【正文】 作為擴(kuò)頻碼的偽隨機(jī)信號(hào)，應(yīng)具有下列特點(diǎn)：（1） 偽隨機(jī)碼信號(hào)必須具有尖銳的自相關(guān)函數(shù)，而互相關(guān)函數(shù)值應(yīng)接近0值。 m序列m序列是最長線性移位寄存器序列的簡稱。級(jí)線性移位寄存器的反饋邏輯可用二元域上的次多項(xiàng)式來表示 （） 級(jí)線性移位寄存器式（）稱為線性以為寄存器的特征多項(xiàng)式，式（）給出的表示反饋網(wǎng)絡(luò)的邏輯關(guān)系式是線性的，因此稱為線性移位寄存器，否則，稱為非線性移位寄存器。對(duì)于動(dòng)態(tài)線性移位寄存器，其反饋邏輯也可以用線性移位寄存器的遞歸關(guān)系式來表示 （）特征多項(xiàng)式（）與遞歸關(guān)系式（）是級(jí)線性移位寄存器反饋邏輯的兩種不同表示法，因其應(yīng)用場合不同而采用的表示方法。在一個(gè)周期內(nèi)，元素0出現(xiàn)次，元素1出現(xiàn)次，元素1比元素0多出現(xiàn)一次。m序列與其位移序列的模2加序列仍是該m序列的另一位移序列，即 （）（2）m碼序列的自相關(guān)函數(shù)根據(jù)自相關(guān)函數(shù)的定義以及m序列的性質(zhì)，很容易求出m序列的自相關(guān)函數(shù) （）式給出的是m序列的自相關(guān)函數(shù)，并不是m碼的自相關(guān)函數(shù)。下面來計(jì)算m碼的自相關(guān)函數(shù)。分別對(duì)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的基本概念，擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的組成部分，擴(kuò)頻通信的優(yōu)點(diǎn)以及擴(kuò)頻通信的性能指標(biāo)進(jìn)行了詳細(xì)的分析。跳頻序列發(fā)生器產(chǎn)生隨機(jī)或者偽隨機(jī)的多值序列，控制頻率合成器生成所需要的頻率；頻率合成器將一個(gè)或若干個(gè)高穩(wěn)定度和高精度的大量的參考頻率，經(jīng)過相應(yīng)的處理技術(shù)，生成具有同樣穩(wěn)定度和同樣精度的大量離散頻率，在跳頻通信系統(tǒng)中，要求頻率合成器具有很高的頻率切換速度；頻率同步器用于保證接收機(jī)的本振頻率與發(fā)射機(jī)的載波頻率同步跳變。跳頻信號(hào)帶寬W與調(diào)制信號(hào)帶寬R的比值就是跳頻通信系統(tǒng)的處理增益。解跳后的調(diào)制信號(hào)，在木地載波作用下，經(jīng)解調(diào)后，恢復(fù)出信息。 高速跳頻通信原理示意圖高速跳頻通信系統(tǒng)框圖，可分為發(fā)射端，信道，接收端三部分。頻率合成器在高精度的參考頻率下產(chǎn)生一系列離散頻率，要求頻率合成器的頻率范圍寬、分辨率高、頻率切換速度快、穩(wěn)定性強(qiáng)。（2） 具有低截獲概率。（3） 具有多址組網(wǎng)能力。載波頻率的高速跳變，具有頻率分集的作用，只要跳變的頻率間隔大于衰落信道的相關(guān)帶寬，并且跳頻時(shí)隙寬度又很短的話，高速跳頻通信系統(tǒng)就具有抗衰落的能力。普通電臺(tái)加裝抗干擾的跳頻模塊，也可以變成跳頻電臺(tái)。在跳頻序列控制下，載波頻率跳變的規(guī)律稱為跳變圖樣或跳變圖案。對(duì)收發(fā)雙方而言，在同步后可實(shí)現(xiàn)完善的接收；對(duì)非法接收機(jī)而言，由于跳頻序列是未知的，無法竊聽到有效的信息，很難實(shí)現(xiàn)有效的干擾。在設(shè)計(jì)跳頻序列時(shí)，通常應(yīng)考慮以下幾個(gè)要求。（4） 為了有更多的跳頻序列以提供用戶使用，實(shí)現(xiàn)多址通信，要求跳頻序列集合中的序列數(shù)目盡可能多。（8） 跳頻序列應(yīng)具有較好的隨機(jī)性和較大的線性復(fù)雜度，以使敵人不能利用以前傳輸?shù)念l率信息來預(yù)測當(dāng)前和以后的頻率。定理二 對(duì)于頻率集合A上長度為L的任意兩個(gè)序列和，設(shè)分別表示頻率在序列和序列的一個(gè)周期中出現(xiàn)的次數(shù)，且設(shè)所有如此排列使得形成一個(gè)遞減數(shù)列，即，那么，序列和序列之間的最大漢明相關(guān)為 （）而且，當(dāng)滿足下述條件時(shí)，式右邊達(dá)到最小。定理三 同步組網(wǎng)時(shí)，最多能構(gòu)造出個(gè)跳頻序列，使得任意兩個(gè)序列間的重合次數(shù)不大于。素?cái)?shù)跳頻序列族的具體構(gòu)造過程如下：① 設(shè)頻率數(shù)目為素?cái)?shù)；② 將有限域GF（p）上的元素以升階或降階列出，如；③ 將中各個(gè)元素同乘某一非零域元，得到一個(gè)非重復(fù)跳頻序列，；④ 通過乘以不同的非零域元，共可得到個(gè)長度為的非重復(fù)跳頻序列。因此，不宜將m狀態(tài)序列分配給不同用戶作為跳頻序列使用。（3）基于GWM序列構(gòu)造最佳跳頻序列族GMW序列的構(gòu)造基于跡函數(shù)。具體構(gòu)造方法為：在頻帶上有一跳頻序列，設(shè)在頻帶上有一序列與之對(duì)應(yīng)：，先按照的變化規(guī)律在頻帶上跳變，當(dāng)遇到不滿足寬間隔要求的頻率時(shí)，就改跳到頻帶上，在上按照的變化規(guī)律繼續(xù)跳變，當(dāng)遇到不滿足寬間隔要求的頻率時(shí)，又跳回到頻帶上…… 跳頻頻率合成器頻率合成技術(shù)是將一個(gè)或若干個(gè)高穩(wěn)定度和高精度的參考頻率經(jīng)過相應(yīng)處理技術(shù)生成具有同樣高穩(wěn)定度和高精度的大量離散頻率技術(shù)。（1） 頻率分辨力高。（3） 頻率準(zhǔn)確度高。現(xiàn)階段跳頻頻率的合成方法很多，主要有DS法(Direct Frequency Synthesis，直接頻率合成法)、IS法(Indirect Frequency Synthesis，間接頻率合成法)和DDS法(Direct Digital Synthesis，直接數(shù)字合成法)。近年來，由于集成電路工藝水平的提高，直接頻率合成法的缺點(diǎn)正在逐步減小，在高速跳頻和要求頻率穩(wěn)定度高的場合，它的重要性越來越得到體現(xiàn)。 頻率同步控制器跳頻通信系統(tǒng)正常工作的前提是收發(fā)雙方必須實(shí)現(xiàn)同步，包括時(shí)間同步和頻率同步，即要求跳頻接收機(jī)與發(fā)射機(jī)必須在相同的時(shí)刻使用相同的頻率(或相差一個(gè)固定中頻)，這樣就要求有頻率同步控制器來保證接收機(jī)的本振頻率與發(fā)射機(jī)的載波頻率同步跳變。跳頻同步的要求是：自動(dòng)、迅速、可靠和抗干擾。捕獲是指跳頻系統(tǒng)自動(dòng)搜索跳頻序列的時(shí)間不定區(qū)，以獲取接受機(jī)跳頻序列時(shí)間，使之與發(fā)射機(jī)跳頻序列的時(shí)間誤差小于允許的值（至少小于1/2跳頻周期）。同步捕獲過程通常分兩步完成：首先通過兩個(gè)跳頻同步序列的相關(guān)測量，確定二者的對(duì)準(zhǔn)程度；然后用一個(gè)合適的檢測和同步捕獲判決算法處理相關(guān)測量值，判斷同步捕獲是否完成。采用滑動(dòng)相關(guān)捕獲的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是：（1） 同步引導(dǎo)碼可以較長，在惡劣干擾環(huán)境下具有良好的檢測能力和抗干擾能力；（2） 同步引導(dǎo)碼可以方便地進(jìn)行改變，具有較強(qiáng)的抗偵察能力和抗假冒能力；（3） 實(shí)現(xiàn)比較簡單。，通過帶通濾波器的信號(hào)經(jīng)平方電路后送入由跳頻圖案（擴(kuò)頻碼序列）控制的開關(guān)K，開關(guān)閉合時(shí)將某路平方后的信號(hào)送入積分器，積分器的積分時(shí)間為，經(jīng)積分后的信號(hào)輸出到延遲期，每級(jí)延遲器的延遲時(shí)間為（共有N1級(jí)延遲器）。 匹配濾波器捕獲原理圖以匹配濾波器為基礎(chǔ)構(gòu)成的跳頻信號(hào)并行捕獲電路，是一種能提高捕獲速率并能提供抗干擾能力的有效方法。當(dāng)接收信號(hào)的跳頻圖案中的最后一個(gè)頻率進(jìn)入接收機(jī)時(shí)，經(jīng)過加法器后的輸出最大，超過接收門限，則同步指示信號(hào)指示接收信號(hào)跳頻圖案最后一個(gè)頻率出現(xiàn)的時(shí)刻，根據(jù)該信號(hào)調(diào)整本地跳頻頻率合成器的工作狀態(tài),即可完成跳頻同步。采用匹配濾波器捕獲技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：具有較強(qiáng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測能力，同步速度快；簡單的序列匹配濾波器就可提供所需的性能。高速跳頻系統(tǒng)并—。在抗干擾性能上，因?yàn)槎际菍?duì)一個(gè)跳頻周期內(nèi)的相關(guān)檢波累加結(jié)果進(jìn)行捕獲判決，多以對(duì)同樣的跳頻序列周期長度，匹配濾波器和滑動(dòng)相關(guān)如果采用同樣的判決門限，則抗干擾性完全相同，都具有最高級(jí)別的抗干擾性。等待搜索式自同步的工作原理是：將一組PN碼，控制頻率合成器輸出某一個(gè)固定 頻率，以等待搜索發(fā)送端跳頻信號(hào)中的對(duì)應(yīng)頻率，當(dāng)搜索到時(shí)，兩者在相關(guān)器中相關(guān)，產(chǎn)生固定中頻，經(jīng)包絡(luò)檢波和限幅等處理后，得到一同步捕獲檢測信號(hào)當(dāng)它大于同步捕獲門限電平時(shí)，則釋放時(shí)鐘脈沖，觸發(fā)PN碼產(chǎn)生器，使本地頻率合成器從開始，按跳頻圖案輸出跳頻信號(hào)，這一過程，稱初始同步，如果接受到的跳頻信號(hào)與不對(duì)應(yīng)，則，PN碼產(chǎn)生器保持原輸出狀態(tài)不變，頻率合成器輸出頻率停留在上繼續(xù)等待。完成了初始捕獲同步識(shí)別和同步跟蹤，才算建立和實(shí)現(xiàn)了調(diào)頻同步，系統(tǒng)進(jìn)入鎖定跟蹤狀態(tài)。 快速出局式捕獲法原理圖 本章小結(jié)本章主要對(duì)高速跳頻信號(hào)的五種捕獲方法即滑動(dòng)相關(guān)捕獲法，匹配濾波器捕獲法，并—串捕獲方法，等待搜索自同步法，快速出局式捕獲法的捕獲過程和具體的捕獲原理進(jìn)行了深入的探討，并繪制了各種捕獲方法的原理示意圖。MATLAB主要用于方便矩陣的存取，其基本元素是無需定義維數(shù)的矩陣。由于它不需要定義數(shù)組的維數(shù)，并且它提供了矩陣函數(shù)、特殊矩陣專門的庫函數(shù)，使之在求解諸如信號(hào)處理、建模、系統(tǒng)識(shí)別、控制、優(yōu)化等領(lǐng)域的問題時(shí)，顯得大為快捷、高效、方便，這是其他高級(jí)語言所不能比擬的。（1） MATLAB編程程序語言。（3） MATLAB繪圖系統(tǒng)。數(shù)學(xué)和分析的功能在MATLAB工具箱中被組織成8個(gè)文件夾。數(shù)學(xué)運(yùn)算是MATLAB產(chǎn)品家族的基礎(chǔ)，它包括矩陣運(yùn)算和數(shù)值分析法等。利用M語言可以通過編寫腳本或者函數(shù)文件實(shí)現(xiàn)用戶自己的算法。目前MATLAB產(chǎn)品的工具箱有四十多個(gè)，分別涵蓋了數(shù)據(jù)獲取、科學(xué)計(jì)算、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析、數(shù)字信號(hào)處理、數(shù)學(xué)圖像處理、金融財(cái)務(wù)分析及生物遺產(chǎn)工程等專業(yè)領(lǐng)域。（6） Simulink仿真功能。它基于有限狀態(tài)機(jī)的理論，可以用來對(duì)復(fù)雜的時(shí)間驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真。利用RTW生成的代碼簡捷、可靠、易讀。 跳頻序列的建立在進(jìn)行捕獲方法的仿真前首先要建立一個(gè)跳頻序列。本文中所采用的串行搜索捕獲法，等待搜索式自同步法都是由接收端從接收跳頻信號(hào)中直接提取同步信息，都屬于自同步法。 第一跳本地的時(shí)域圖對(duì)八跳信號(hào)中的前三條信號(hào)進(jìn)行放大。判決電路取樣后就立即將積分器清零，以便進(jìn)行下一個(gè)切普的積分。有兩個(gè)功能，第一是完成對(duì)每一跳的積分清零器輸出值與預(yù)先設(shè)定能量門限電平的比較，判定這一跳是否捕獲上。然后掃描加有噪聲的接收跳頻信號(hào)，并與本地信號(hào)進(jìn)行混頻處理。當(dāng)達(dá)到跳頻序列一個(gè)周期的檢測長度，進(jìn)行同步判定，若成功捕獲的跳頻點(diǎn)數(shù)超過預(yù)先設(shè)定的同步判定門限值，則可以判定跳頻捕獲已經(jīng)完成，停止搜索。對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行降頻處理能夠有效的減少接收端的應(yīng)用負(fù)荷，降低硬件資源消耗。在進(jìn)行滑動(dòng)相關(guān)階段，本地信號(hào)每次只滑動(dòng)一個(gè)碼元。在捕獲過程中要與規(guī)定的閾值作比較，若捕獲成功則會(huì)出現(xiàn)一個(gè)明顯的相關(guān)峰值，設(shè)接收信號(hào)與本地信號(hào)初始偏移為37500采樣點(diǎn)（跳時(shí)間）。 捕獲失敗圖結(jié)果表明，當(dāng)加入不同程度的高斯白噪聲干擾時(shí)，捕獲會(huì)出現(xiàn)不一樣的效果，滑動(dòng)箱管捕獲方法的抗干擾能力雖然很強(qiáng)，但是當(dāng)干擾程度慢慢變強(qiáng)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)捕獲失敗的現(xiàn)象。然后掃描加有噪聲的接收跳頻信號(hào)，對(duì)本地信號(hào)和接收的跳頻信號(hào)進(jìn)行混頻處理，完成兩信號(hào)的混頻運(yùn)算，利用中頻濾波器濾波后，利用檢波器進(jìn)行能量判決。 中頻信號(hào)時(shí)域圖利用等待搜索自同步法進(jìn)行捕獲時(shí)混頻濾波后，產(chǎn)生固定中頻則會(huì)在能量檢測時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)峰值，并且這個(gè)峰值會(huì)大于門限閾值，在無噪聲的條件下對(duì)中頻信號(hào)采用循環(huán)相關(guān)進(jìn)行能量檢波。 捕獲失敗圖，在初始捕獲階段，當(dāng)本地信號(hào)與接收到的信號(hào)并未相差固定中頻時(shí)，它們進(jìn)行混頻濾波能量檢波并與門限電平比較后，就不會(huì)出現(xiàn)一個(gè)峰值即捕獲失敗。首先產(chǎn)生了一個(gè)含有八個(gè)頻點(diǎn)的跳頻序列，分別對(duì)滑動(dòng)相關(guān)捕獲法和等待搜索自同步法進(jìn)行仿真，這兩種捕獲方法的成功都受到能量門限電平的影響，但滑動(dòng)相關(guān)法只有當(dāng)收發(fā)兩端的擴(kuò)頻碼同步而且噪聲干擾沒有足夠大時(shí)后才能產(chǎn)生一個(gè)大于門限電平的值這樣才能捕獲成功。如今跳頻正朝著更高跳速的方向發(fā)展。完成如下工作:1研究了滑動(dòng)相關(guān)捕獲法、匹配濾波器捕獲法及等待搜索式自同步法的原理。因此研究跳頻同步具有極大的現(xiàn)實(shí)意義。結(jié) 論本文主要對(duì)高速跳頻通信系統(tǒng)的捕獲技術(shù)及其相關(guān)理論進(jìn)行了研究，其中包括高速跳頻通信系統(tǒng)的原理以及其研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢、高速跳頻通信系統(tǒng)的模型、高速跳頻信號(hào)的捕獲方法等。同步識(shí)別在本質(zhì)上與初始捕獲并無太大區(qū)別，依舊進(jìn)行混頻濾波，利用檢波器進(jìn)行能量檢波且與門限電平進(jìn)行比較，只有幾個(gè)連續(xù)的chip（切普，跳頻信號(hào)中每個(gè)頻率占用的時(shí)間，也稱頻隙）中，都是實(shí)現(xiàn)，才算捕獲成功。當(dāng)接收信號(hào)與本地信號(hào)并未相差一個(gè)中頻，假設(shè)接收信號(hào)為載頻為HZ的第六跳信號(hào)。在無噪聲的條件下，首先將接收信號(hào)和本地信號(hào)進(jìn)行混頻。若檢波器的輸出未超過能量門限電平，則本地信號(hào)頻率保持在原來狀態(tài)。其各個(gè)模塊的功能與串行搜索捕獲法相同。仿真結(jié)果表明，滑動(dòng)相關(guān)捕獲法的抗噪聲性能優(yōu)越。如果相關(guān)后的值大于閾值，則捕獲成功；反之，則捕獲失敗。 降頻之后的時(shí)域圖用滑動(dòng)相關(guān)法進(jìn)行同步捕獲時(shí)，接受端需要一個(gè)由與發(fā)送端相同擴(kuò)頻碼來產(chǎn)生一個(gè)本地滑動(dòng)數(shù)據(jù)，同樣每跳信號(hào)對(duì)應(yīng)300個(gè)擴(kuò)頻碼，并對(duì)其進(jìn)行BPSK調(diào)制。在進(jìn)行滑動(dòng)相關(guān)捕獲時(shí)，接信號(hào)含有5dB高斯白噪聲。中頻濾波器的輸出送入檢波器進(jìn)行能量檢測。頻率合成器：受PN序列發(fā)生器控制產(chǎn)生本地跳頻信號(hào)。檢波器：在任意時(shí)刻，對(duì)本地信號(hào)與接收到的跳頻信號(hào)某一頻率相關(guān)的結(jié)果進(jìn)行檢波處理。設(shè)置跳頻參數(shù)：A=40； %發(fā)射信號(hào)振幅Vt=16000Hops/S； %實(shí)際調(diào)速tt=； %每跳持續(xù)時(shí)間vm=48000000Hops/S； %擴(kuò)頻碼的碼速fs=*4； %采樣頻率tm=1/vm； %傳輸一個(gè)碼元所需時(shí)間產(chǎn)生跳頻信號(hào)后要對(duì)其進(jìn)行離散化，經(jīng)過采樣后，形成含有八個(gè)跳頻點(diǎn)的本地信號(hào)。在使用自同步法實(shí)現(xiàn)同步時(shí)，通常要求跳頻序列是非重復(fù)的。在世界各國的大學(xué)里，諸如應(yīng)用代數(shù)、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、自動(dòng)控制、數(shù)字信號(hào)處理、模擬與數(shù)字通信、時(shí)間序列分析、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真等課程的教科書都把MATLAB作為其內(nèi)容。（8） 自動(dòng)代碼生成功能。Simulink提供了利用鼠標(biāo)拖拽的方法建立系統(tǒng)框圖模型的圖形界面，而Simulink還提供了豐富的功能塊及不同的專業(yè)模塊集合，利用Simulink幾乎可以做到不用書寫一行代碼來完成整個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模工作。MATLAB可以通過編譯器（Compiler），講MATLAB M語言編寫的函數(shù)文件編譯生成函數(shù)庫、可執(zhí)行文件COM組件等。利用M語言開發(fā)的MATLAB專業(yè)工具箱函數(shù)，可提供用戶直接使用。它可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的數(shù)值可視化的工作。MATLAB允許用戶通過應(yīng)用程序接口，編寫C、Fortran語言與MATLAB交互程序。另外，MATLAB允許用戶自己建造完整的圖形用戶界面（GUI)