无线信息系统的节点时间误差计算方法及装置制造方法及图纸

一种无线信息系统的节点时间误差计算方法及装置，该方法包括：计算接收节点接收信号能量的时间，得到第一信号达到时间；获取通信帧结构中通信信号的粗同步段的时间长度，得到第一时间长度，根据第一时间长度计算信号分别达到时间检测模块和通信帧前沿之间的时间差；根据第一信号到达时间和时间差计算通信帧前沿达到接收节点的时间，得到第二信号到达时间；根据接收节点记录的帧计数计算发射节点的发射时间；依据发射节点和接收节点的运动状态，确定信号从发射节点到接收节点的传播时间；计算发射时间和所述传播时间之和，得到通信帧前沿到达接收节点的基准时间；根据第二信号到达时间和基准时间计算接收节点的时间误差。差。差。

【技术实现步骤摘要】
无线信息系统的节点时间误差计算方法及装置


[0001]本专利技术涉及无线通信领域，特别是涉及一种无线信息系统的节点时间误差计算方法及装置。

技术介绍

[0002]在空天地一体化异构网络、战术信息网络、物联网、宽带无线通信网、卫星通信网、观测监视情报网、车联网等各类军民用分布式无线信息系统中，节点间的时间同步用于在异构系统的节点间建立起统一的时间基准，这是应用-管控-数据-资源-信号协同的核心基础，是各类分布式无线信息系统安全运行和发挥效能的关键因素。
[0003]在当前的分布式无线信息系统中，各个节点用高精度时钟源提供的本地参考时钟进行计时。但站在整个分布式系统层级，各节点的参考时钟具有不同源和不同步的特征，比如，高精度恒温晶振是最常用的高精度时钟源，以频率准确度等于0.01ppm的高精度恒温晶振为例，在规定的温度范围内，该晶振的输出频率与晶振频标的差距是一亿分之一。对于常见的10MHz参考时钟输出，各个节点参考时钟的频率偏差为0.1Hz。除了频标的固定偏差外，还有温漂、相位抖动、振动等影响节点间同步计时的非理想因素，因此，需对节点不同的计时结果进行周期性的监督校正和维护，以维持网络节点间的时间同步。
[0004]现有的分布式无线信息系统中，主要卫星导航授时提供的秒脉冲信号监督和校正各个节点的时间误差。卫星导航授时提供的秒脉冲信号是分布式无线信息系统的外部信号，该信号以秒脉冲的形式提供世界协调时间，该信号1秒钟出现一次。从而使得节点以世界协调时为基准，计算本地的计时误差，从而在卫导秒脉冲的监督下1秒钟产生一次节点时间误差信号。
[0005]然而，在复杂的电磁环境中，卫导易被干扰和攻击，导致秒脉冲性能恶化甚至是长时间丢失，因而，引起分布式无线信息系统的节点间失去同步，造成网络性能降级甚至瘫痪，危及网络安全。如何降低分布式无线信息系统时间同步对卫导授时的依赖，以确保复杂环境中的无线网络安全运行，一直是亟需解决的难题。

技术实现思路

[0006]鉴于上述状况，有必要提供一种无线信息系统的节点时间误差计算方法及装置，以解决现有分布式无线信息系统节点时间同步依赖于卫星导航授时的问题。
[0007]一种无线信息系统的节点时间误差计算方法，包括：
[0008]计算接收节点接收信号能量的时间，得到第一信号达到时间；
[0009]计算信号能量的检测时间点和通信帧前沿之间的时间差；
[0010]根据所述第一信号到达时间和所述时间差计算通信帧前沿达到接收节点的时间，得到第二信号到达时间；
[0011]根据接收节点记录的帧计数计算发射节点的发射时间；
[0012]依据发射节点和接收节点的运动状态，确定信号从发射节点到接收节点的传播时
间；
[0013]计算所述发射时间和所述传播时间之和，得到通信帧前沿到达接收节点的基准时间；
[0014]根据所述第二信号到达时间和所述基准时间计算接收节点的时间误差。
[0015]进一步的，上述节点时间误差计算方法，其中，所述计算检测到所述信号能量的时间，得到第一信号达到时间的步骤包括：
[0016]计算通信帧结构中精同步段的最后一组码元的信号能量的达到时间，得到第一信号达到时间。
[0017]进一步的，上述节点时间误差计算方法，其中，所述计算通信帧结构中精同步段的最后一组码元的信号能量的达到时间的步骤包括：
[0018]利用精同步段最后一组码元对应的接收信号，计算相关谱y(n)；
[0019]获取相关谱y(n)对应的峰值y(n
p
)，当y(n
p
)≥y
th
时，基于相关谱y(n)，计算精同步段的最后一组码元的信号能量的达到时间，其中，n
p
表示相关峰值对应的采样序号，y
th
表示预置门限。
[0020]进一步的，上述节点时间误差计算方法，其中，所述相关谱y(n)的计算公式为，y(n)＝abs[ifft(fft(rx
sync
(n)).*conj(fft(ref
sync
(n))))]，
[0021]上式中，n＝0,1,
…
,1023，表示接收节点的信号采样序号，接收节点的采样间隔为Δt＝10ns，rx
sync
(n)表示接收节点对精同步段最后一组码元的采样序列，ref
sync
(n)表示接收节点本地存储的精同步段最后一组码元对应的参考同步序列，conj表示共轭运算，.*表示点乘运算，fft表示傅里叶变换，ifft表示逆傅里叶变换，abs表示绝对值运算。
[0022]进一步的，上述节点时间误差计算方法，其中，所述精同步段的最后一组码元的信号能量的达到时间计算公式如下：
[0023][0024]上式中，T0表示信号相关谱峰值y(n
p
)≥y
th
时接收节点的本地时间，const0是修正用的预设常数。
[0025]进一步的，上述节点时间误差计算方法，其中，所述根据接收节点记录的帧计数计算发射节点的发射时间t3的公式为：
[0026]t3＝(k-1)
×
t
s
，其中，k为帧计数，t
s
为一帧信号的总时间长度为。
[0027]进一步的，上述节点时间误差计算方法，其中，所述信号从发射节点到接收节点的传播时间t4的计算公式为：
[0028][0029]其中，(x
t
,y
t
,z
t
)表示发射节点的位置，(x
r
,y
r
,z
r
)表示接收节点的位置；
[0030]或：
[0031][0032]其中，l表示发射节点和接收节点之间的距离；
[0033]或：
[0034][0035]其中，c表示光速，v表示接收节点和发射节点的相对运动速度。
[0036]进一步的，上述节点时间误差计算方法，其中，所述根据所述第二信号到达时间和所述基准时间计算接收节点的时间误差t6的公式为：
[0037]t6＝t
2-t5+const2，其中，const2＝t
d
，t
d
表示与处理延迟有关的常数，t2为所述第二信号到达时间，t5为所述基准时间。
[0038]本专利技术实施例还提供了一种无线信息系统的节点时间误差计算装置，包括：
[0039]信号达到时间检测模块，用于计算接收节点接收信号能量的时间，得到第一信号达到时间，以及计算信号能量的检测时间点和通信帧前沿之间的时间差；
[0040]通信帧前沿达到时间估计模块，用于根据所述第一信号到达时间和所述时间差计算通信帧前沿达到接收节点的时间，得到第二信号到达时间；
[0041]发射时间推算模块，用于根据接收节点记录的帧计数计算发射节点的发射本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无线信息系统的节点时间误差计算方法，其特征在于，包括：计算接收节点接收信号能量的时间，得到第一信号达到时间；计算信号能量的检测时间点和通信帧前沿之间的时间差；根据所述第一信号到达时间和所述时间差计算通信帧前沿达到接收节点的时间，得到第二信号到达时间；根据接收节点记录的帧计数计算发射节点的发射时间；依据发射节点和接收节点的运动状态，确定信号从发射节点到接收节点的传播时间；计算所述发射时间和所述传播时间之和，得到通信帧前沿到达接收节点的基准时间；根据所述第二信号到达时间和所述基准时间计算接收节点的时间误差。2.如权利要求1所述的节点时间误差计算方法，其特征在于，所述计算检测到所述信号能量的时间，得到第一信号达到时间的步骤包括：计算通信帧结构中精同步段的信号能量的达到时间，得到第一信号达到时间。3.如权利要求2所述的节点时间误差计算方法，其特征在于，所述计算通信帧结构中精同步段的最后一组码元的信号能量的达到时间的步骤包括：利用精同步段最后一组码元对应的接收信号，计算相关谱y(n)；获取相关谱y(n)对应的峰值y(n
p
)，当y(n
p
)≥y
th
时，基于相关谱y(n)，计算精同步段的最后一组码元的信号能量的达到时间，其中，n
p
表示相关峰值对应的采样序号，y
th
表示预置门限。4.如权利要求3所述的节点时间误差计算方法，其特征在于，所述相关谱y(n)的计算公式为，y(n)＝abs[ifft(fft(rx
sync
(n)).*conj(fft(ref
sync
(n))))]，上式中，n＝0,1,
…
,1023，表示接收节点的信号采样序号，接收节点的采样间隔为Δt＝10ns，rx
sync
(n)表示接收节点对精同步段最后一组码元的采样序列，ref
sync
(n)表示接收节点本地存储的精同步段最后一组码元对应的参考同步序列，conj表示共轭运算，.*表示点乘运算，fft表示傅里叶变换，ifft表示逆傅里叶变换，abs表示绝对值运算。5.如权利要求3所述的节点时间误差计算方法，其特征在于，所述精同步段的最后一组码元...

【专利技术属性】
技术研发人员：王玉皞，高晓晓，周辉林，王正海，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：