本發(fā)明涉及協(xié)同平臺(tái)的時(shí)頻同步領(lǐng)域，更為具體的，涉及一種基于恒溫晶振的高精度時(shí)頻同步方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、隨著科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，作戰(zhàn)場(chǎng)景變化多樣，提升分布式平臺(tái)的協(xié)同作戰(zhàn)能力成為了當(dāng)前軍事技術(shù)研究的重點(diǎn)。由于分置平臺(tái)采用的頻率源不同，平臺(tái)間會(huì)產(chǎn)生時(shí)間、頻率的同步誤差，頻差的存在會(huì)使得鐘差產(chǎn)生漂移現(xiàn)象，頻差固定不變時(shí)，鐘差產(chǎn)生線性漂移趨勢(shì)；頻差變化時(shí)，鐘差產(chǎn)生非線性漂移現(xiàn)象。因此，精準(zhǔn)測(cè)量頻差有利于把控鐘差的漂移趨勢(shì)，進(jìn)一步精準(zhǔn)測(cè)量鐘差。時(shí)頻同步是一切協(xié)同信息處理的基礎(chǔ)，更是信號(hào)級(jí)協(xié)同的關(guān)鍵。采用高精度的時(shí)頻同步技術(shù)可以保證收發(fā)平臺(tái)的時(shí)間、頻率和相位保持一致，保證收發(fā)信號(hào)的嚴(yán)格相參。

2、為了保證鐘差漂移的穩(wěn)定性，時(shí)頻同步中分置平臺(tái)采用的時(shí)鐘一般均為高穩(wěn)原子鐘，在這種條件下，平臺(tái)間的鐘差基本呈線性漂移，且漂移速度很慢，約為0.2ns/s，這是因?yàn)楦叻€(wěn)原子鐘的頻率漂移很小，所以頻差變化很小，基本可視為固定值。雖然采用高穩(wěn)原子鐘可以減小鐘差漂移，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，但銣鐘價(jià)格昂貴，無(wú)法滿足工程應(yīng)用的低成本需求。恒溫晶振(oven?controlled?crystal?oscillator，ocxo)利用恒溫槽使晶振的溫度保持恒定，具有尺寸小、價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)，可以最大限度地減小端機(jī)集成所占用的空間。因此可以考慮用恒溫晶振替代分置平臺(tái)的高穩(wěn)原子鐘，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的低成本化。因此，研究一種基于恒溫晶振的高精度時(shí)頻同步方法具有重要的工程意義。

3、通常情況下，高穩(wěn)原子鐘的穩(wěn)定度可以達(dá)到1×10-11，而恒溫晶振的穩(wěn)定度僅能達(dá)到2×10-7，平臺(tái)間的頻差會(huì)隨時(shí)間發(fā)生變化，導(dǎo)致鐘差產(chǎn)生非線性漂移。要實(shí)現(xiàn)用恒溫晶振替代高穩(wěn)原子鐘用于時(shí)頻同步，需要解決的就是精準(zhǔn)測(cè)量平臺(tái)間的頻差，并推算出鐘差的非線性漂移趨勢(shì)。通?？梢圆扇V波馴服來(lái)獲取平臺(tái)間的頻差，但傳統(tǒng)的卡爾曼濾波在系統(tǒng)建模不夠準(zhǔn)確時(shí)會(huì)出現(xiàn)發(fā)散現(xiàn)象。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于恒溫晶振的高精度時(shí)頻同步方法及裝置，設(shè)計(jì)了一種漸消自適應(yīng)卡爾曼濾波器，通過(guò)數(shù)據(jù)鏈rtt測(cè)量鐘差，并濾波計(jì)算含有恒溫晶振系統(tǒng)的分置平臺(tái)間的頻差，推算鐘差的漂移趨勢(shì)來(lái)保持含有恒溫晶振的分布式系統(tǒng)的高精度時(shí)頻同步。

2、本發(fā)明的目的是通過(guò)以下方案實(shí)現(xiàn)的：

3、一種基于恒溫晶振的高精度時(shí)頻同步方法，包括以下步驟：

4、s1，建立鐘差模型并設(shè)計(jì)漸消自適應(yīng)卡爾曼濾波器；

5、s2，在含有恒溫晶振的分置平臺(tái)中設(shè)置時(shí)間基準(zhǔn)平臺(tái)和待同步平臺(tái)，進(jìn)行平臺(tái)間的鐘差測(cè)量并采用濾波器處理測(cè)量鐘差；

6、s3，根據(jù)濾波獲取的頻差穩(wěn)定度計(jì)算平臺(tái)間的頻差；

7、s4，根據(jù)濾波獲取的鐘差及計(jì)算的頻差推測(cè)鐘差漂移趨勢(shì)，獲取任意時(shí)刻的鐘差，并根據(jù)同步需求進(jìn)行補(bǔ)償與調(diào)整，完成高精度時(shí)頻同步。

8、進(jìn)一步地，在步驟s1中，所述建立鐘差模型并設(shè)計(jì)漸消自適應(yīng)卡爾曼濾波器，具體包括如下子步驟：

9、p1：設(shè)基準(zhǔn)平臺(tái)的本振頻率為f0，待同步平臺(tái)的本振頻率為f1，建立如下表示鐘差隨時(shí)間變化的鐘差模型：

10、

11、其中，ε0為初始鐘差，單位是秒；

12、p2：利用鐘差模型設(shè)計(jì)漸消自適應(yīng)卡爾曼濾波器，包含以下步驟：

13、p21，設(shè)置初始條件；

14、p22，通過(guò)鐘差模型建立狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣及上一時(shí)刻的最優(yōu)估計(jì)值進(jìn)行先驗(yàn)估計(jì)，獲取此時(shí)刻的先驗(yàn)估計(jì)值；

15、p23，引入自適應(yīng)漸消因子，結(jié)合上一時(shí)刻的最優(yōu)估計(jì)協(xié)方差矩陣，預(yù)測(cè)先驗(yàn)估計(jì)協(xié)方差矩陣；

16、p24，計(jì)算卡爾曼增益；

17、p25，進(jìn)行最優(yōu)估計(jì)：

18、xk|k＝xk|k-1+kk(zk-hkxk|k-1)

19、其中，xk|k-1為上一時(shí)刻的最優(yōu)估計(jì)值，kk是卡爾曼增益，hk是控制矩陣，zk為k時(shí)刻的鐘差測(cè)量值，xk|k為本次卡爾曼濾波得到的最優(yōu)估計(jì)值；

20、p26，進(jìn)行k時(shí)刻的均方差矩陣估計(jì)，用于下一時(shí)刻的先驗(yàn)估計(jì)；

21、通過(guò)步驟p21～步驟p26實(shí)現(xiàn)迭代濾波；當(dāng)測(cè)量值與預(yù)測(cè)值的差距大于設(shè)定值時(shí)，判定測(cè)量值為野值，并將其設(shè)為0，直接用預(yù)測(cè)值進(jìn)行迭代濾波。

22、進(jìn)一步地，所述含有恒溫晶振的分置平臺(tái)具體包括2個(gè)平臺(tái)，將其中一個(gè)設(shè)置為時(shí)間基準(zhǔn)平臺(tái)，則另一個(gè)設(shè)置為待同步平臺(tái)。

23、進(jìn)一步地，在步驟p21中，所述設(shè)置初始條件，具體包括：設(shè)置初始鐘差、設(shè)置頻差穩(wěn)定度、設(shè)置頻漂穩(wěn)定度以及設(shè)置初始協(xié)方差矩陣。

24、進(jìn)一步地，在步驟s2中，所述進(jìn)行平臺(tái)間的鐘差測(cè)量并采用濾波器處理測(cè)量鐘差，包括如下子步驟：

25、p3：根據(jù)rtt同步算法，獲取詢問(wèn)消息的到達(dá)時(shí)間toa1和應(yīng)答消息的到達(dá)時(shí)間toa2，結(jié)合rtt工作的時(shí)隙長(zhǎng)度tslot，計(jì)算得到測(cè)量鐘差，計(jì)算式如下：

26、

27、進(jìn)一步地，在步驟s3中，所述根據(jù)濾波獲取的頻差穩(wěn)定度計(jì)算平臺(tái)間的頻差，具體包括如下子步驟：

28、p4：濾波器輸出的第二項(xiàng)是鐘差的變化率，即頻差穩(wěn)定度，無(wú)單位，表示為：

29、

30、p5：頻差穩(wěn)定度與頻差之間存在如下關(guān)系：

31、εline·f0≈f1-f0；

32、利用頻差穩(wěn)定度乘以基準(zhǔn)平臺(tái)本振頻率，即得到平臺(tái)間的頻差。

33、進(jìn)一步地，在步驟s4中，根據(jù)濾波獲取的鐘差及計(jì)算的頻差推測(cè)鐘差漂移趨勢(shì)，獲取任意時(shí)刻的鐘差，并根據(jù)同步需求進(jìn)行補(bǔ)償與調(diào)整，完成高精度時(shí)頻同步，具體包括如下子步驟：

34、p6：經(jīng)過(guò)漸消自適應(yīng)卡爾曼濾波器迭代濾波，濾除隨機(jī)時(shí)間同步誤差；

35、p7：設(shè)第k個(gè)更新節(jié)點(diǎn)處，濾波獲取的鐘差為εk，則鐘差更新節(jié)點(diǎn)之間任意時(shí)刻的鐘差值計(jì)算式如下：

36、

37、p8：得到實(shí)時(shí)頻差與實(shí)時(shí)鐘差，頻差通過(guò)調(diào)整時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)，對(duì)鐘差進(jìn)行在線數(shù)字補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)含有恒溫晶振的分布式系統(tǒng)的高精度時(shí)頻同步。

38、一種基于恒溫晶振的高精度時(shí)頻同步裝置，包括處理器和存儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序被所述處理器加載時(shí)并執(zhí)行如上任一項(xiàng)所述的方法。

39、本發(fā)明的有益效果包括：

40、(1)本發(fā)明采用鐘差模型設(shè)計(jì)了一種漸消自適應(yīng)卡爾曼濾波器，用于精準(zhǔn)測(cè)量恒溫晶振平臺(tái)間的頻差，并剔除測(cè)量數(shù)據(jù)中的野值，推測(cè)鐘差漂移趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了含有恒溫晶振的分布式系統(tǒng)的高精度時(shí)頻同步。

41、(2)本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)在不改變現(xiàn)有硬件與波形軟件的基礎(chǔ)上，提供了一種基于恒溫晶振的高精度時(shí)頻同步方法，在發(fā)明構(gòu)思中根據(jù)建立的鐘差模型設(shè)計(jì)漸消自適應(yīng)卡爾曼濾波器，采用數(shù)據(jù)鏈rtt算法獲取分布式平臺(tái)間的鐘差，將測(cè)量鐘差通過(guò)濾波器，通過(guò)濾波減小鐘差的隨機(jī)誤差，根據(jù)獲取的頻差穩(wěn)定度計(jì)算平臺(tái)間的實(shí)時(shí)頻差，并推測(cè)出任意時(shí)刻的鐘差，對(duì)平臺(tái)間的鐘差與頻差根據(jù)同步需求進(jìn)行補(bǔ)償與調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)了用恒溫晶振替換高穩(wěn)原子鐘，完成含有恒溫晶振的分布式系統(tǒng)的高精度時(shí)頻同步。

42、(3)本發(fā)明可以準(zhǔn)確測(cè)量恒溫晶振系統(tǒng)的時(shí)頻同步誤差，實(shí)現(xiàn)使用恒溫晶振替換高穩(wěn)原子鐘，完成含有恒溫晶振的分布式系統(tǒng)的高精度時(shí)頻同步。