测量移动平台上的时钟之间的时间和频率偏移的虚拟反射镜技术制造技术

测量移动平台上的时钟之间的时间和频率偏移的虚拟反射镜技术。本文中的方面描述了使用从激光器生成的光信号来测量时钟偏移并确定移动平台之间的分离距离，从而使两个移动平台之间的时钟同步的技术。一旦时钟被同步(例如，确定时钟之间的偏移)，移动平台就可共享传感器数据、位置数据以及依赖于精确时间戳和相对位置的其它信息。在一个方面，平台中的一个用作虚拟反射镜。即，与反射入射光的反射镜类似，平台在接收到脉冲的同一时刻发送脉冲。例如，第一平台可发送脉冲，所述脉冲在第二平台处被接收。第二平台可使用光组件或电组件来形成虚拟反射镜，每当在第二平台处接收到脉冲时该虚拟反射镜向第一平台发送光脉冲。

【技术实现步骤摘要】
测量移动平台上的时钟之间的时间和频率偏移的虚拟反射镜技术
本公开涉及相对定时和定位测量。相对定位确定移动平台相对于一个或更多个其它平台的位置。移动平台的示例包括陆地车辆、船舶、航天器和飞行器。在一些方面，相对于诸如静止车辆的非移动平台来确定诸如飞行中的飞行器的移动平台的位置。在一些情况下，各个平台是移动平台(例如，两个移动飞行器或者飞行器和船舶或陆地车辆)。
技术介绍
可接收并处理从各个平台发送的信号以确定平台之间的距离。用于确定两个或更多个平台的相对位置的一些技术包含时间传递技术(timetransfertechnique)，所述时间传递技术包括双向时间传递(TWTT)。例如，与各个平台关联的时钟可记录平台向另一平台发送信号的时间以及平台从另一平台接收到信号的时间。所记录的时间数据可用于计算时钟之间的偏移或偏差并确定各个平台之间的距离，并且防止由于各个平台的时钟之间的时间差异(这是因为各个飞行器具有带两个未知数(即，时钟偏移和相对距离)的两个方程)而导致的平台定位误差。在各个平台均在移动的示例中，确定平台之间的相对定位涉及考虑诸如由于正在运动的各个平台而变化的距离的参数。如果不考虑这些参数，则移动平台中的时钟可能不同步，这会妨碍平台共享数据，所述数据依赖于精确时间戳和相对位置。
技术实现思路
本专利技术的一个方面是一种方法，该方法包括以下步骤：接收由第一移动平台发送的第一光信号，其中该第一光信号包括第一多个脉冲；以及在第二移动平台处调节命令信号，使得所接收的第一多个脉冲与在第二移动平台处生成的第二多个脉冲交叠。该方法还包括步骤：从第二移动平台向第一移动平台发送包括第二多个脉冲的第二光信号，其中在第二移动平台处接收到第一多个脉冲中的每一个的同时从第二移动平台发送第二多个脉冲中的每一个；以及基于在第一移动平台处接收的第二多个脉冲来确定第一移动平台中的第一时钟与第二移动平台中的第二时钟之间的第一时间偏移。本专利技术的另一方面是一种平台，该平台包括：光接收器，其被配置为接收由不同的平台通过自由空间发送的第一光信号，其中该第一光信号包括第一多个脉冲；以及电路，其形成虚拟反射镜。该电路包括：PRF调节器，其被配置成调节命令信号，使得所接收的第一多个脉冲与第二多个脉冲交叠；以及脉冲激光源，其被配置为将包括第二多个脉冲的第二光信号发送到所述不同的平台，其中在第二移动平台处接收到第一多个脉冲中的每一个的同时从第二移动平台发送第二多个脉冲中的每一个。本专利技术的另一方面是一种方法，该方法包括以下步骤：从第一移动平台向第二平台发送第一多个光脉冲，其中第二平台被配置成虚拟反射镜以向第一移动平台发送第二多个脉冲，并且其中在第二平台处接收到第一多个脉冲中的每一个的同时从第二平台发送第二多个脉冲中的每一个。该方法包括以下步骤：基于在第一移动平台处接收的第二多个脉冲来确定第一移动平台中的第一时钟与第二平台中的第二时钟之间的第一时间偏移。附图说明图1示出在两个移动平台之间传送光脉冲时使用虚拟反射镜；图2是使用虚拟反射镜来使两个移动平台中的时钟同步的系统；图3是使用虚拟反射镜确定两个移动平台中的时钟之间的时间偏移的流程图；图4是使用虚拟反射镜确定两个移动平台中的时钟之间的时间偏移的流程图；以及图5是比较使用虚拟反射镜和双向时间传递技术生成的时间偏移的流程图。为了方便理解，在可能的情况下使用相同的标号来指代附图中共有的相同元件。可以想到在一个方面公开的元件可有利地用于其它方面而无需特别说明。具体实施方式本文中的方面描述了用于使两个移动平台(例如，陆地车辆、船舶、飞行器、航天器、卫星等)之间的时钟同步的技术。尽管可使用全球定位系统(GPS)卫星信号来使时钟同步，但是GPS信号可能被干扰，并且即使在可用时，对于一些应用而言这些信号的精度也不够。相反，本文中的方面描述了使用从激光器生成的光信号(例如，无线信号)来测量移动平台之间的时钟偏移。一旦时钟被同步(例如，确定时钟之间的偏移)，移动平台就可共享传感器数据、位置数据以及依赖于精确时间戳和相对位置的其它信息(例如，相对于到达角的范围加方位角/仰角(AZ/EL))。在一个方面，可使用光信号来以小于10皮秒的精度使时钟同步。时间传递和相对定位技术可涉及来自例如第一平台和第二平台的信号的光采样。可考虑另一信号的脉冲重复频率修改以特定时间单位(例如，每秒脉冲)重复的信号的脉冲重复频率或脉冲数量。在一个方面，平台之一用作虚拟反射镜。即，与反射入射光的反射镜相似，平台在接收到脉冲的同一时刻发送脉冲。例如，第一平台可发送脉冲，所述脉冲在用作虚拟反射镜的第二平台处被接收。第二平台可使用光组件或电组件来形成虚拟反射镜，以使得每当接收到脉冲时从第二平台向第一平台发送脉冲。本文所公开的示例方法和设备在例如飞行器飞行期间使用激光通过改变激光脉冲重复频率并控制由激光器长距离发射的脉冲的脉冲重复频率来测量移动平台之间的相对距离并使移动平台中的时钟同步。可使用飞秒脉冲激光器来命令或设定所发射的脉冲的脉冲重复频率。另选地，平台可包括相应连续波激光器和调制器以用于设定所发射的脉冲的脉冲重复频率。图1示出了光同步系统100，其包括用于在两个移动平台之间通信光脉冲的虚拟反射镜125。系统100包括第一平台105A和第二平台105B。第一平台105A包括时钟同步器120，其包括用于输出多个光脉冲130(例如，光脉冲串)的组件。例如，时钟同步器120可包括诸如飞秒激光器或连续波激光器的光源，其被调制为在界面(interface)110处以设定的脉冲重复频率(PRF)(f1或fPRF1_OUT)输出脉冲130。在一个方面，时钟同步器120捕获或存储在界面110处发送脉冲130的时间(td1)。脉冲130穿过距离140(例如，自由空间)直至到达第二平台105B的界面115。在一个方面，界面110和115可以是平台105的相应外皮或表面。在一个方面，界面110和115可包括设置在平台105的外表面处的光检测器，或者光透镜(例如，准直器)可将光从外表面传送到平台105内的光检测器。第二平台105B包括虚拟反射镜125，其包括用于以下的组件：用于检测所接收的光脉冲130，响应于所接收的脉冲130更新PRF，并且响应于接收到光脉冲130向后朝着第一移动平台105A发送多个光脉冲135(例如，光脉冲串)。即，虚拟反射镜125的行为与实际反射镜相似，使得每当在界面115处接收到一个脉冲130时，与实际反射镜将如何反射入射脉冲很像，从第二平台105B发送对应一个脉冲135。然而，使用虚拟反射镜125而非实际反射镜的一个优点是可控制脉冲135的功率。即，由于虚拟反射镜125包括用于生成脉冲135的光源(而非像实际反射镜一样仅仅反射脉冲130)，所以虚拟反射镜125可控制脉冲135的光功率，这可使得与使用实际反射镜时相比，光同步系统100可用于更远的距离140。在一个方面，虚拟反射镜125测量脉冲130到达界面115的时间(tr1)以及对应一个脉冲135被发送的时间(td2)。除了由PRF调节器的动态响应或不可预测的组件延迟导致的小的命令误差(tce)之外，时间tr1可与时间td2相同。在虚拟反射镜125中可考虑光组件或电组件中的可预测的延迟。如所示，脉冲本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，该方法包括以下步骤：接收由第一移动平台(105A)发送的第一光信号，该第一光信号包括第一多个脉冲(130)；在第二移动平台(105B)处调节命令信号(260)，使得所接收的第一多个脉冲与在所述第二移动平台处生成的第二多个脉冲(135)交叠；从所述第二移动平台向所述第一移动平台发送包括所述第二多个脉冲的第二光信号，其中，在所述第二移动平台处接收到所述第一多个脉冲中的每一个的同时从所述第二移动平台发送所述第二多个脉冲中的每一个；以及基于在所述第一移动平台处接收的所述第二多个脉冲来确定所述第一移动平台中的第一时钟(205)与所述第二移动平台中的第二时钟(250)之间的第一时间偏移(235)。

【技术特征摘要】
2017.09.15 US 15/706,5031.一种方法，该方法包括以下步骤：接收由第一移动平台(105A)发送的第一光信号，该第一光信号包括第一多个脉冲(130)；在第二移动平台(105B)处调节命令信号(260)，使得所接收的第一多个脉冲与在所述第二移动平台处生成的第二多个脉冲(135)交叠；从所述第二移动平台向所述第一移动平台发送包括所述第二多个脉冲的第二光信号，其中，在所述第二移动平台处接收到所述第一多个脉冲中的每一个的同时从所述第二移动平台发送所述第二多个脉冲中的每一个；以及基于在所述第一移动平台处接收的所述第二多个脉冲来确定所述第一移动平台中的第一时钟(205)与所述第二移动平台中的第二时钟(250)之间的第一时间偏移(235)。2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述第一时间偏移的步骤包括：基于从所述第一移动平台发送所述第一多个脉冲的第一频率和在所述第一移动平台处接收所述第二多个脉冲的第二频率来确定所述第一移动平台和所述第二移动平台之间的多普勒频移(225)。3.根据权利要求2所述的方法，其中，确定所述第一时间偏移的步骤包括：在所述第一移动平台处接收用于在所述第二移动平台处使所述第一多个脉冲与所述第二多个脉冲交叠的所述命令信号的值；以及基于所述多普勒频移和所述命令信号的所述值来确定所述第一时钟与所述第二时钟之间的频率偏移(227)。4.根据权利要求3所述的方法，其中，确定所述第一时间偏移的步骤包括：基于先前测量的时间偏移(230)和所述频率偏移来确定所述第一时间偏移，其中，所述第一时间偏移是平均时间偏移。5.根据权利要求1所述的方法，其中，调节所述命令信号的步骤包括：利用所述命令信号来操作脉冲重复频率PRF调节器(255)，直到所述第二多个脉冲与所述第一多个脉冲交叠为止。6.根据权利要求1所述的方法，操作PRF调节器的步骤包括：在光域和电域中的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·S·布什内尔，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国,US