水中时间同步系统及确定时间偏移的方法技术方案

水中时间同步系统(100)包括水中第一声通信装置(116)，该装置能够与动态水中第二声通信装置(114)在声学上通信。第一声通信装置(116)包括第一时间源(117)，且第二声通信装置(114)包括第二时间源(115)。第一声通信装置(116)被安排用于向第二声通信装置(114)传送第一声信号，以及第二声通信装置(114)被安排用于向第一声通信装置(116)传送第二声信号作为对第一声信号的答复。第一声通信装置(116)被安排用于使用与第一和第二声信号相关联的数据，以确定第一和第二时间源(117,115)之间的时间偏移。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种如此类型的水中时间同步系统，例如包括：水中第一声通信装置和动态水中第二声通信装置。本专利技术还涉及一种如此类型的确定时间偏移的方法，包括：水中第一声通信装置与动态水中第二声通信装置通信。
技术介绍
当在水下环境中作业时，有时候期望关于通信使能节点的网络中的节点达到时间同步。就此而言，数据日志应用和导航应用需要时间同步。关于利用多分布式节点系统的数据日志应用，节点需要被同步，以便在一个节点上记录的事件可与在系统中的另一节点上记录的事件相关。在不具备确定公共时间帧的能力的情况下，节点记录的数据是不可用的。对于导航应用，水下仪器需要被同步，以使得接收节点知道传输节点在什么时间传输了信号且因此可使用单向飞行时间数据用于导航。在IEEE精密时间协议(PTP)标准1588-2002中列出了标题为“用于联网测量及控制系统的精密时钟同步协议的标准”的同步方法的示例。已知节点使用由品质各异的振荡器驱动的本地时钟测量时间。然而，由于振荡器的随机相移和漂移率，若不采取校正动作，在系统中的每个节点处保持的本地时间将独立于彼此开始漂移，导致系统中的同步损失。已知携带有USBL收发器的船舶与位于海床的应答器通信，以确定位于船侧的时钟与海床基应答器的内部时钟之间的时间偏移。测量是关于船侧设备发起并进行的，因此，由于船舶的移动，在计算时钟偏移时在船侧利用全惯性系统以确定船舶的移动从而补偿此移动。
技术实现思路
根据本专利技术，提供一种水中时间同步系统，包括：能够与动态水中第二声通信装置在声学上通信的水中第一声通信装置，该第一通信装置包括第一时间源，且第二声通信装置包括第二时间源；以及偏移计算器；其中第一声通信装置被安排用于向第二水中声通信装置传送第一声信号，且第二水中声通信装置被安排用于向第一水中声通信装置传送第二声信号作为对第一声信号的答复；以及偏移计算器被安排用于使用与第一和第二声信号相关联的数据，以确定第一和第二时间源之间的时间偏移。第一声信号可具有与其相关联的第一声传播路径；以及动态声通信装置可被安排用于计算由其观察到的关于第一声信号沿第一声传播路径的传播的多普勒频移。第二声信号可具有与其相关联的第二声传播路径；以及第一声通信装置可被安排用于计算由其观察到的关于第二声信号沿第二声传播路径的传播的另一多普勒频移。可使用计算出的多普勒频移以及另一计算出的多普勒频移计算平均多普勒频移。第二声信号可在预定的时间段之后被传送作为对第一声信号的答复。可使用计算出的平均多普勒频移以及预定的时间段计算关于动态水中声通信装置的移动的平移距离。可使用计算出的平移距离以及声信号关于水的传播速度计算时移。与第二声信号相关联的数据可包括计算出的时移。第二声信号可包括第一时间数据。第一时间数据可包括关于第二声信号的传输时间数据。动态水中声通信装置可以是收发器。动态水中声通信装置在使用时可远离于海床。第一水中声通信装置在使用时可大体邻近海床，或被栓于海床。第一水中声通信装置的移动大体上不受表面波运动的影响。第一水中声通信装置可以是应答器。动态水中声通信装置可以是应答器。动态水中声通信装置可被可操作地连接至水面船舶，并在使用时浸没于水中。该系统还可包括潜水器，该潜水器包括所述动态水中声通信装置。潜水器可以是自主水下航行器或远程操控航行器。第一水中声通信装置可包括输出端口，并可被安排用于在使用时通过输出端口传送与确定的时间偏移相关联的时间数据。该系统还可包括与输出端口相连的处理节点，该处理节点被安排用于在使用时接收时间数据。处理节点可以是海床再编码节点。第一声通信装置可包括偏移计算器。第二声通信装置包括偏移计算器。该系统还可包括表面侧计算装置，该表面侧计算装置包括偏移计算器。第一水中声通信装置可以是大体上静态的。根据本专利技术，提供一种确定时间偏移的方法，该方法包括：水中第一声通信装置向动态水中第二声通信装置传送第一声信号；第二声通信装置向第一声通信装置传送第二声信号作为对第一声信号的答复；以及偏移计算器使用与第一和第二声信号相关联的数据确定第一和第二时间源之间的时间偏移。因此，可以提供一种水中时间同步系统以及确定时间偏移的方法，该方法提供关于在水中通信系统内保持同步的改进精确性。通过将进行测量的时间最小化因而将动态水中声通信装置能够移动的时间最小化来实现此。多普勒频移数据的使用进一步改进了精确性。附图说明将参考附图仅示例性地描述本专利技术的至少一个实施例，其中：图1是构成本专利技术实施例的时间同步系统的示意图；图2是构成本专利技术另一实施例的另一时间同步系统的示意图；图3是表示被图1或图2的系统所利用的确定时间偏移的方法的事件序列图；图4是表示具有相对于图3的方法的改进准确性的确定时间偏移的方法的事件序列图；图5是动态水中声通信装置相对于静态水中声通信装置的移动的第一示例的示意图；图6是动态水中声通信装置相对于静态水中声通信装置的移动的第二示例的示意图；图7是构成本专利技术又一实施例的又一时间同步系统的示意图；以及图8是构成本专利技术再一实施例的再一时间同步系统的示意图。具体实施方式遍及以下的描述，相同的附图标号将被用于标识相同的部分。参考图1，水中时间同步系统100包括导航传感器中枢102，该导航传感器中枢102可操作地与GPS导出信号的源104相连，GPS导出信号例如为日期及时间数据流106以及秒脉冲(1PPS)数据流108，与来自GPS导出信号的源104的GPS时间参考信号一起使用以提供一秒间隔的纳秒级精度的源。导航传感器中枢102可以为数据流(例如数据单元，如声数据包)打上时间戳，并使用时间信息以将其他数据(如倾斜数据)关联至数据单元，因而确保其他数据与数据单元(如声数据包)是时间相关的。当然，使用其他功能和/或功能性单元代替导航传感器中枢102的其他配置是可能的，如将在下文中所描述的。在此示例中，为了支持本文中所述的以太网连接，水中时间同步系统100包括水线之上的(top-side)以太网。然而，相关技术人员将理解到，依照合适的以太网协议操作的硬件单元之间的个别的点对点通信链接可被用作本文中所述的“以太网连接”。导航传感器中枢102通过以太网连接与个人电脑(PC)或其他合适的计算装置相连。PC110也通过以太网连接与收发器接口单元112相连。构成第一通信装置的大体上静态的水中通信装置116，例如应答器信标，如可购买自索纳达因(Sonardyne)国际有限公司的Compatt6应答器，通过牵绳或环锁(未示出)被安装或固定于海床118或栓于海床118。如此，大体上静态的水中通信装置116大体上不受表面波运动的影响。应答器信标116包括偏移计算器117以及时间数据的第一内部源115。收发器接口单元112通过诸如RS-422接口连接至水中动态通信装置114，例如声收发器，如可购买自索纳达因国际有限公司-英国的HPT超短基线(Ultra-ShortBaseLine，USBL)收发器或Dunker6长基线(LongBaseLine，LBL)收发器。在此示例中，收发器114构成第二通信装置。收发器114在使用时可与应答器信标116在声学上通信，收发器114还包括时间数据的第二源119，例如内部时钟。水中动态声装置114可操作地相连于船舶的水线之上的部分，并在使用时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水中时间同步系统，包括：水中第一声通信装置，能够与动态水中第二声通信装置在声学上通信，所述第一通信装置包括第一时间源，且所述第二声通信装置包括第二时间源；以及偏移计算器；其中，所述第一声通信装置被安排用于向第二水中声通信装置传送第一声信号，以及所述第二水中声通信装置被安排用于向第一水中声通信装置传送第二声信号作为对所述第一声信号的答复；以及所述偏移计算器被安排用于使用与第一声信号和第二声信号相关联的数据，以确定第一时间源和第二时间源之间的时间偏移。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.12 GB 1404345.91.一种水中时间同步系统，包括：水中第一声通信装置，能够与动态水中第二声通信装置在声学上通信，所述第一通信装置包括第一时间源，且所述第二声通信装置包括第二时间源；以及偏移计算器；其中，所述第一声通信装置被安排用于向第二水中声通信装置传送第一声信号，以及所述第二水中声通信装置被安排用于向第一水中声通信装置传送第二声信号作为对所述第一声信号的答复；以及所述偏移计算器被安排用于使用与第一声信号和第二声信号相关联的数据，以确定第一时间源和第二时间源之间的时间偏移。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一声信号具有与其相关联的第一声传播路径；以及所述动态声通信装置被安排用于计算由其观察到的关于第一声信号沿第一声传播路径的传播的多普勒频移。3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述第二声信号具有与其相关联的第二声传播路径；以及所述第一声通信装置被安排用于计算由其观察到的关于第二声信号沿第二声传播路径的传播的另一多普勒频移。4.根据权利要求3所述的系统，其中使用计算出的多普勒频移以及另一计算出的多普勒频移计算平均多普勒频移。5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述第二声信号是在预定的时间段之后被传送作为对所述第一声信号的答复。6.根据取决于权利要求4的权利要求5所述的系统，其中使用计算出的平均多普勒频移以及所述预定的时间段计算关于所述动态水中声通信装置的移动的平移距离。7.根据权利要求6所述的系统，其中使用计算出的平移距离以及声信号关于水的传播速度计算时移。8.根据权利要求7所述的系统，其中与所述第二声信号相关联的数据包括计算出的时移。9.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述第二声信号包括第一时间数据。10.根据权利要求9所述的系统，其中所述第一时间数据包括关于所述第二声信号的传输时间数据。11.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述动态水中声通信装置是收发器。12.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述动态水中声...

【专利技术属性】
技术研发人员：达瑞尔·纽伯勒，
申请(专利权)人：索纳达因国际有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB