摘  要：滑動相關法和匹配濾波器法是現有的自同步跳頻捕獲方法中抗干擾性能最強的2種方法，但是，滑動相關法捕獲速度太幔,匹配濾波器法系統結構太復雜。為了克服這些缺點,對這2種方法進行了深入的研究。從捕獲時間的期望值、抗干擾性能以及系統結構的復雜度3方面對其性能進行了全面的對比評價，提出了一種改進的跳頻同步捕獲方案——“快速出局式捕獲”。該改進方案在保持最高級別的抗干擾性能的同時，不僅具有與匹配濾波法接近的快速捕獲速度，而且具有與滑動相關法相當的筒單系統結構。
關鍵詞：跳頻通信；同步；捕獲；快速出局

    跳頻通信技術起源于軍事通信的高保密性和高抗干擾性的需求，隨著在GSM、HomeRF、Bluetooth等民用移動通信中的廣泛應用，與人們的日常生活更是密切相關。
    快速而準確地實現跳頻同步是跳頻通信系統正常工作的必要條件。所謂跳頻同步，就是使收發(fā)兩端的頻率跳變規(guī)律完全一致，包括頻率一致和相位一致。抗干擾性強是跳頻通信得到廣泛應用的重要原因，跳頻同步作為跳頻通信技術族中的關鍵技術之一，必須具有很強的抗干擾性才能有實用價值和持續(xù)發(fā)展的生命力。同時，通信的實時性至關重要，特別是在軍事通信中，所以，跳頻同步的同步建立時間要盡量的短。
    跳頻同步分2個階段完成：同步捕獲和同步跟蹤。同步捕獲，在l/2個頻隙寬度的精度上完成粗同步；同步跟蹤完成進一步的精確同步及相位的實時鎖定。同步捕獲模塊的性能很大程度上決定了整個同步系統的性能，從20世紀50年代跳頻通信技術出現至今，人們一直在對其展開廣泛的研究，研究成果也非常顯著。
    根據接收端從發(fā)送端獲得同步信息方法的不同，跳頻同步可分為獨立信道法、前置同步頭法和自同步法。自同步法由于不需要額外的附加信息，技術上也更有挑戰(zhàn)性，而受到很多研究者的關注。目前基于相關的自同步法中主要有匹配濾波器法、滑動相關法、等待搜索法、位移等待式搜索法、快速掃描法等。其中匹配濾波法和滑動相關法具有最高級別的抗干擾性能，位移等待式搜索法和快速掃描法抗干擾性較差，等待搜索法抗干擾性能最差。
    本文首先對抗干擾性能最強的匹配濾波器法和滑動相關法進行性能分析和比較，然后在此基礎上提出一種改進算法，該改進算法具有強抗干擾、快速捕獲和結構簡單易于實現等特性。

1 經典方法研究

1．1 匹配濾波器法原理
    匹配濾波法系統框圖如圖1a。設跳頻序列周期長度為L，則接收端有L個對應于跳頻系統各跳頻頻點的帶通匹配濾波器，各濾波器的中心頻率由本地搜索控制中心進行實時控制。匹配濾波的輸出信號經過檢波后，進行延遲累加。最后對累加結果進行判決。以當前時隙為第L個時隙，若各匹配濾波器中心頻率在過去的L個時隙內恰好滿足發(fā)端第i個時隙的發(fā)送頻率與收端第i個濾波器的中心頻率一一對應，則累加值將超過預設的判決門限，同步捕獲成功；否則，繼續(xù)由搜索中心控制各匹配濾波器中心頻率，進行捕獲。

    若各匹配濾波器的中心頻率固定，則可通過搜索中心控制各支路開關的通斷，以及各檢波輸出的延遲時隙數來完成同步。

1．2 滑動相關法原理
    如圖1b所示，本地頻率合成器的頻率輸出與發(fā)端的頻率跳變完全一致時，經混頻后就有中頻輸出，經過包絡檢波后的輸出值就相對較大，根據包絡檢波的輸出來判決當前頻隙收發(fā)端跳頻頻點頻率是否相同，相同為“1”，不相同為“0”。最后對一個跳頻序列周期內的判決結果進行累加統計，根據統計計數結果控制搜索指令。若計數器的輸出超過預定門限值則認為捕獲成功，進入跟蹤狀態(tài)；若低于門限值，則認為本地頻率合成器的頻率跳變規(guī)律與發(fā)送方不一致。通過搜索指令對本地跳頻序列進行相移，通常相移1／2個頻隙，再進行一個跳頻周期的相關運算，直到捕獲成功為止。

1．3 性能對比
    在系統結構的復雜度上，由圖1可見，匹配濾波法需要L條由混頻、濾波、檢波和二值判決組成的相關支路，而滑動相關法只需要一條同樣的相關支路，系統結構簡單，也正是如此，滑動相關法一直得到了廣泛的應用。
    在抗干擾性能上，因為都是對一個跳頻周期內的相關檢波累加結果進行捕獲判決，所以對同樣的跳頻序列周期長度，匹配濾波法和滑動相關法如果采用同樣的判決門限，則抗干擾性完全相同，都具有最高級別的抗干擾性。
    設跳頻序列周期長度為L，跳頻頻隙(chip)時長為To，對匹配濾波法和滑動相關法在無干擾條件下的捕獲時間的期望值計算如下。
    匹配濾波法在第k個頻隙完成同步捕獲的概率是:

滑動相關法在第A個頻隙完成同步捕獲的概率是

    由上述計算結果可知從期望捕獲時間上來說，匹配濾波法是0(L)，滑動相關法，匹配濾波法更優(yōu)越。

2 改進方法及其性能分析

2．1 快速出局式捕獲法
    該算法先在M個頻隙內根據相關結果做出出局判決。若判決標準表明顯著的未同步，則將當前本地跳頻序列的狀態(tài)快速出局，經相位滑動后再重新開始本地跳頻與接收信號的相關、累積和出局判決；否則，同滑動相關法，對一個周期內的相關結果進行捕獲成功與否的判決。
    快速出局式捕獲法系統框圖如圖2所示。