跳頻技術(shù)在GPS移動車輛監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.2 頻率合成技術(shù)

　　系統(tǒng)跳頻鎖定時間主要由鎖相環(huán)跳頻鎖定時間決定,對于半雙工電臺還得解決發(fā)射接收功放電路的切換時延問題。本系統(tǒng)采用全雙工電臺,頻率合成器采用日本富士通公司的MB1504,工作頻段為403～443MHz,參考頻率為fR=25kHz。

　　為了既考慮鑒相波紋的抑制能力,又要兼顧環(huán)路的瞬態(tài)特性,選取ξ≈0.707，ωn≤ωR/5。根據(jù)ξ、ωn及環(huán)路增益可唯一確定環(huán)路濾波器RC常數(shù)。考慮到增加PLL環(huán)路增益可以縮短環(huán)路鎖定時間,在環(huán)路濾波器之后,再增加一級集成運放。則鎖相環(huán)環(huán)路換頻鎖定時間tS可以按如下近似公式計算:
　

　　但實際電路中由于串行送數(shù)的局限和電路中分布參數(shù)的影響,tS為理論值的5～6倍左右,小于1ms。

2.3 跳頻同步技術(shù)

2.3.1 設(shè)計要求

　　對于跳頻通信,應(yīng)保證以下三種同步:

　　(1)跳頻圖案同步,即跳頻接收機與發(fā)射機的跳頻圖案要求相互一致;

　　(2)載波同步,即發(fā)送信號載頻和接收本地信號載頻之差,應(yīng)落在中頻帶通濾波器內(nèi);

　　(3)碼元同步,可分為跳頻碼元同步和信息碼元同步。

2.3.2 硬件設(shè)計

　　跳頻同步包括同步捕捉和同步跟蹤兩個過程。首先由捕獲過程保證跳頻圖案的同步,然后進(jìn)行載波同步跟蹤和碼元同步跟蹤。

　　同步捕捉可利用GPS OEM模塊的高精度秒脈沖信號進(jìn)行同步。秒脈沖信號的起點精度ΔTUTC可達(dá)±1μs,甚至為±50ns,其秒脈寬為100ms,上升沿是世界協(xié)調(diào)時UTC(Universal Time Coordinated)時刻。電路實現(xiàn)如圖3所示。

　　秒脈沖信號1PPS經(jīng)微分電路得到窄脈沖秒信號,對分頻電路定時清零,從而做到本地的毫秒時鐘與UTC同步。分頻電路得到的周期為5ms的脈沖信號送往CPU的中斷/INT0,作為跳頻圖案同步信號。

　　跳頻速率為200hop/s,即跳頻時隙間隔Δt1為5ms;假設(shè)信息傳輸速率為100kb/s,即信息元寬度Δt2為10μs,則跳頻碼元同步時間誤差和信息碼元同步時間誤差分別為:
　　

　　所以可以不加碼元同步跟蹤電路,而載波同步跟蹤則可以由鎖相環(huán)電路實現(xiàn)。

　　采用高精度時鐘授時同步組網(wǎng)有如下優(yōu)點:在任一時隙中各用戶發(fā)射的是彼此互不相同的頻隙,不會相互干擾;可對抗敵方利用單一頻率的方法進(jìn)行測向,因為在任一時隙中各用戶發(fā)射互不相同的所有頻隙。

3 GPS-AVL系統(tǒng)組網(wǎng)方案

　　網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為兩級星形蜂窩跳頻(FH)通信系統(tǒng),由兩個固定基站和八個移動基站組成,用以監(jiān)控GPS-AVL系統(tǒng)的警車、運鈔車、消防車、救護(hù)車等近兩百部GPS移動車載單元。網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)如圖4所示。