【技术实现步骤摘要】
本专利技术公开一种水下信标时间同步方法，属于时间同步。
技术介绍
1、水下无线传感网络基于水声通信与组网技术，通过各节点协同工作，能够有效拓展海洋观测的距离和空间范围，实现水下无线信息的融合。其中，时间同步是协同工作、休眠和节点定位的关键基础。目前，为保证各节点间的时间同步，常用的方法是在每个节点上配备高精度的原子钟，以确保节点高度守时。然而，这种方法不仅显著提高了设备成本，而且原子钟的高能耗导致节点的续航时间缩短。本专利技术则用临时的搭载标准时钟的移动节点，对长期工作在水下的固定节点进行授时。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种水下信标时间同步方法，以解决现有技术中，时间同步方法成本高的问题。
2、一种水下信标时间同步方法，包括：
3、s1.在设备出厂时，对水下航行器和信标系统内部运算耗时进行标定；
4、s2.水下航行器移动造成信号单程传播时延，将信号单程传播时延对时间的变化进行建模；
5、s3.进行时间同步。
6、s1包括：
7、s1.1.确保水下航行器与信标内部时钟对齐后，将其靠在一起；
8、s1.2.信标向水下航行器发送时间同步信号，并记录信号发送时的本地时间tat；
9、s1.3.水下航行器接收到信号后，向信标发送包含水下航行器本机时间tbt的回令；
10、s1.4.信标接收到信号，解出tbt并记录此时的本机时间tar；
11、s1.5.重复
12、s1.6.计算得到单程系统内部运算耗时τ1，双程系统内部运算耗时τ2：
13、
14、式中，表示第i次的tar、tbt、tat。
15、s2包括：
16、s2.1.将拥有准确时间的水下航行器行驶至待同步节点周围，在保证安全的前提下，使水下航行器自由航行，不人为改变水下航行器的运动状态；
17、s2.2.水下航行器向信标发送时间同步指令，信标切换到待同步状态；
18、s2.3.信标向水下航行器发送同步信号，并记录信号发送时的本地时间tat；
19、s2.4.水下航行器接收到信号后，向信标发送包含水下航行器本机时间tbt的回令；
20、s2.5.信标接收到信号，解出tbt并记录此时的本机时间tar；
21、s2.6.重复s2.3～s2.5这3个步骤k次；
22、s2.7.在水下航行器自由航行且信标位置固定状态下，求解信号传播时延与时间的模型函数。
23、信号传播时延与时间的模型函数为：
24、
25、式中，τ(t)为t时刻单程信号传播时延，a、b、c为中间变量。
26、求解信号传播时延与时间的模型函数包括：
27、将代入信号传播时延与时间的模型函数：
28、
29、至此求得三个中间变量的值，回带至信号传播时延与时间的模型函数中即可，若k＞3则使用最小二乘法求得三个中间变量的值。
30、s3包括：
31、s3.1.信标向水下航行器发送指令，使水下航行器以1秒间隔连续向信标发送l个水声信号，信标记录这l个信号中每个的到达时刻，第m个到达时刻为每次记录都存在nj～n(0,σ2)的高斯噪声中，其中nj为高斯噪声，n(0,σ2)表示nj满足均值为0，方差为σ2的正态分布；
32、s3.2.时间间隔表示为：
33、
34、式中，表示自变量为的τ(t)，nm+1-nm是第m个到达时刻和第m-1个到达时刻的时间间隔；
35、s3.3.根据时间间隔的计算式，采用最小二乘计算得到时钟频偏α；
36、s3.4.水下航行器向信标发送包含水下航行器本机时间tbt的水声信号；
37、s3.5.信标接收到信号，解出tbt并记录此时的本机时间tar；
38、s3.6.求得时钟偏差ε为：
39、ε＝tar-τ(tar)-tbt-τ1。
40、相对比现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术通过可靠的授时方法，大大降低了设备守时要求，减低了设备成本和运行功耗；将水下航行器运动状态进行建模，考虑了因水下航行器移动所带来的误差，使授时精度得到提高；整个授时过程中，不需借助多普勒计程仪也不需要通过对信号进行多普勒效应解算来得到水下航行器相对速度，算法简单，节省功耗。
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1.一种水下信标时间同步方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种水下信标时间同步方法，其特征在于，S1包括：
3.根据权利要求2所述的一种水下信标时间同步方法，其特征在于，S2包括：
4.根据权利要求3所述的一种水下信标时间同步方法，其特征在于，信号传播时延与时间的模型函数为：
5.根据权利要求4所述的一种水下信标时间同步方法，其特征在于，求解信号传播时延与时间的模型函数包括：
6.根据权利要求5所述的一种水下信标时间同步方法，其特征在于，S3包括：
【技术特征摘要】
1.一种水下信标时间同步方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种水下信标时间同步方法，其特征在于，s1包括：
3.根据权利要求2所述的一种水下信标时间同步方法，其特征在于，s2包括：
4.根据权利要求3所述的一种水...
【专利技术属性】
技术研发人员：邵虎林，郭晓云，朱甘罗，
申请(专利权)人：青岛智能导航与控制研究所，
类型：发明
国别省市：
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