跳频技术在GPS移动车辆监控系统中的应用

2.2 频率合成技术

　　系统跳频锁定时间主要由锁相环跳频锁定时间决定,对于半双工电台还得解决发射接收功放电路的切换时延问题。本系统采用全双工电台,频率合成器采用日本富士通公司的MB1504,工作频段为403～443MHz,参考频率为fR=25kHz。

　　为了既考虑鉴相波纹的抑制能力,又要兼顾环路的瞬态特性,选取ξ≈0.707，ωn≤ωR/5。根据ξ、ωn及环路增益可唯一确定环路滤波器RC常数。考虑到增加PLL环路增益可以缩短环路锁定时间,在环路滤波器之后,再增加一级集成运放。则锁相环环路换频锁定时间tS可以按如下近似公式计算:
　

　　但实际电路中由于串行送数的局限和电路中分布参数的影响,tS为理论值的5～6倍左右,小于1ms。

2.3 跳频同步技术

2.3.1 设计要求

　　对于跳频通信,应保证以下三种同步:

　　(1)跳频图案同步,即跳频接收机与发射机的跳频图案要求相互一致;

　　(2)载波同步,即发送信号载频和接收本地信号载频之差,应落在中频带通滤波器内;

　　(3)码元同步,可分为跳频码元同步和信息码元同步。

2.3.2 硬件设计

　　跳频同步包括同步捕捉和同步跟踪两个过程。首先由捕获过程保证跳频图案的同步,然后进行载波同步跟踪和码元同步跟踪。

　　同步捕捉可利用GPS OEM模块的高精度秒脉冲信号进行同步。秒脉冲信号的起点精度ΔTUTC可达±1μs,甚至为±50ns,其秒脉宽为100ms,上升沿是世界协调时UTC(Universal Time Coordinated)时刻。电路实现如图3所示。

　　秒脉冲信号1PPS经微分电路得到窄脉冲秒信号,对分频电路定时清零,从而做到本地的毫秒时钟与UTC同步。分频电路得到的周期为5ms的脉冲信号送往CPU的中断/INT0,作为跳频图案同步信号。

　　跳频速率为200hop/s,即跳频时隙间隔Δt1为5ms;假设信息传输速率为100kb/s,即信息元宽度Δt2为10μs,则跳频码元同步时间误差和信息码元同步时间误差分别为:
　　

　　所以可以不加码元同步跟踪电路,而载波同步跟踪则可以由锁相环电路实现。

　　采用高精度时钟授时同步组网有如下优点:在任一时隙中各用户发射的是彼此互不相同的频隙,不会相互干扰;可对抗敌方利用单一频率的方法进行测向,因为在任一时隙中各用户发射互不相同的所有频隙。

3 GPS-AVL系统组网方案

　　网络结构为两级星形蜂窝跳频(FH)通信系统,由两个固定基站和八个移动基站组成,用以监控GPS-AVL系统的警车、运钞车、消防车、救护车等近两百部GPS移动车载单元。网络拓朴结构如图4所示。