)、入站信号BPSK调制等功能(定位和通信才需要产生)；DSP对接收到的卫星信号进行Viterbi译码及CRC校验等处理，准确的解析出北斗广播信号，从中获取授时信息或入站相关信息，并将入站数据送给FPGA进行入站申请(定位和通信才需要产生)。单从授时技术来看，上述过程可由图2进行描述。

4　总结

深入研究北斗卫星授时技术及其实现可以提高跳频电台同步系统的稳定性和抗干扰性能，全面提升跳频电台网络同步的安全性和可靠性，为跳频电台在战场上的应用提供有力的保障[2]。本文介绍的授时技术在FPGA+DSP平台上实现，满足小型化和低功耗要求，从根本上解决了短波电台跳频功能时间同步的问题，提高了设备的便捷性、实用性、安全性和可靠性。对于保障我军在信息化战场上处于有力地位具有重要意义，值得更深入的研究。

参考文献：

[1]李泽文，杨京渝，彭曙蓉等.智能电网高精度时间同步方法[J].电力科学与技术学报,2011,26(03):35-39.

[2]刘佳,胡中豫,游苑等.短波战术电台同步授时及时钟保持技术研究[J].现代电子技术,2011,34(09):10-16.

[3]李永泉,高成发.北斗卫星导航定位系统简介[J].江苏测绘,2001,24(04):10-11.

[4]中国人民解放军总装备部军事训练教材编辑工作委员会.时间统一技术[M].北京:国防工业出版社,2004.

[5]胡汉斌,赵峙岳.一种基于北斗授时的跳频同步实现方法[J].国外电子测量技术,2013,32(08):10-13.

作者简介：师维（1988-），男，硕士，助理工程师，研究方向：电能智能化控制。

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