[发明专利]一种基于超宽带无线通信的无线时钟同步方法及装置

权利要求书

1.一种基于超宽带无线通信的无线时钟同步方法，其特征在于，所述方法应用于基于超宽带通信技术的无线传感器网络中的从节点，所述无线传感器网络还包括主节点，所述方法包括：

当接收到所述主节点发送的同步数据包时，生成接收时间戳，所述同步数据包携带有发送时间戳；

获取所述主节点的基准时钟信号的信号表达式，并根据所述接收时间戳、所述发送时间戳、所述基准时钟信号的信号表达式、以及所述从节点的时钟信号的信号表达式，计算所述从节点的时钟信号与所述主节点的基准时钟信号之间的相位差；

根据所述相位差和预设的补偿控制器，计算控制量，所述补偿控制器包括比例调节和积分调节PI控制器；

根据所述控制量，调节所述从节点的时钟信号的频率；

其中，所述相位差的表达式为：

其中，所述为所述从节点第k次接收到所述同步数据包时，所述从节点的时钟信号与所述基准时钟信号之间的相位差，所述k₀为压控系数，所述u(k)为所述从节点第k次接收到所述同步数据包后产生的控制量，所述T_syn为预设的同步周期，所述Δf为所述从节点的时钟信号与所述基准时钟信号之间的频率差；

所述控制量的表达式为：其中，所述k_p为预设的比例系数，所述k_i为预设的积分系数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发送时间戳为上一次接收到的同步数据包的发送时间戳时，所述根据所述接收时间戳、所述发送时间戳、所述基准时钟信号的信号表达式、以及所述从节点的时钟信号的信号表达式，计算所述从节点的时钟信号与所述主节点的基准时钟信号之间的相位差包括：

根据所述上一次接收到的同步数据包的发送时间戳、所述接收时间戳、所述基准时钟信号的信号表达式、以及所述从节点的时钟信号的信号表达式，计算所述从节点的时钟信号与所述主节点的基准时钟信号之间的相位差。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述相位差的表达式为：

其中，所述为所述从节点第k次接收到所述同步数据包时，所述从节点的时钟信号与所述基准时钟信号之间的相位差，所述k₀为压控系数，所述u(k-1)为所述从节点第k-1次接收到所述同步数据包后产生的控制量，所述T_syn为预设的同步周期，所述Δf为所述从节点的时钟信号与所述基准时钟信号之间的频率差，所述τ为延迟时间，所述延迟时间包括所述从节点接收到同步数据包后计算所述控制量所需的时间。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述同步数据包的丢包率为预设数值时，所述根据所述相位差和预设的补偿控制器，计算控制量包括：

根据所述相位差、所述丢包率、以及预设的补偿控制器，计算控制量。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述控制量的表达式为其中，所述k_p为预设的比例系数，所述k_i为预设的积分系数，所述所述所述s(k)＝0表示所述从节点未接收到所述同步数据包，所述s(k)＝1表示所述从节点接收到所述同步数据包。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

基于所述相位差和所述控制量，建立同步反馈系统M，所述M的表达式为其中，所述所述所述所述u(k)为所述从节点第k次接收到同步数据包时，计算得到的控制量，所述s(k)用于表示所述从节点是否接收到同步数据包，所述w(k)为随机噪声向量，且有E(w(k))＝0,E(w(k)w(k)^T)＝W，所述W为预设的常量矩阵；

判断是否存在使所述同步反馈系统M满足的常量矩阵

如果存在所述常量矩阵，则确定所述同步反馈系统稳定。