一种高精度的同步时钟修正方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及同步时钟修正技术领域，提供了一种高精度的同步时钟修正方法及系统，其方法为：S1：将水下设备设置为同步模式，周期性的发射水下声学信号；S2：获取水面设备的时间基准和大地坐标，采用广义互相关算法，实时监测水下设备的水下声学信号，并估计时延；S3：建立水下设备的时钟模型为线性模型；S4：利用水面设备的大地坐标对水下设备进行标定，加入钟差模型修正量作为钟差参数，组成非线性方程组，计算出修正参数；S5：对水下设备的时延完成修正，对水下设备再次标定，完成斜距误差的估计，并统计其分布特性。解决了现有的海洋声由于采用时频双扩展信道，带宽窄、多普勒频移大和背景噪声强，影响到水声定位信号的时延估计精度的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种高精度的同步时钟修正方法及系统
本专利技术涉及同步时钟修正
，尤其涉及一种高精度的同步时钟修正方法及系统，特别适用于水声环境下，水面设备与水下设备的时钟同步中。
技术介绍
伴随新型海洋技术的发展，海洋物探开发、海洋矿产开采和水下基准点的建设，都需要高精度的定位导航系统，其水下位置的精度要求优于分米级，达到厘米级的水平。高精度的定位导航系统需要解决位置安装误差、声速误差和时延估计误差。其中高精度的时延估计需要水面定位系统和水下设备间完全同步，系统时钟实现锁频和锁相，进而提高定位精度。海洋声信道是典型的时频双扩展信道，其特点有带宽窄、多普勒频移大和背景噪声强，这严重影响到水声定位信号的时延估计精度。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种高精度的同步时钟修正方法及系统，检测信号并估计时延，长期监测信号时延；采用了时钟模型，引起时钟漂移量和时钟固有误差两个参数，联合建立带有时钟模型参数的定位解算方程，采用递归最小二乘法，完成位置标定和时钟参数估计。为提高时延估计精度，减少时延估计误差，在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高精度的同步时钟修正方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：将水下设备在水下进行固定，确保所述水下设备的位置固定不发生偏移，同时将所述水下设备的工作模式设置为同步模式，周期性的发射水下声学信号；/nS2：采用高精度差分GPS获取水面设备的时间基准和大地坐标，并采用广义互相关算法，实时监测所述水下设备发送的所述水下声学信号，并估计时延；/nS3：建立所述水下设备的时钟模型为线性模型,f

【技术特征摘要】
1.一种高精度的同步时钟修正方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将水下设备在水下进行固定，确保所述水下设备的位置固定不发生偏移，同时将所述水下设备的工作模式设置为同步模式，周期性的发射水下声学信号；
S2：采用高精度差分GPS获取水面设备的时间基准和大地坐标，并采用广义互相关算法，实时监测所述水下设备发送的所述水下声学信号，并估计时延；
S3：建立所述水下设备的时钟模型为线性模型,fsys＝k×fset+Δf,其中fsys是系统工作时钟，fset是系统设定时钟，即所述系统设定时钟与所述系统工作时钟，存在一个线性偏差和绝对偏差两部分；
S4：利用所述水面设备的所述大地坐标对所述水下设备进行标定，并加入钟差模型修正量作为钟差参数，组成非线性方程组，完成所述水下设备的绝对位置和时钟误差的估计，计算出修正参数k,Δf；
S5：采用修正过的所述时钟模型，对所述水下设备的时延完成修正，采用新的时延参数，对所述水下设备再次标定，完成斜距误差的估计，并统计其分布特性。


2.根据权利要求1所述的高精度的同步时钟修正方法，其特征在于，将所述水下设备的工作模式设置为同步模式，周期性的发射声学信号，具体为：
在所述水下设备上配置定时器，按照预先设定的同步周期，对所述定时器设定一个定时时间，通过所述定时器控制所述水下设备周期性的发送所述水下声学信号。


3.根据权利要求1所述的高精度的同步时钟修正方法，其特征在于，在步骤S2中，采用广义互相关算法，实时监测所述水下设备发送的所述水下声学信号，并估计时延，具体为：
S21：将接收到的所述水下声学信号与已知样本信号进行广义互相关运算，计算公式为：其中x(n)表示接收到的声学信号，y(n)是已知的参考样本，*表示复共轭，N是每帧数据的长度，n表示当前时刻，m表示回溯长度；
S22：根据计算得到的相关峰信号R(m),计算在短时间内的极大值AR，确定回溯数据帧的时间Th，当AR(t0)＞K1×AR(t0-Th)时，满足直达声包络检测条件，其中K1是设定的包络门限系数；
S23:针对于所述水下声学信号进行分帧处理，划分为不同的时间段，每段时间的信号长度为N，每一帧的能量具体计算公式为：
S24：当当前帧能量与前一帧的能量满足门限要求，即Eframne＜K2×Eframne-1时，满足包络短时能量比检测条件，并当所述水下声学信号同时满足所述直达声包络检测条件和是所述包络短时能量比检测条件时，完成所述水下声学信号的监测和时延估计。


4.根据权利要求1所述的高精度的同步时钟修正方法，其特征在于，所述步骤S4，具体的过程为：
S41：根据时延观测量，建立时钟修正系统的观测方程：
(xi-x)2+(yi-y)2+(zi-z)2-Δti×c＝εi
其中x,y,z是水下设备位置，xi,yi,zi是第i时刻水面设备位置，Δti是第i个估计时延，c是声速；
S42：Δti的计算公式为：Δti＝((k×fset+Δf)/fset)×Ti-Ti-1，其中Δti是第i个估计时延，Ti是第i个周期的设定时间，Ti-1是第i-1个周期的设定时间；
S43：按照递归最小二乘法，解算出x,y,z,k,Δf。


5.根据权利要求1所述的高精度的同步时钟修正方法，其特征在于，所述步骤S5，具体的过程为：
S51：采用修正过的所述时钟模型，修正所述水下设备的检测时延，按照所述水面设备的所述大地坐标标定水下位置，并计算所述斜距，具体的计算公式为：



其中，Li是第i个位置的所述斜距；
S52：计算所述斜距与时延声速乘积的斜距残差，并统计所述斜距残差的分布特性，当其分布特性满足正态分布时，则时钟模型校准结束，具体的公式为：
Δεi＝Li-c×Δtci
其中，Δεi表示测量斜距残差，Δtci是修正时延。


6.一种高精度的同步时钟修正系统，其特征在于，包括：水下声学信号发射模块，时延估计模块，线性模型...

【专利技术属性】
技术研发人员：李记龙，王雪琰，冯海泓，黄敏燕，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所东海研究站，
类型：发明
国别省市：上海;31