[发明专利]一种基于FPGA的抗直升机旋翼遮挡的时间分集并行同步方法

说明书

本发明涉及直升机抗旋翼遮挡的卫星通信技术领域，公开了一种基于FPGA的抗直升机旋翼遮挡的时间分集并行同步方法，其针对旋翼遮挡，发送端采用双重时间分集的方式进行组帧，经过遮挡以及噪声处理，接收端采用并行同步的帧检测法进行帧同步，同时采用合并法重组的方式进行解帧。本发明充分利用FPGA的并行性，快速同步出子帧位置。本发明具有简单高效、扩展性强、适用范围广等特点，能减小存储资源，提高帧同步速率，并具有良好的传输误码性能。

技术领域

本发明涉及直升机抗旋翼遮挡的卫星通信技术领域，具体涉及一种基于FPGA的抗直升机旋翼遮挡的时间分集并行同步法。

背景技术

目前，直升机在反恐怖、抢险救灾、处理边防突发事件等非战争军事行动中起到越来越重要的作用。直升机卫星通信系统是由直升机和地面固定站通过同步卫星构成点对点通信系统。由于卫星通信电波传播方式是直射波，要求在无遮挡的条件下通信，而直升机飞行过程中，旋翼桨叶会周期性的遮挡天线，造成通信信号的周期性衰落，影响正常通信。采用双重时间分集发送数据，可以有效对抗旋翼遮挡的影响，但在帧同步以及数据重组过程中仍存在一些问题需要解决。

在直升机卫星通信系统中，常采用DSP来实现帧同步，但该方法需要存储大量数据，而且同步速率慢，随着通信速率的提升，可能很难满足实际需求。另外，由于采用了双重时间分集发送数据，因此在帧同步出数据后，如何最大可能的利用源帧和复制帧中的信息，提高系统性能也是十分重要的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种基于FPGA的抗直升机旋翼遮挡的时间分集并行同步法，该方法具有简单高效、扩展性强、适用范围广等特点，能提高帧同步速率，减小存储资源。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于FPGA的抗直升机旋翼遮挡的时间分集并行同步方法，包括如下步骤：

采用双重时间分集方式对发送数据进行数据封装及发送，所述发送数据包括源帧和对源帧的复制帧，其中源帧的每个子帧包括帧头、编码后业务数据和填充数据，所述帧头采用相关性能强的ZC序列(即Zadoff-Chu序列)；

在FPGA中实现帧同步，将直升机接收到的数据，同时并行地与本地的N路ZC序列进行滑动互相关操作，并对得到的互相关值进行归一化处理，所述FPGA的写时钟设置为L/T_s，其中L表示发送数据的帧长，即源帧和复制帧总帧长度，T_s表示遮挡周期，即数据周期；N的取值为发送数据的子帧数，即N＝2K，其中K表示源帧的子帧数，且复制帧的子帧数与源帧相同；基于本地的并行度(N)和FPGA的写时钟设置FPGA的读时钟；

对归一化后的互相关值进行阈值判断，若大于预设阈值，则表明找到了子帧，并根据本地的ZC序列编号确定子帧索引，从而实现帧同步表示当前对应的子帧，进而确定同步的子帧位置，其中阈值为经验值，通常选取应随信噪比的增大而略微增大；

根据同步的子帧索引号及位置，则可得到源帧和复制帧中的有效数据，因而根据同步的子帧索引号及位置，对源帧和复制帧进行合并法数据重组，得到解帧结果。

进一步的，根据定时度量函数的最大值得到每个子帧的同步位置，其中c_u(d)表示起始位置为d的接收信号与ZC序列根序号为u的本地同步帧头序列的互相关值，表达式为p_u(d)表示接收序列与本地同步帧头序列的能量平均值，表达式为其中M为子帧的帧头长度，u表示同步帧头的根序号，r(·)为接收信号序列，上标“*”表示矩阵的伴随矩阵符号，s_u(k)为本地同步帧头序列，表达式为：1≤k≤M，i为虚数单位。