[发明专利]基于信号比对和频差在线估计的信号源时间同步方法

权利要求书

1.基于信号比对和频差在线估计的信号源时间同步方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)确定信号源具有信号发送天线和接收天线，获取信号源自身收发天线之间的几何距离以及不同信号源收发天线之间的几何距离，作为所有信号源的内部预设数值，或通过通信链路在所有信号源之间进行发播；

(2)指定所有信号源进行时间同步的拓扑结构，将拓扑结构作为所有信号源的内部预设数值，或通过通信链路在所有信号源之间进行发播；

(3)所有信号源分别发送具有测距和抗远近效应能力的无线信号，并基于通信链路或内部预设数值获取信号源进行时间同步的拓扑结构和不同信号源收发天线之间的几何距离；

(4)所有信号源基于接收天线同时接收自身发送的无线信号和拓扑结构中指定实现时间同步的信号源发送的无线信号，计算相对钟差和频差并进行调整，完成时间同步过程。

2.根据权利要求1所述的基于信号比对和频差在线估计的信号源时间同步方法，其特征在于：所述的步骤(4)中所有信号源基于接收天线同时接收自身发送的无线信号和拓扑结构中指定实现时间同步的信号源发送的无线信号，计算相对钟差和频差，具体包括以下步骤：

(401)信号源同时接收自身发送的无线信号和拓扑结构中指定实现时间同步的信号源发送的无线信号，并获取两个无线信号的测距值的差值；

(402)根据两个无线信号的测距值的差值、信号源自身与指定实现同步的信号源收发天线之间的几何距离以及信号源自身收发天线之间的几何距离计算观测向量；

(403)定义时钟状态估计值矩阵，并根据观测向量构建针对时钟特征估计的钟差状态递推方程和观测方程；

(404)基于通用的卡尔曼滤波算法对(403)中钟差状态递推方程和观测方程进行递推计算，得到信号源的时钟状态估计值矩阵，矩阵前两项即滤波估计下的钟差值和频差值。

3.根据权利要求1所述的基于信号比对和频差在线估计的信号源时间同步方法，其特征在于，步骤(402)中的计算公式为:

h(t)＝p(t)-(L_i,j+d_i,j-L_i)，取信号测距周期为T₀，在不同时间点上{T₀,2T₀,3T₀.....kT₀...}得到的h(t)构成观测向量；式中L_i,j为信号源自身与指定实现同步的信号源收发天线之间的几何距离，d_i,j为通过对流层模型估计的对流层时延，L_i为信号源自身收发天线之间的几何距离，p(t)为两个无线信号的测距值的差值；i,j均为自然数。

4.根据权利要求1所述的基于信号比对和频差在线估计的信号源时间同步方法，其特征在于，步骤(403)具体为:

定义kT₀时刻时钟状态估计值矩阵X(k)＝[x1(k),x2(k),x3(k)]^T，式中x1(k)为钟差，x2(k)为频差/f0，x3(k)为频漂参数/f0；

建立钟差状态递推方程

式中u₁(k)为调频白噪声和调频闪变噪声，u₂(k)为调频随机游走噪声，u₃(k)为时钟老化的非线性频漂过程，这三个参数为预设值，以钟差为观测量；

建立观测方程

Z(k)＝HX(k)+V(k)

W(k)与V(k)中各参量近似为零均值随机误差，Z(k)为观测向量。