一种数据链系统组网方法与流程

本发明涉及数据通信技术领域，尤其涉及一种数据链系统组网方法。

背景技术：

目前，数据链系统用于子弹飞行过程中的相互测距与无线信息传输。产品根据子弹控制系统注入的收发通道参数确定节点数量、通信跳频图案、扩频码序列组、时间片长度、保护时延长度、加解密密钥，并将控制系统待发送的数据调制成无线信号发送给其它多个子弹，将其它子弹发来的无线信号解调为有效数据，发送给控制系统；同时，根据无线测距请求信号和无线测距响应信号的收发往返时延测量两枚子弹之间的距离，将测量结果发送给控制系统。

当数据链系统网络中的节点数目增加时，实现各节点间的稳定、安全、可靠的通信，成为了当前自组网数据链系统的首要难题。

技术实现要素：

针对现有技术的上述缺陷，本发明提供一种数据链系统组网方法。

本发明提供的数据链系统组网方法，包括:

采用数字信号处理方法，完成通讯信号的加密、解密、编码、解织、扩频、解扩、调制、解调、捕获、跟踪、测距功能；

通过FDMA进行不同节点的组网：该数据链由4个节点构成，每个节点(f1、f2、f3、f4)上包含三个频点(A、B、C)，这些频点各不相同，共12个频点；

通讯过程为：第一时刻，节点1用某一频点与节点2通讯，此时节点3用另一频点与节点4通讯；第二时刻，节点1用某一频点与节点3通讯，此时节点2用另一频点与节点4通讯；第三时刻，节点1用某一频点与节点4通讯，此时节点2用另一频率与节点3通讯；之后重复上述过程；

每次通讯时间40ms，前10ms用来测量建立通讯的两颗节点的距离，后30ms用来完成数据传输，两次通讯直接设1ms切换保护时间。

如上所述的方法，可以利用高动态下的载波快速捕获方法实现整个通信，具体包括：

利用FPGA逻辑设计进行通信算法通讯信号的加密、解密、编码、解织、扩频、解扩、调制、解调、捕获、跟踪、测距的实现。

如上所述的方法，组网节点可以按频点不同进行扩展，具体可以包括：

该数据链包括128个频点进行通信，通过不同频点的分配进行节点的扩展。

本发明提供的数据链系统组网方法包括：包括:采用数字信号处理方法，完成通讯信号的加密、解密、编码、解织、扩频、解扩、调制、解调、捕获、跟踪、测距功能；通过FDMA进行不同节点的组网：该数据链由4个节点构成，每个节点(f1、f2、f3、f4)上包含三个频点(A、B、C)，这些频点各不相同，共12个频点；本发明提供的数据链系统，由于能够采用多址接入技术实现多个节点间的数据传输，实现了多个数据节点的安全、稳定、有效的数据传输，不论弹载、机载、舰载都能实现在高动态环境下通信数据的有效传输，实现多个节点间的频率、时隙、伪码的合理分配；本发明可以根据网络的频点、时隙和CA码分配方案，有效的进行节点扩展。

附图说明

图1为本发明提供的数据链系统组网方法的流程图；

图2为本发明提供的单机工作流程分配说明图；

图3为本发明的单向通信的FFT循环相关捕获算法原理图；

图4为本发明提供的系统工作验证流程说明图；

图5为本发明提供的数据链单机系统上电工作流程说明图；

图6为本发明提供的自组网数据链系统工作节点分配图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的数据链系统组网方法可以完成不同数据链节点间的组网通信。本系统选用XILINX公司两片可编程逻辑器件进行开发。第一片主要完成信号的捕获、跟踪、解调、解扩，第二片主要完成信号的加密、解密、编码、解码、扩频、调制、测距等功能。本发明提供的数据链系统组网方法，数据链网络存在多个通信节点时，能够实现各节点间的稳定、安全、可靠的通信，只要算法合理，都比那些常规的数据链系统更容易实现，且性能更好。

图1为本发明提供的数据链系统组网方法的流程图。如图1所示，数据链系统组网方法具体可以包括以下内容。

S101、采用数字信号处理方法，完成通讯信号的加密、解密、编码、解织、扩频、解扩、调制、解调、捕获、跟踪、测距功能。

S102、通过FDMA进行不同节点的组网：该数据链由4个节点构成，每个节点(f1、f2、f3、f4)上包含三个频点(A、B、C)，这些频点各不相同，共12个频点。

S103、通讯过程为：第一时刻，节点1用某一频点与节点2通讯，此时节点3用另一频点与节点4通讯；第二时刻，节点1用某一频点与节点3通讯，此时节点2用另一频点与节点4通讯；第三时刻，节点1用某一频点与节点4通讯，此时节点2用另一频率与节点3通讯；之后重复上述过程。

上述通讯过程的通讯顺序与所用频点都可以事先约定。

S104、每次通讯时间40ms，前10ms用来测量建立通讯的两颗节点的距离，后30ms用来完成数据传输，两次通讯直接设1ms切换保护时间。

如上所述的方法，可以利用高动态下的载波快速捕获方法实现整个通信，包括：

利用FPGA逻辑设计进行通信算法通讯信号的加密、解密、编码、解织、扩频、解扩、调制、解调、捕获、跟踪、测距的实现。

如上所述的方法，其中，组网节点可以按频点不同进行扩展，具体包括：

该数据链包括128个频点进行通信，通过不同频点的分配进行节点的扩展。

本发明提供的数据链系统组网方法包括：包括:采用数字信号处理方法，完成通讯信号的加密、解密、编码、解织、扩频、解扩、调制、解调、捕获、跟踪、测距功能；通过FDMA进行不同节点的组网：该数据链由4个节点构成，每个节点(f1、f2、f3、f4)上包含三个频点(A、B、C)，这些频点各不相同，共12个频点；本发明提供的数据链系统，由于能够采用多址接入技术实现多个节点间的数据传输，实现了多个数据节点的安全、稳定、有效的数据传输，不论弹载、机载、舰载都能实现在高动态环境下通信数据的有效传输，实现多个节点间的频率、时隙、伪码的合理分配；本发明可以根据网络的频点、时隙和CA码分配方案，有效的进行节点扩展。

本发明的方法基于多址接入技术原理，应用于自组网数据链系统，实现多个通信节点间的数据通信。

图2为本发明提供的单机工作流程分配说明图。如图2所示，图2中单机工作流程分配说明：

上电初始化：FLASH→数据控制→CA码。

对时脉冲启动：上位机→测试仪→各节点对时脉冲传输接口→FPGA1和FPGA2。

正常通信模块：上位机→测试仪→控制系统RS422通信接口→数据控制→CA码→加密→编码→扩频→调制→DA转换→射频模块发送端→发射天线；接收天线→射频模块接收端→AD采样→快速捕获(获取CA码FFT共轭值)→追踪解调解扩模块→解码→解密→控制系统RS422通信接口→测试仪→上位机。

参数注入：上位机→测试仪→参数注入RS422通信接口→数据控制→FLASH。

图3为本发明的单向通信的FFT循环相关捕获算法原理图。如图3所示，图3中为两个节点单向通信时使用的FFT循环相关捕获算法。

由于扩频码具有周期性，对信号的相关运算，可以等效为循环卷积，其数学表达式如下:

两个长为N的序列a和b之间的循环互相关函数为:

式中，b′＝(b(-n))_N,为将序列b周期延拓翻转后取主值序列可得:为a和b的循环卷积。

又有，在离散傅里叶变换中，时域循环卷积等于频域相乘，根据此性质可得：

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循环相关算法的实现方法，其原理图如图3所示，又由于频域移位等效于时域频移，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，多普勒频移的更新纠正可以在FFT后的频移中，利用循环移位来实现。

图4为本发明提供的系统工作验证流程说明。如图4所示，图4为系统工作验证流程说明，上位机主要完成对每个节点的的参数注入，完成模拟控制系统数据的下传和显示；

测试仪主要完成以下内容：

1)接收上位机发来的串口数据，并解析是参数注入指令还是控制系统指令，信息需要发送到哪个节点；

2)通过解析上位机下发的指令，模拟控制系统完成与各节点的串口通信；

3)通过解析上位机下发的指令，完成对各节点的参数注入；

4)接收每个节点传来的参数注入返回信息，并回传给上位机(上位机判断该节点是否参数注入成功)；

5)接收每个节点传来的控制系统信息(其他节点发来的通信信息)，并回传给上位机；

6)通过上位机界面发送命令(也可通过按钮)产生28V对时脉冲，并发送到每个单机节点上；

7)给各节点提供28V供电电源。

图5为本发明提供的数据链单机系统上电工作流程说明图。如图5所示，图5为数据链单机系统上电工作流程说明，从该图中可以看出，单机系统主要分为正常通信模块、参数注入模块。上电后可以随时通过参数注入接口给每个节点提前注入工作参数(保存在FLASH中)，每个节点上电后则会从FLASH中读取之前参数注入的相应数据。上电后当对时脉冲到达后节点开始按规定时隙工作，在工作过程中每个节点将自身对应的控制系统下发的内容通过加密、编码、扩频和调制后通射频模块发送出去，待对应节点捕获接收，同时将射频端收到其它节点的通信内容经过下变频、解调、解扩、解码、解密等步骤还原通讯原始信息数据，再将信息数据回送给自身的控制系统。

图6为本发明提供的自组网数据链系统工作节点分配图。如图6所示，图6说明该自组网数据链系统工作节点分配情况说明：

该数据链由4个节点构成，每个节点(f1、f2、f3、f4)上包含三个频点(A、B、C)，这些频点各不相同(目前设计为各不相同)，故共12个频点。

通讯过程为：第一时刻，节点1用某一频点与节点2通讯，此时节点3用另一频点与节点4通讯；第二时刻，节点1用某一频点与节点3通讯，此时节点2用另一频点与节点4通讯；第三时刻，节点1用某一频点与节点4通讯，此时节点2用另一频率与节点3通讯。之后重复上述过程。该过程的通讯顺序与所用频点都可以事先约定。

每次通讯时间40ms，前10ms用来测量建立通讯的两颗节点的距离，后30ms用来完成数据传输。两次通讯直接设1ms切换保护时间。

综上所述，本发明提供的自组网数据链系统具有以下优点：

一、本发明采用数字信号处理方法完成对数据的加解密、编码、解织、交织、扩频、解扩、调制、解调、捕获、跟踪、测距、AD/DA转换、射频模块供电及频点控制、与外部的串口通信等功能，数字化程度高，处理速度快，可靠性好；

二、由于本系统能够采用多址接入技术实现多个节点间的数据传输，实现了多个数据节点的安全、稳定、有效的数据传输；

三、本发明可以根据网络的频点、时隙和CA码分配方案，可以进行有效的进行节点扩展；

四、人工安装调试方便，节点固定后，不需要移动节点，只需调节节点工作参数便能够改变节点网络中的多址接入分配方案，具有很强的环境适应性；

五、抗干扰性能强，由于采用扩频调制加密算法，能够有效抑制杂波，有效降低了超差环境中的噪声及其他带来干扰现象；

六、本发明所用自组网方法不论弹载、机载、舰载都能实现在高动态环境下通信数据的有效传输，实现多个节点间的频率、时隙、伪码的合理分配。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。