本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)組網(wǎng)方法。

背景技術(shù)：

目前，數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)用于子彈飛行過程中的相互測距與無線信息傳輸。產(chǎn)品根據(jù)子彈控制系統(tǒng)注入的收發(fā)通道參數(shù)確定節(jié)點(diǎn)數(shù)量、通信跳頻圖案、擴(kuò)頻碼序列組、時間片長度、保護(hù)時延長度、加解密密鑰，并將控制系統(tǒng)待發(fā)送的數(shù)據(jù)調(diào)制成無線信號發(fā)送給其它多個子彈，將其它子彈發(fā)來的無線信號解調(diào)為有效數(shù)據(jù)，發(fā)送給控制系統(tǒng)；同時，根據(jù)無線測距請求信號和無線測距響應(yīng)信號的收發(fā)往返時延測量兩枚子彈之間的距離，將測量結(jié)果發(fā)送給控制系統(tǒng)。

當(dāng)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)目增加時，實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)間的穩(wěn)定、安全、可靠的通信，成為了當(dāng)前自組網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的首要難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明提供一種數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)組網(wǎng)方法。

本發(fā)明提供的數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)組網(wǎng)方法，包括:

采用數(shù)字信號處理方法，完成通訊信號的加密、解密、編碼、解織、擴(kuò)頻、解擴(kuò)、調(diào)制、解調(diào)、捕獲、跟蹤、測距功能；

通過FDMA進(jìn)行不同節(jié)點(diǎn)的組網(wǎng)：該數(shù)據(jù)鏈由4個節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，每個節(jié)點(diǎn)(f1、f2、f3、f4)上包含三個頻點(diǎn)(A、B、C)，這些頻點(diǎn)各不相同，共12個頻點(diǎn)；

通訊過程為：第一時刻，節(jié)點(diǎn)1用某一頻點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)2通訊，此時節(jié)點(diǎn)3用另一頻點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)4通訊；第二時刻，節(jié)點(diǎn)1用某一頻點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)3通訊，此時節(jié)點(diǎn)2用另一頻點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)4通訊；第三時刻，節(jié)點(diǎn)1用某一頻點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)4通訊，此時節(jié)點(diǎn)2用另一頻率與節(jié)點(diǎn)3通訊；之后重復(fù)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(jié)點(diǎn)的距離，后30ms用來完成數(shù)據(jù)傳輸，兩次通訊直接設(shè)1ms切換保護(hù)時間。

如上所述的方法，可以利用高動態(tài)下的載波快速捕獲方法實(shí)現(xiàn)整個通信，具體包括：

利用FPGA邏輯設(shè)計進(jìn)行通信算法通訊信號的加密、解密、編碼、解織、擴(kuò)頻、解擴(kuò)、調(diào)制、解調(diào)、捕獲、跟蹤、測距的實(shí)現(xiàn)。

如上所述的方法，組網(wǎng)節(jié)點(diǎn)可以按頻點(diǎn)不同進(jìn)行擴(kuò)展，具體可以包括：

該數(shù)據(jù)鏈包括128個頻點(diǎn)進(jìn)行通信，通過不同頻點(diǎn)的分配進(jìn)行節(jié)點(diǎn)的擴(kuò)展。

本發(fā)明提供的數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)組網(wǎng)方法包括：包括:采用數(shù)字信號處理方法，完成通訊信號的加密、解密、編碼、解織、擴(kuò)頻、解擴(kuò)、調(diào)制、解調(diào)、捕獲、跟蹤、測距功能；通過FDMA進(jìn)行不同節(jié)點(diǎn)的組網(wǎng)：該數(shù)據(jù)鏈由4個節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，每個節(jié)點(diǎn)(f1、f2、f3、f4)上包含三個頻點(diǎn)(A、B、C)，這些頻點(diǎn)各不相同，共12個頻點(diǎn)；本發(fā)明提供的數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，由于能夠采用多址接入技術(shù)實(shí)現(xiàn)多個節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)了多個數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的安全、穩(wěn)定、有效的數(shù)據(jù)傳輸，不論彈載、機(jī)載、艦載都能實(shí)現(xiàn)在高動態(tài)環(huán)境下通信數(shù)據(jù)的有效傳輸，實(shí)現(xiàn)多個節(jié)點(diǎn)間的頻率、時隙、偽碼的合理分配；本發(fā)明可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的頻點(diǎn)、時隙和CA碼分配方案，有效的進(jìn)行節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)組網(wǎng)方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明提供的單機(jī)工作流程分配說明圖；

圖3為本發(fā)明的單向通信的FFT循環(huán)相關(guān)捕獲算法原理圖；

圖4為本發(fā)明提供的系統(tǒng)工作驗(yàn)證流程說明圖；

圖5為本發(fā)明提供的數(shù)據(jù)鏈單機(jī)系統(tǒng)上電工作流程說明圖；

圖6為本發(fā)明提供的自組網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)工作節(jié)點(diǎn)分配圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明提供的數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)組網(wǎng)方法可以完成不同數(shù)據(jù)鏈節(jié)點(diǎn)間的組網(wǎng)通信。本系統(tǒng)選用XILINX公司兩片可編程邏輯器件進(jìn)行開發(fā)。第一片主要完成信號的捕獲、跟蹤、解調(diào)、解擴(kuò)，第二片主要完成信號的加密、解密、編碼、解碼、擴(kuò)頻、調(diào)制、測距等功能。本發(fā)明提供的數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)組網(wǎng)方法，數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)存在多個通信節(jié)點(diǎn)時，能夠?qū)崿F(xiàn)各節(jié)點(diǎn)間的穩(wěn)定、安全、可靠的通信，只要算法合理，都比那些常規(guī)的數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)更容易實(shí)現(xiàn)，且性能更好。

圖1為本發(fā)明提供的數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)組網(wǎng)方法的流程圖。如圖1所示，數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)組網(wǎng)方法具體可以包括以下內(nèi)容。

S101、采用數(shù)字信號處理方法，完成通訊信號的加密、解密、編碼、解織、擴(kuò)頻、解擴(kuò)、調(diào)制、解調(diào)、捕獲、跟蹤、測距功能。

S102、通過FDMA進(jìn)行不同節(jié)點(diǎn)的組網(wǎng)：該數(shù)據(jù)鏈由4個節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，每個節(jié)點(diǎn)(f1、f2、f3、f4)上包含三個頻點(diǎn)(A、B、C)，這些頻點(diǎn)各不相同，共12個頻點(diǎn)。

S103、通訊過程為：第一時刻，節(jié)點(diǎn)1用某一頻點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)2通訊，此時節(jié)點(diǎn)3用另一頻點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)4通訊；第二時刻，節(jié)點(diǎn)1用某一頻點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)3通訊，此時節(jié)點(diǎn)2用另一頻點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)4通訊；第三時刻，節(jié)點(diǎn)1用某一頻點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)4通訊，此時節(jié)點(diǎn)2用另一頻率與節(jié)點(diǎn)3通訊；之后重復(fù)上述過程。

上述通訊過程的通訊順序與所用頻點(diǎn)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(jié)點(diǎn)的距離，后30ms用來完成數(shù)據(jù)傳輸，兩次通訊直接設(shè)1ms切換保護(hù)時間。

如上所述的方法，可以利用高動態(tài)下的載波快速捕獲方法實(shí)現(xiàn)整個通信，包括：

利用FPGA邏輯設(shè)計進(jìn)行通信算法通訊信號的加密、解密、編碼、解織、擴(kuò)頻、解擴(kuò)、調(diào)制、解調(diào)、捕獲、跟蹤、測距的實(shí)現(xiàn)。

如上所述的方法，其中，組網(wǎng)節(jié)點(diǎn)可以按頻點(diǎn)不同進(jìn)行擴(kuò)展，具體包括：

該數(shù)據(jù)鏈包括128個頻點(diǎn)進(jìn)行通信，通過不同頻點(diǎn)的分配進(jìn)行節(jié)點(diǎn)的擴(kuò)展。

本發(fā)明提供的數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)組網(wǎng)方法包括：包括:采用數(shù)字信號處理方法，完成通訊信號的加密、解密、編碼、解織、擴(kuò)頻、解擴(kuò)、調(diào)制、解調(diào)、捕獲、跟蹤、測距功能；通過FDMA進(jìn)行不同節(jié)點(diǎn)的組網(wǎng)：該數(shù)據(jù)鏈由4個節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，每個節(jié)點(diǎn)(f1、f2、f3、f4)上包含三個頻點(diǎn)(A、B、C)，這些頻點(diǎn)各不相同，共12個頻點(diǎn)；本發(fā)明提供的數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，由于能夠采用多址接入技術(shù)實(shí)現(xiàn)多個節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)了多個數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的安全、穩(wěn)定、有效的數(shù)據(jù)傳輸，不論彈載、機(jī)載、艦載都能實(shí)現(xiàn)在高動態(tài)環(huán)境下通信數(shù)據(jù)的有效傳輸，實(shí)現(xiàn)多個節(jié)點(diǎn)間的頻率、時隙、偽碼的合理分配；本發(fā)明可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的頻點(diǎn)、時隙和CA碼分配方案，有效的進(jìn)行節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展。

本發(fā)明的方法基于多址接入技術(shù)原理，應(yīng)用于自組網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多個通信節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)通信。

圖2為本發(fā)明提供的單機(jī)工作流程分配說明圖。如圖2所示，圖2中單機(jī)工作流程分配說明：

上電初始化：FLASH→數(shù)據(jù)控制→CA碼。

對時脈沖啟動：上位機(jī)→測試儀→各節(jié)點(diǎn)對時脈沖傳輸接口→FPGA1和FPGA2。

正常通信模塊：上位機(jī)→測試儀→控制系統(tǒng)RS422通信接口→數(shù)據(jù)控制→CA碼→加密→編碼→擴(kuò)頻→調(diào)制→DA轉(zhuǎn)換→射頻模塊發(fā)送端→發(fā)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(diào)解擴(kuò)模塊→解碼→解密→控制系統(tǒng)RS422通信接口→測試儀→上位機(jī)。

參數(shù)注入：上位機(jī)→測試儀→參數(shù)注入RS422通信接口→數(shù)據(jù)控制→FLASH。

圖3為本發(fā)明的單向通信的FFT循環(huán)相關(guān)捕獲算法原理圖。如圖3所示，圖3中為兩個節(jié)點(diǎn)單向通信時使用的FFT循環(huán)相關(guān)捕獲算法。

由于擴(kuò)頻碼具有周期性，對信號的相關(guān)運(yùn)算，可以等效為循環(huán)卷積，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下:

兩個長為N的序列a和b之間的循環(huán)互相關(guān)函數(shù)為:

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

又有，在離散傅里葉變換中，時域循環(huán)卷積等于頻域相乘，根據(jù)此性質(zhì)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(huán)相關(guān)算法的實(shí)現(xiàn)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(huán)移位來實(shí)現(xiàn)。

圖4為本發(fā)明提供的系統(tǒng)工作驗(yàn)證流程說明。如圖4所示，圖4為系統(tǒng)工作驗(yàn)證流程說明，上位機(jī)主要完成對每個節(jié)點(diǎn)的的參數(shù)注入，完成模擬控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)的下傳和顯示；

測試儀主要完成以下內(nèi)容：

1)接收上位機(jī)發(fā)來的串口數(shù)據(jù)，并解析是參數(shù)注入指令還是控制系統(tǒng)指令，信息需要發(fā)送到哪個節(jié)點(diǎn)；

2)通過解析上位機(jī)下發(fā)的指令，模擬控制系統(tǒng)完成與各節(jié)點(diǎn)的串口通信；

3)通過解析上位機(jī)下發(fā)的指令，完成對各節(jié)點(diǎn)的參數(shù)注入；

4)接收每個節(jié)點(diǎn)傳來的參數(shù)注入返回信息，并回傳給上位機(jī)(上位機(jī)判斷該節(jié)點(diǎn)是否參數(shù)注入成功)；

5)接收每個節(jié)點(diǎn)傳來的控制系統(tǒng)信息(其他節(jié)點(diǎn)發(fā)來的通信信息)，并回傳給上位機(jī)；

6)通過上位機(jī)界面發(fā)送命令(也可通過按鈕)產(chǎn)生28V對時脈沖，并發(fā)送到每個單機(jī)節(jié)點(diǎn)上；

7)給各節(jié)點(diǎn)提供28V供電電源。

圖5為本發(fā)明提供的數(shù)據(jù)鏈單機(jī)系統(tǒng)上電工作流程說明圖。如圖5所示，圖5為數(shù)據(jù)鏈單機(jī)系統(tǒng)上電工作流程說明，從該圖中可以看出，單機(jī)系統(tǒng)主要分為正常通信模塊、參數(shù)注入模塊。上電后可以隨時通過參數(shù)注入接口給每個節(jié)點(diǎn)提前注入工作參數(shù)(保存在FLASH中)，每個節(jié)點(diǎn)上電后則會從FLASH中讀取之前參數(shù)注入的相應(yīng)數(shù)據(jù)。上電后當(dāng)對時脈沖到達(dá)后節(jié)點(diǎn)開始按規(guī)定時隙工作，在工作過程中每個節(jié)點(diǎn)將自身對應(yīng)的控制系統(tǒng)下發(fā)的內(nèi)容通過加密、編碼、擴(kuò)頻和調(diào)制后通射頻模塊發(fā)送出去，待對應(yīng)節(jié)點(diǎn)捕獲接收，同時將射頻端收到其它節(jié)點(diǎn)的通信內(nèi)容經(jīng)過下變頻、解調(diào)、解擴(kuò)、解碼、解密等步驟還原通訊原始信息數(shù)據(jù)，再將信息數(shù)據(jù)回送給自身的控制系統(tǒng)。

圖6為本發(fā)明提供的自組網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)工作節(jié)點(diǎn)分配圖。如圖6所示，圖6說明該自組網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)工作節(jié)點(diǎn)分配情況說明：

該數(shù)據(jù)鏈由4個節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，每個節(jié)點(diǎn)(f1、f2、f3、f4)上包含三個頻點(diǎn)(A、B、C)，這些頻點(diǎn)各不相同(目前設(shè)計為各不相同)，故共12個頻點(diǎn)。

通訊過程為：第一時刻，節(jié)點(diǎn)1用某一頻點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)2通訊，此時節(jié)點(diǎn)3用另一頻點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)4通訊；第二時刻，節(jié)點(diǎn)1用某一頻點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)3通訊，此時節(jié)點(diǎn)2用另一頻點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)4通訊；第三時刻，節(jié)點(diǎn)1用某一頻點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)4通訊，此時節(jié)點(diǎn)2用另一頻率與節(jié)點(diǎn)3通訊。之后重復(fù)上述過程。該過程的通訊順序與所用頻點(diǎn)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(jié)點(diǎn)的距離，后30ms用來完成數(shù)據(jù)傳輸。兩次通訊直接設(shè)1ms切換保護(hù)時間。

綜上所述，本發(fā)明提供的自組網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

一、本發(fā)明采用數(shù)字信號處理方法完成對數(shù)據(jù)的加解密、編碼、解織、交織、擴(kuò)頻、解擴(kuò)、調(diào)制、解調(diào)、捕獲、跟蹤、測距、AD/DA轉(zhuǎn)換、射頻模塊供電及頻點(diǎn)控制、與外部的串口通信等功能，數(shù)字化程度高，處理速度快，可靠性好；

二、由于本系統(tǒng)能夠采用多址接入技術(shù)實(shí)現(xiàn)多個節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)了多個數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的安全、穩(wěn)定、有效的數(shù)據(jù)傳輸；

三、本發(fā)明可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的頻點(diǎn)、時隙和CA碼分配方案，可以進(jìn)行有效的進(jìn)行節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展；

四、人工安裝調(diào)試方便，節(jié)點(diǎn)固定后，不需要移動節(jié)點(diǎn)，只需調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)工作參數(shù)便能夠改變節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中的多址接入分配方案，具有很強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性；

五、抗干擾性能強(qiáng)，由于采用擴(kuò)頻調(diào)制加密算法，能夠有效抑制雜波，有效降低了超差環(huán)境中的噪聲及其他帶來干擾現(xiàn)象；

六、本發(fā)明所用自組網(wǎng)方法不論彈載、機(jī)載、艦載都能實(shí)現(xiàn)在高動態(tài)環(huán)境下通信數(shù)據(jù)的有效傳輸，實(shí)現(xiàn)多個節(jié)點(diǎn)間的頻率、時隙、偽碼的合理分配。

最后應(yīng)說明的是：以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。