[发明专利]基于序列最小二乘的一致性时钟同步频率偏移估计方法

权利要求书

1.一种基于序列最小二乘的一致性时钟同步频率偏移估计方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

S1：面向服从任意分布的有界随机通信时延场景，建立节点间时钟信息和时延关系模型；

S2：根据通信时延关系建立任意一组本地时钟信息的相对关系；

S3：根据时钟信息的相对关系，构建时钟参数估计模型和基于最小二乘原则的成本函数；

S4：采用序列最小二乘法迭代估计节点间的相对时钟频率偏移，然后利用一致性的时钟同步法来更新节点的逻辑时钟参数，估计出节点间的相对频偏后，周期性重复相对频偏估计以及逻辑时钟参数更新操作，直到整个网络节点的逻辑时钟达到同步的效果；

步骤S4中，采用序列最小二乘法迭代估计节点间的相对时钟频率偏移，具体包括以下步骤：

S41：在第一轮同步中，节点j接收并存储两组时钟信息和直接使用标准最小二乘方法来获取第一轮同步过程中的估计值和

其中，表示传感器节点i以间隔T周期性广播的本地时钟，表示邻居节点j接收并且记录接收时刻自身的本地时钟；

此外，为了开始时钟参数迭代估计过程，第一轮同步过程中的协方差矩阵被设定为：

Σ(1)＝(H^T(1)H(1))^-1

其中，H(1)＝[h(0) h(1)]^T，

S42：对于第m(m＝2,3,4,...,n)轮同步过程，节点j只需要存储当前轮接收到的时钟信息前一轮计算得到的时钟参数估计值和以及前一轮迭代产生的协方差矩阵Σ(m-1)，然后采用序列最小二乘方法，迭代估计此轮同步过程中的相对时钟频偏和相对时钟相偏；

估计更新：

增益更新：

协方差更新：Σ(m)＝(I₂-K(m)h^T(m))Σ(m-1)

其中，表示第m轮时钟参数估计值，即K(m)表示第m轮的增益矩阵，Σ(m)表示第m轮参数估计的协方差矩阵，I₂是二阶单位矩阵。

2.根据权利要求1所述的一致性时钟同步频率偏移估计方法，其特征在于，步骤S1中，建立的节点间时钟信息和时延关系模型，具体包括：假设网络中的任意传感器节点i都以间隔T周期性广播本地时钟以及相关同步时钟信息，其邻居节点j接收并且记录接收时刻自身的本地时钟得到在真实时间刻度下节点间的通信时延关系：

其中，表示服从任意分布的、非负的、上界为常数D_d的随机通信时延。

3.根据权利要求2所述的一致性时钟同步频率偏移估计方法，其特征在于，步骤S2中，根据通信时延关系建立任意一组本地时钟信息的相对关系，具体包括：邻居节点j收到n+1个来自节点i的同步时钟信息后，它将获得n+1组本地时钟观测值根据通信时延关系建立任意一组本地时钟信息的相对关系：

其中，α_ij和β_ij分别表示节点i相对于节点j的相对频率偏移和相对相位偏移，α_j表示节点j的本地时钟频率偏移。

4.根据权利要求3所述的一致性时钟同步频率偏移估计方法，其特征在于，步骤S3中，构建时钟参数估计模型和基于最小二乘原则的成本函数，具体包括：根据时钟信息的相对关系，对通信时延项进行处理，将本地时钟信息的相对关系式中时延部分考虑为一个误差函数：

扩展误差函数到所有本地时钟观测，然后应用最小二乘原理来处理误差，得到以下包含时钟参数α_ij和β_ij的成本函数J(α_ij,β_ij)：

通过最小化成本函数来获取相对相位偏移估计和相对频率偏移估计。

5.根据权利要求1所述的一致性时钟同步频率偏移估计方法，其特征在于，步骤S4中，所述的逻辑时钟参数包括：逻辑频偏补偿和逻辑相偏补偿。