方法，包括下述步骤：
[0057] 步骤1、通信节点B根据高精度时钟驱动产生的周期为T的脉冲中断，发射同步配 置信号a'，同时记录本地发射时刻Tl;其中同步配置信号a'内含有前后联接的两个线性 调频信号组成的脉冲对，脉冲对用于帖信号的鉴别及相对运动速度V的估计；通信节点B即 为B节点；
[005引步骤2、通信节点A在Tz时刻接收到B节点的同步配置信号a'，并求解得到节点 间的相对运动速度V;
[0059] 通信节点A即为A节点；A节点在Ts时刻，将含有T2及T3两个时刻的信息进行编 码后发送同步请求信号b'给B节点，B节点根据测得的脉冲对的频偏计算多普勒压缩 因子，根据多普勒压缩因子同步请求信号b'进行线性重采样，由B节点将重采样后的信号 进行后续的解调及译码，得到含有Tz及T3两个时刻的信息； W60] 步骤3、B节点在T财刻接收到A节点在T拥刻发送的同步请求信号b'后，在T5 时刻再次发送含有T4、Ts时刻的信息进行编码后，发送同步应答信号C'给A节点；
[0061] 步骤4、A节点在Te时刻接收到B节点的同步应答信号C'，假设在整个同步过程 中节点间的相对运动速度保持不变，声波在水中传播的平均声速为C(声速可用声速梯度 仪事先在该海域测量获得，同时假设同步过程中声波传播的路径和AUV运动的路径夹角近 似为零，运个假设在较远距离通信时是合理的）；设在Tl时刻B节点与A节点的相对距离为 Li,根据B节点获得的四个时刻值Ti、T2、Ts、Ta及相对运动速度V，得到
Cl) 阳06引其中，Lz是T2时刻B节点与A节点的相对距离，L4是T财刻B节点与A节点的相 对距离；为B节点要估计的时钟偏差； W64] 由W上方程组（1)可求出固定时钟偏差4和相对斜距4,即
[0067]A节点可W根据四个时刻值Ts、T4、Ts、Te及相对运动速度V，得到A节点的时钟偏 鱗'；
[0068]步骤5、B节点依据自身计算获得的时钟偏差4和A节点计算获得的时钟偏差^'， 计算两者差值，若差值小于所设口限，则认为该时钟偏差计算正确，A节点能够调整时钟与 节点B对齐；否则认为时钟估计有误，返回步骤1再次进行同步。
[0069]【具体实施方式】二：本实施方式所述的步骤2中通信节点A在Tz时刻接收到B节点 的同步配置信号a'，并求解得到节点间的相对运动速度V的具体步骤如下：
[0070] 步骤2. 1 :A节点用本地存储的线性调频信号d'与接收到B节点的同步配置信号 a'进行匹配滤波，对匹配滤波后的输出信号取绝对值W后通过一个低通滤波器，得到匹配 W后的信号包络e';低通滤波器的带宽与同步配置信号带宽相等；
[0071] 步骤2. 2:对信号包络e'进行口限判决，对超过判决口限的信号包络e'进行鉴 另IJ，如果满足：在信号包络e'上出现与本地存储线性调频信号d'长度相等且高度相等或 者相近的两个相关峰，且相关峰高度与旁瓣包络均值比超过设计口限，而且相关峰3地宽 度与同步配置信号的带宽倒数相等或者相近；截取获得同步配置信号a';
[0072] 步骤2. 3 :对截取获得的同步配置信号a'，采用互协方差计算脉冲对的频偏f&， 从而得到节点间相对运动速度V。
[0073] 其它步骤和参数与【具体实施方式】一相同。
[0074]
【具体实施方式】=:本实施方式中的步骤2. 3得到节点间相对运动速度V是通过互 相关协方差法求解得到的， 阳0巧]具体步骤入下：
[0076] 通过采用互相关协方差方法对前后串联的线性调频信号的频偏进行估计，依据多 普勒原理估算出同步周期内两个通信节点间的相对速度V，从而补偿同步周期内由于节点 运动导致的双程传播时延的不对等，提高时钟同步的精度；
[0077] B节点在Tl时刻发送时的域数据信号为X似，它的复通频带等效信号为
[007引 s(k) =x00exp(2XpiXjXftxXkXTs) (4)式中，ftx为发送的载波频率如 为n，j为虚部；k为采样点下标；L为采样间隔；
[0079]在接收端，即A节点，在忽略噪声的情况下，复的基带信号为
阳0川式中，为接收的载波频率；f&为频偏，f& =ftx-frx;e=Nf&Ts=N(ftx-frx)Ts为归一化载波频率偏差，N为采样点数；
[0082] 定义两个线性调频信号的总长度为L定义中间变量
[0084] 其中，0为截取的单个信号为长度；'"^(〇为^，）转置；
[00财有公式（6)得到归一化载波频率偏差的估计值为
(7)
[0087] 其中，ZR为R的相位； 阳08引根据公式（7)和归一化载波频率偏差e=Nf&L=N(ftx-f")Ts可W求得f
[0089] 依据多普勒原理，根据公式（8)估算出同步周期内两个通信节点间的相对速度V;
(8)
[0091] 其它步骤和参数与【具体实施方式】二相同。
[0092] 【具体实施方式】四：本实施方式所述步骤2. 3所述的归一化载波频率偏差估计值e 的估计范围
【主权项】
1. 基于声链路测距、测速的水声通信动态时钟同步方法，其特征在于，包括下述步骤： (1) 通信节点B根据高精度时钟驱动产生的周期为T的脉冲中断，发射同步配置信号 a'，同时记录本地发射时刻Τι;其中同步配置信号a'内含有前后联接的两个线性调频信 号组成的脉冲对；通信节点B即为B节点； (2) 通信节点A在T2时刻接收到B节点的同步配置信号a'，并求解得到节点间的相 对运动速度V; 通信节点A即为A节点；A节点在T3时刻，将含有T2及T3两个时刻的信息进行编码后 发送同步请求信号b'给B节点，B节点根据测得的脉冲对的频偏计算多普勒压缩因子， 根据多普勒压缩因子同步请求信号b'进行线性重采样，由B节点将重采样后的信号进行 后续的解调及译码，得到含有T2及T3两个时刻的信息； (3)B节点在T4时刻接收到A节点在T3时刻发送的同步请求信号b'后，在Te时刻再 次发送含有T4、Ts时刻的信息进行编码后，发送同步应答信号C'给A节点； (4)A节点在Te时刻接收到B节点的同步应答信号C'，在整个同步过程中节点间的相 对运动速度保持不变，声波在水中传播的平均声速为C;设在Τι时刻B节点与A节点的相对 距离为Li，根据B节点获得的四个时刻值Τι、T2、T3、T4及相对运动速度V得到其中，L2是Τ2时刻Β节点与A节点的相对距离，L4是Τ财刻Β节点与A节点的相对距 离；4为B节点要估计的时钟偏差； 求出固定时钟偏差4和相对斜距4，:即根据四个时刻值了3、T4、Te、Te及相对运动速度V，得到A节点的时钟偏差I；; (5) B节点依据自身计算获得的时钟偏差6',和A节点计算获得的时钟偏差^，计算两 者差值，若差值小于所设口限，则认为该时钟偏差计算正确，A节点能够调整时钟与节点B对齐；否则认为时钟估计有误，返回步骤（1)再次进行同步。2. 根据权利要求1所述的基于声链路测距、测速的水声通信动态时钟同步方法，其特 征在于：所述步骤（2)中通信节点A在T2时刻接收到B节点的同步配置信号a'，并求解得 到节点间的相对运动速度V : (2. 1)A节点用本地存储的线性调频信号d'与接收到B节点的同步配置信号a'进行 匹配滤波，对匹配滤波后的输出信号取绝对值W后通过一个低通滤波器，得到匹配W后的 信号包络e';低通滤波器的带宽与同步配置信号带宽相等； (2.2)对信号包络e'进行口限判决，对超过判决口限的信号包络e'进行鉴别，如果 满足：在信号包络e'上出现与本地存储线性调频信号d'长度相等且高度相等或者相近 的两个相关峰，且相关峰高度与旁瓣包络均值比超过设计口限，而且相关峰3地宽度与同 步配置信号的带宽倒数相等或者相近；截取获得同步配置信号a'; (2.3)对截取获得的同步配置信号a'，采用互协方差计算脉冲对的频偏f&，从而得到 节点间相对运动速度V。3. 根据权利要求1或2所述的基于声链路测距、测速的水声通信动态时钟同步方法， 其特征在于：所述步骤化3)得到节点间相对运动速度V是通过互相关协方差法求解得到 的： B节点在Τι时刻发送时的域数据信号为X化)，它的复通频带等效信号为 S化）=χ化)exp(2XpiXjXftxXkXTs) 式中，ftx为发送的载波频率如为η，j为虚部；k为采样点下标；T历采样间隔； 在接收端，即A节点，在忽略噪声的情况下，复的基带信号为式中，为接收的载波频率；fΛ为频偏，fΛ=ftx-frx;ε=Nf&Ts=N(ftx-frx)Ts为归 一化载波频率偏差，N为采样点数； 两个线性调频信号的总长度为L中间变量其中，D为截取的单个信号为长度；r^^(·)为^·)转置； 得到归一化载波频率偏差的估计值为其中，ZR为R的相位； 根据归一化载波频率偏差ε=Nf&L=N(ftχ-f")L求得f&; 依据多普勒原理，估算出同步周期内两个通信节点间的相对速度V;4. 根据权利要求3所述的基于声链路测距、测速的水声通信动态时钟同步方法，其特 征在于：所述步骤（2. 3)的归一化载波频率偏差估计值ε的估计范围μι<^。
【专利摘要】本发明涉及水声通信领域，具体涉及基于声链路测距、测速的水声通信动态时钟同步方法。本发明包括：通信节点B根据高精度时钟驱动产生的周期为T的脉冲中断；通信节点A在T2时刻接收到B节点的同步配置信号a′；B节点在T4时刻接收到A节点在T3时刻发送的同步请求信号b′后；A节点在T6时刻接收到B节点的同步应答信号c′；B节点依据自身计算获得的时钟偏差和A节点计算获得的时钟偏差。本发明利用脉冲对互协方差算法估计节点间的相对运动速度，补偿由于节点间相对运动导致的双程传播时延不对等的情况，提高了运动条件下节点间的时钟同步精度，在相对运动速度在5节的条件下，时钟同步精度可以达到1毫秒以下。
【IPC分类】H04W56/00, H04J3/06
【公开号】CN105323029
【申请号】CN201510771241
【发明人】张友文, 孙大军, 李想, 刘璐, 范巍巍, 刘衍超, 王鹏, 勇俊, 刘鑫
【申请人】哈尔滨工程大学
【公开日】2016年2月10日
【申请日】2015年11月12日