[发明专利]一种GNSS辅助的集群协同差分跳频通信系统与方法

说明书

本发明公开了一种GNSS辅助的集群协同差分跳频通信系统与方法。该系统由中央控制单元和各用户节点组成。各节点配置了GNSS接收机，GNSS接收机为各节点提供精确的位置信息和时间信息。在差分跳频通信的集群协同网络中，中央控制单元根据各节点上报的位置信息和当前跳频率，为各节点分配一系列时空可变G函数簇，该G函数簇能按照实时接入网络中的节点数和设置的更新时间周期进行动态调整。该系统的有益效果在于，同一时刻，跳频多用户的频率不同，能有效防止用户间串扰；GNSS接收机提供的位置信息可以保证位置相邻的用户跳频频率间隔较大，能有效降低多址干扰。本发明能在GNSS辅助下提高集群协同系统的差分跳频通信效率和抗干扰性能。

技术领域

本发明属于跳频通信系统领域，特别涉及一种全球导航卫星系统(GlobalNavigation Satellite System,GNSS)辅助的集群协同差分跳频通信系统与方法。

背景技术

随着电磁环境的日益复杂、电子信息对抗愈演愈烈，通信系统在完成话音、数据等业务的同时，常常会受到多用户间串扰信号的影响。通信系统应采取有效的通信方式增强信息传输的可靠性，从而提高系统抗干扰能力。

常规跳频通信采用伪随机序列(Pseudo Noise，PN)控制载波频率变化，实现频率的伪随机跳变。差分跳频是一种新型扩频通信技术，与常规跳频技术体制完全不同。其不同之处在于：传统跳频的工作频点是由伪随机序列控制的，而差分跳频的跳频序列由上一跳的工作频点和当前跳的信息共同决定的；差分跳频传输的信息隐含在前后两个频点的相对位置上，并未对载波进行调制；差分跳频发射机采用DDS直接合成发送频率。基于以上不同点，差分跳频通信具有以下优势：因利用前后频点间的相关性传递信息，具有潜在的纠错能力；每跳频率驻留时间极短，具备高速数据传输能力，系统抗跟踪干扰性能强；理论上跳频图案的周期无限长，则不易被破译保密性好；接收端通过前后跳频频点的相关性解调信息，不需要跟踪发端的频率跳变，属于异步跳频不需要精确定时。

差分跳频图案的设计决定了差分跳频通信系统性能的好坏及抗干扰能力的强弱。差分跳频图案的设计是由频率转移函数即G函数决定的。在接收端，可以通过G函数的逆变换恢复出发送端的数据信息。差分跳频系统接收机采用宽带接收技术，对接收信号进行逐符号检测或利用跳频频点间的相关性按序列检测。G函数的设计方法主要包括基于线性同余理论的G函数方法、基于模糊和混沌理论的G函数方法、基于密码学算法的G函数构造等方法。但上述频率转移函数的设计主要是基于某种理论或者算法的单一G函数。然而，在差分跳频多用户组网通信中，当源节点给目标节点发送数据时，如果源节点采用单一的G函数产生跳频频点集，随着接收帧数的增加，这种固定的频率转移关系很容易被第三方截获，从而降低目标节点的抗干扰性能。此外，在差分跳频多用户通信中由于接收端采用全频接收，在信道中同时出现多用户发送数据且各用户均采用相同G函数对数据进行调制，则会带来多址干扰的问题。因此无论从信息截获和多址干扰的角度来看，在差分跳频通信组网系统中使用单一的G函数难以满足系统抗截获和抗干扰性能的要求。目前在无人机、智能机器人、移动通信站等领域都会用到集群协同跳频通信技术，但是由于使用单一的G函数，各通信用户间容易产生串扰，通信质量与效率较低。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种GNSS辅助的集群协同差分跳频通信系统与方法，本发明的主要思路是：利用GNSS接收机提供的位置、速度、时间(Positioning,Velocity,Time,PVT)信息辅助设计差分跳频通信系统的G函数。系统中的中央控制单元能为各用户分配一系列时空可变的G函数簇。GNSS接收机提供的时间信息使同一时刻跳频多用户的频率不同，能有效防止用户间的串扰；GNSS接收机提供的位置信息能保证位置相邻的用户跳频频率间隔较大，能有效降低多址干扰。

本发明采用如下的技术方案：

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种GNSS辅助的集群协同差分跳频通信系统，包括：

中央控制单元和N个节点，中央控制单元与N个节点分别通信连接，各节点之间通信连接；