本發(fā)明涉及協(xié)同平臺的時頻同步領(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)場景變化多樣，提升分布式平臺的協(xié)同作戰(zhàn)能力成為了當(dāng)前軍事技術(shù)研究的重點。由于分置平臺采用的頻率源不同，平臺間會產(chǎn)生時間、頻率的同步誤差，頻差的存在會使得鐘差產(chǎn)生漂移現(xiàn)象，頻差固定不變時，鐘差產(chǎn)生線性漂移趨勢；頻差變化時，鐘差產(chǎn)生非線性漂移現(xiàn)象。因此，精準(zhǔn)測量頻差有利于把控鐘差的漂移趨勢，進一步精準(zhǔn)測量鐘差。時頻同步是一切協(xié)同信息處理的基礎(chǔ)，更是信號級協(xié)同的關(guān)鍵。采用高精度的時頻同步技術(shù)可以保證收發(fā)平臺的時間、頻率和相位保持一致，保證收發(fā)信號的嚴格相參。

2、為了保證鐘差漂移的穩(wěn)定性，時頻同步中分置平臺采用的時鐘一般均為高穩(wěn)原子鐘，在這種條件下，平臺間的鐘差基本呈線性漂移，且漂移速度很慢，約為0.2ns/s，這是因為高穩(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，但銣鐘價格昂貴，無法滿足工程應(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、價格低的優(yōu)點，可以最大限度地減小端機集成所占用的空間。因此可以考慮用恒溫晶振替代分置平臺的高穩(wěn)原子鐘，實現(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)定度可以達到1×10-11，而恒溫晶振的穩(wěn)定度僅能達到2×10-7，平臺間的頻差會隨時間發(fā)生變化，導(dǎo)致鐘差產(chǎn)生非線性漂移。要實現(xiàn)用恒溫晶振替代高穩(wěn)原子鐘用于時頻同步，需要解決的就是精準(zhǔn)測量平臺間的頻差，并推算出鐘差的非線性漂移趨勢。通?？梢圆扇V波馴服來獲取平臺間的頻差，但傳統(tǒng)的卡爾曼濾波在系統(tǒng)建模不夠準(zhǔn)確時會出現(xiàn)發(fā)散現(xiàn)象。

技術(shù)實現(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頻同步方法及裝置，設(shè)計了一種漸消自適應(yīng)卡爾曼濾波器，通過數(shù)據(jù)鏈rtt測量鐘差，并濾波計算含有恒溫晶振系統(tǒng)的分置平臺間的頻差，推算鐘差的漂移趨勢來保持含有恒溫晶振的分布式系統(tǒng)的高精度時頻同步。

2、本發(fā)明的目的是通過以下方案實現(xiàn)的：

3、一種基于恒溫晶振的高精度時頻同步方法，包括以下步驟：

4、s1，建立鐘差模型并設(shè)計漸消自適應(yīng)卡爾曼濾波器；

5、s2，在含有恒溫晶振的分置平臺中設(shè)置時間基準(zhǔn)平臺和待同步平臺，進行平臺間的鐘差測量并采用濾波器處理測量鐘差；

6、s3，根據(jù)濾波獲取的頻差穩(wěn)定度計算平臺間的頻差；

7、s4，根據(jù)濾波獲取的鐘差及計算的頻差推測鐘差漂移趨勢，獲取任意時刻的鐘差，并根據(jù)同步需求進行補償與調(diào)整，完成高精度時頻同步。

8、進一步地，在步驟s1中，所述建立鐘差模型并設(shè)計漸消自適應(yīng)卡爾曼濾波器，具體包括如下子步驟：

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

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)移矩陣及上一時刻的最優(yōu)估計值進行先驗估計，獲取此時刻的先驗估計值；

15、p23，引入自適應(yīng)漸消因子，結(jié)合上一時刻的最優(yōu)估計協(xié)方差矩陣，預(yù)測先驗估計協(xié)方差矩陣；

16、p24，計算卡爾曼增益；

17、p25，進行最優(yōu)估計：

18、xk|k＝xk|k-1+kk(zk-hkxk|k-1)

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

20、p26，進行k時刻的均方差矩陣估計，用于下一時刻的先驗估計；

21、通過步驟p21～步驟p26實現(xiàn)迭代濾波；當(dāng)測量值與預(yù)測值的差距大于設(shè)定值時，判定測量值為野值，并將其設(shè)為0，直接用預(yù)測值進行迭代濾波。

22、進一步地，所述含有恒溫晶振的分置平臺具體包括2個平臺，將其中一個設(shè)置為時間基準(zhǔn)平臺，則另一個設(shè)置為待同步平臺。

23、進一步地，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、進一步地，在步驟s2中，所述進行平臺間的鐘差測量并采用濾波器處理測量鐘差，包括如下子步驟：

25、p3：根據(jù)rtt同步算法，獲取詢問消息的到達時間toa1和應(yīng)答消息的到達時間toa2，結(jié)合rtt工作的時隙長度tslot，計算得到測量鐘差，計算式如下：

26、

27、進一步地，在步驟s3中，所述根據(jù)濾波獲取的頻差穩(wěn)定度計算平臺間的頻差，具體包括如下子步驟：

28、p4：濾波器輸出的第二項是鐘差的變化率，即頻差穩(wěn)定度，無單位，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)平臺本振頻率，即得到平臺間的頻差。

33、進一步地，在步驟s4中，根據(jù)濾波獲取的鐘差及計算的頻差推測鐘差漂移趨勢，獲取任意時刻的鐘差，并根據(jù)同步需求進行補償與調(diào)整，完成高精度時頻同步，具體包括如下子步驟：

34、p6：經(jīng)過漸消自適應(yīng)卡爾曼濾波器迭代濾波，濾除隨機時間同步誤差；

35、p7：設(shè)第k個更新節(jié)點處，濾波獲取的鐘差為εk，則鐘差更新節(jié)點之間任意時刻的鐘差值計算式如下：

36、

37、p8：得到實時頻差與實時鐘差，頻差通過調(diào)整時鐘實現(xiàn)，對鐘差進行在線數(shù)字補償，實現(xiàn)含有恒溫晶振的分布式系統(tǒng)的高精度時頻同步。

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

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)計了一種漸消自適應(yīng)卡爾曼濾波器，用于精準(zhǔn)測量恒溫晶振平臺間的頻差，并剔除測量數(shù)據(jù)中的野值，推測鐘差漂移趨勢，實現(xiàn)了含有恒溫晶振的分布式系統(tǒng)的高精度時頻同步。

41、(2)本發(fā)明可以實現(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間的鐘差，將測量鐘差通過濾波器，通過濾波減小鐘差的隨機誤差，根據(jù)獲取的頻差穩(wěn)定度計算平臺間的實時頻差，并推測出任意時刻的鐘差，對平臺間的鐘差與頻差根據(jù)同步需求進行補償與調(diào)整，從而實現(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)的高精度時頻同步。

42、(3)本發(fā)明可以準(zhǔn)確測量恒溫晶振系統(tǒng)的時頻同步誤差，實現(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)的高精度時頻同步。