基于卫星双向时间比对的无中心站间时间同步

针对多站分布式协同站间高精度时间同步关键问题,在详细介绍卫星双向时间比对的基本原理和精度分析基础上,设计了一种无中心多站卫星双向比对逻辑架构和多站时间同步处理算法,充分考虑硬件资源约束,并提供时差测量数据冗余,避免了因某个站故障造成的全系统时间同步功能失效,提高系统时间同步的鲁棒性和灵活性。基于精密单点定位技术进行了异地远程卫星双向时间同步精度验证,试验结果表明时间同步精度优于6 ns。

基于ARIMA-TCN混合模型的高速铁路时间同步方法

列控系统作为高速铁路的核心系统,保持其系统的时间同步对于行车安全至关重要。针对现有时间同步方法易受时变上下行传输时延、随机时钟跳变等影响,导致主从时钟偏移估计不准确的问题,提出一种基于差分自回归移动平均-时域卷积神经网络(ARIMA-TCN)混合模型的高速铁路时间同步方法。首先,根据上下行链路传输速率的不对称比,建立高速铁路时钟的数学理论和实际观测模型。然后,使用拉依达准则识别处理跳变异常值,完成实际时间序列的预处理。再次,使用ARIMA模型平滑时间序列中不确定时延带来的噪声抖动,获得平稳的时间序列。最后,通过提出的注意力增强TCN模型进行预测补偿,完成时钟偏移的补偿校正。通过实验仿真,得到基站区间内位置、基站间距以及车速对高速铁路时间同步的影响性分析。实验结果表明:与对比方法相比,所提方法补偿后的均方根误差较最小二乘法减少了75%、较最大似然估计方法误差减少了44.4%,较BP神经网络方法误差减少了16.7%,验证所提方法具有更低的同步误差和更高的同步精度。

基于粒子滤波的5G-R时间同步补偿方法

5G-R作为下一代高速铁路时间同步无线通信系统,保持时间同步对高速铁路行车安全至关重要。针对现有时间同步方法未考虑5G-R快速时变信道的影响,导致主从时钟偏移估计不准确的问题,提出一种基于粒子滤波的5G-R时间同步补偿方法。构建5G-R主从时钟的相位及频率偏移的状态转移方程;采用粒子滤波算法得到时钟偏移最优估计值;完成对5G-R时间同步误差的补偿;通过试验仿真,实现多普勒频移对5G-R时间同步的影响分析,得到对高速铁路不同典型场景下时间同步性能的定量分析。结果表明:提出的方法能够有效降低5G-R无线信道时钟偏差,较其他方法具有更好的稳定性和同步性能。

天文导航高精度自适应航姿与时间同步技术

船用天文导航设备因采用数学解算平台,在前端原始数采样时需进行滤波处理,数据输出与同步脉冲信号输出存在时延,一旦同步脉冲信号被干扰,对外输出数据将失去实时性。针对此问题,本文提出一种高精度自适应航姿同步技术,通过建立自适应基准脉冲为预处理模块与导航解算模块提供容错空间,结合外部时间信息实时进行时间同步自校正,避免同步信号丢失造成的时间同步异常,实现上级系统对船用导航系统多样化同步需求下高频实时数据输出。试验结果表明,该方法可行有效,可提高航姿信息实时性与可靠性。

基于滑模趋近律的忆阻混沌系统有限和固定时间同步

针对一类具有更复杂动力学行为的忆阻混沌系统,本文基于新型幂次趋近律设计两种滑模控制协议分别实现了系统的有限时间、固定时间同步.首先对于有限时间同步问题,基于Lyapunov稳定性理论和有限时间稳定性理论,推导了实现全局有限时间同步的充分条件,得到了与系统初始条件有关的稳定时间上限,并证明了系统的稳定性.对于固定时间同步问题,利用固定时间稳定性理论,推导得到不随系统初始值变化的收敛时间上确界.最后,通过设置两组对照实验,比较了两种滑模控制律对系统同步状态的影响,其仿真结果与数值分析相符,从而验证了本文的有效性和可行性.

铁路时间同步网节点天地时间源互备失败案例分析

通过二级时间节点的天地时间源互备失败现象,分析天地时间源互备失败原因。主要原因为天地时间源间时间偏差过大,从理论上计算长距离地面时间传送可能引入的时间误差,并分析造成时间误差过大的几种可能原因。由此得出,现有铁路时间同步网技术架构难以满足将来5G-R系统对高精度时间同步性能和安全可靠运维要求,有必要研究完善铁路时间同步网技术架构、组网方案,并进一步健全运维方法。

基于ZigBee无线传感网络的分簇时间同步算法

在无线传感网络中,时间同步技术在信道分配、数据收发、休眠调度中都有着关键作用。目前已有的时间同步算法,有些同步精度不高,有些需要进行频繁的数据交换导致功耗过大。因此设计出能同时满足高精度和低功耗两个要求的算法势在必行。提出的算法通过改变网络拓扑结构,构造分簇函数,选出簇头,进行分簇。在新的网络拓扑中,协调器与簇头之间通过频偏补偿来保证同步的精度,簇头与成员节点之间通过三次通信消除时延进行时间同步,从而实现全网时间同步。仿真结果表明,整个网络在较低功耗下也能有较高的同步精度。

混沌系统动力学特性分析及有限时间同步控制

混沌系统同步控制收敛速度是衡量系统同步控制的重要指标,本文提出分数阶超混沌Chen系统的有限时间同步,能有效控制系统同步的收敛性。基于Lyapunov稳定性理论,研究了分数阶Chen超混沌系统动力学特性及其有限时间同步控制。首先,通过其指数的计算证实了系统是超混沌系统,通过计算分数阶超混沌系统的平衡点和特征值验证了系统的稳定性;其次,结合混沌系统的主从控制技术以及有限时间同步理论,通过设置合适的控制函数,将混沌系统的同步控制转换为系统误差系统的控制;再次,通过引理和定理的理论分析,从理论上证实了分数阶超混沌系统在有限时间内可以实现同步。最后,数值仿真结果与理论分析完全相吻合,系统大约在2.2 s左右实现同步并且具有很好的收敛性。

GPS欺骗信号对变电站时间同步装置的干扰分析与测试

当前无人机诱骗设备发射的GPS欺骗信号对变电站自动化系统的安全问题尚未明晰。为此提出了一种全球定位系统(global positioning system,GPS)欺骗信号对变电站时间同步装置的干扰评测方法,理论分析了GPS欺骗信号对变电站时间同步装置的影响。测量了无人机诱骗设备在不同发射功率下的欺骗信号功率强度及电场强度空间分布,实验验证了GPS欺骗信号对时间同步装置接收卫星质量与授时精度的影响,分析了无人机诱骗设备的发射功率以及其与时间同步装置GPS/北斗卫星导航系统(Bei-Dou system BDS)接收天线间的距离对授时精度的影响规律。结果表明:时间同步装置天线距离无人机诱骗设备10 m以外,GPS诱骗信号不会使时间同步装置进入守时状态;时间同步装置天线距离无人机诱骗设备60 m以上,GPS诱骗信号对时间同步装置的影响可忽略不计,为变电站安全稳定运行提供了参考依据。

GNSS+1588v2高精度时间同步技术实现

5G高精度时间同步是作为5G基站建设的重要要求之一,但随着5G室内基站数量呈现几何级数增长,使用GNSS授时同步时钟势必会存在很多限制,比如容易受场地环境的影响无法获取卫星信号、GNSS接收机的成本突增,所以使用GNSS时钟同步技术不适合5G基站的大规模部署。文中提出一种基于OCTEON Fusion平台的GNSS+1588v2时间同步技术实现方案,其特点在于使用层次式同步,通过GNSS给一个时钟系统同步授时,被授时的时钟系统作为主时钟系统通过1588v2地面链路给下一级时钟系统授时,实现一个GNSS给多个基站同步授时。文中对现有的GNSS时钟同步授时进行分析,在此基础上提出一种基于OCTEON Fusion平台的GNSS+1588v2时间同步方案,在对此方案的同步精度和同步稳定性的测试中,时钟同步精度达到10 ns左右,同步稳定性达到10 ns以内。

无人机平台运动状态下节点间高精度时间同步

节点间的时间同步是无人机集群资源调度、协同定位、数据融合的基础,在同步精度要求较高的场景中常用双向时间同步进行节点间的时间同步。然而无人机的相对运动会导致两次同步消息的传播时延不等,进而引起时间同步误差。针对该问题,首先从线性方程组求解角度分析了时间同步误差的产生原因,提出了一种利用双触发双向时间同步以增加方程个数、并在节点匀速运动前提下减少未知量个数的方法。然后推导了该方法下钟差的求解公式,结果表明钟差求解与节点的匀速运动速度无关。随后比较了在加性高斯白噪声信道中双触发式双向时间同步方法与现有运动补偿方法的钟差估计性能,并分析了时间戳处理时延和速度改变对钟差求解精度的影响。最后通过外场实验验证了双触发式双向时间同步的有效性。仿真及实验结果表明,相比于传统双向时间同步,双触发式双向时间同步不会因节点的匀速运动导致主从节点间的时间同步出现系统偏差。

IPRAN网络下5G时间同步优化方案研究

针对5G基站采用GPS同步方式时成本高、安全性低等问题,提出一系列的解决方案。首先,用双模模块解决卫星授时的安全性问题。其次,采用有源功率分配和无源功率分配方案解决卫星天线安装受限问题,并降低建设成本。在无法安装卫星天线的情况下,采用1588v2技术在IPRAN接入环内部署主从时钟源。该方案可以满足100 ns的同步精度需求,并且可以大幅度降低5G时间同步的部署成本,对5G时间同步技术的优化和部署有一定的借鉴作用。

基于最大似然估计的低轨通信星座分布式时间同步方法研究

随着低轨巨型星座的快速部署和卫星互联网的快速发展,由大规模低地球轨道卫星组成的分布式卫星系统是空天地一体化的重要特点。在卫星网络中,低成本、高精度的时间同步技术是其中的核心技术之一。针对低轨卫星高动态、拓扑结构时变特性因素影响下的低轨通信星座的分布式时间同步问题,考虑低轨卫星场景下的通信时延特性,同时为解决现有方法在动态网络拓扑下同步精度和收敛速度方面的不足,提出了一种基于最大似然估计的低轨卫星时间同步方法,能有效解决分布式动态网络中的通信时延随机不可预测以及星间距离不对称的问题。仿真结果表明,低轨卫星动态场景和拓扑结构变化下,本文提出的基于最大似然估计的时间同步方法同步误差均小于5ns。

星敏感器时间同步设计与测试验证

高分辨率卫星和载荷标校对姿态具有极高的实时性要求,星敏感器测量的是曝光中点时刻的姿态数据,时间同步可以使姿态数据和时间更加精准匹配。首先提出了硬件脉冲信号时间同步设计方法,梳理出硬件脉冲时间同步流程,根据脉冲信号控制星敏感器曝光,对脉冲信号、曝光起始和结束时刻等信号的时序关系进行了详细描述,并给出了基于硬件脉冲信号的曝光中点时刻的计算方法,时间同步延时100ns,时间同步精度达到20ns。随后提出了软件指令时间同步设计方法,梳理出软件指令时间同步流程,并给出了基于软件指令时间基准的曝光中点时刻的计算方法和溢出保护措施,时间同步延时440μs,时间同步精度达到20ns。通过对硬件脉冲信号和软件指令两种时间同步设计进行测试,验证了硬件脉冲信号时间同步计数、曝光时刻、软件指令时间同步、守时计数器等功能。

BDS-3 PPP-B2b实时精密时间同步方法探讨

针对传统实时精密单点定位(PPP)时间同步方法需要连接互联网,以及对北斗三号全球卫星导航系统(BDS-3)精密单点定位服务信号(PPP-B2b)用于长基线实时时间同步的研究较少的问题,提出一种将PPP-B2b信号用于PPP时间同步的实时时间同步方法:将高精度铷原子钟作为全球卫星导航系统(GNSS)接收机外频标输入,通过GNSS接收机实时接收PPP-B2b改正数,解算接收机钟差并实时调整铷原子钟,输出与时间基准同步的秒脉冲(1PPS)信号,较之传统GNSS接收机输出1PPS有更佳的频率稳定性;设计PPP-B2b时间同步硬件测试平台对提出的PPP-B2b时间同步方法进行测试。结果表明,通过PPP-B2b时间同步方法进行时间传递的精度优于0.2 ns;短基线实测实时时间同步精度优于0.95 ns;卫星模拟器仿短基线精度优于0.87 ns,仿长基线精度优于0.9 ns。

Virtual Scoping:轻量级可扩展的TSN时间同步精度测量方法

针对现有基于时钟脉冲的时间同步精度测量方法存在测量系统构成复杂、测量规模受仪器采集接口数量限制、测量数据无法支持实时网络管理控制等问题,基于时间敏感网络(TSN)集中式管控架构,提出了一种轻量级可扩展的时间同步精度测量方法Virtual Scoping(VS),能够在网络控制平面虚拟化示波器的功能。该方法定义了可用于精确测量同步精度的参数DriftTime,该参数由同步报文发送时间戳、驻留时延、链路时延等协议状态数据计算。最后在网络控制平面实现V-Scope工具并部署在基于OpenTSN开源项目搭建的原型系统进行实验。实验结果表明,V-Scope工具与专业测试仪的测量结果具有一致性。此外,以精度优化为例对VS方法在支持网络管理控制功能的可行性和优越性进行探讨和论证,设计实现了一种基于V-Scope的频差补偿算法,最高可将原型系统同步精度提升32.3%。

非比例阻尼结构动态响应的时间同步分析

针对在结构动态响应采集过程中出现的时间异步问题,基于相位与时间的映射关系,通过计算动态响应之间的相位偏差估算其相对时滞;利用相位偏差的周期性缩小相对时滞的搜索范围,减少计算时间。同时,利用多阶模态的平均相位偏差解决因相位偏差周期性造成的相对时滞估算结果不唯一的问题;提出了一种非比例阻尼结构异步动态响应的时间同步算法;通过一个非比例阻尼结构模型的实测位移数据验证该算法的有效性,并在不同阻尼比大小的情况下与其他时间同步算法进行比较。结果表明:该算法无须假设比例阻尼,在阻尼比大小不同情况下均适用,且相较于其他算法具有较高的准确性。

多翼瞬态混沌系统及有限时间同步研究

构造了一种能够产生多翼吸引子的三维混沌系统。通过对系统的相图、Lyapunov指数谱、分岔图和复杂度分析发现,该系统表现出复杂的动力学特性。通过研究多组参数发现,该系统存在丰富多样的多翼吸引子,且吸引子的拓扑结构由四翼转变为双翼,再转变为四翼的形式。此外,系统存在瞬态和吸引子共存现象。利用Multisim对系统进行模拟电路仿真,实验结果与数值分析结果相吻合,验证了混沌系统的可实现性。最后,基于有限时间理论,设计了同步控制器,实现了不同结构系统的有限时间同步,为混沌保密通信提供了良好的基础。

面向时隙光交换网络的纳秒级时间同步技术

随着互联网和通信服务的飞速发展,数据中心组网架构的研究重心由电交换转向光交换。由于光交换网络进行时隙交换之前需要同步时钟信号,时间同步的精度和稳定性是提升光网络性能的重要参数。提出基于FPGA实现的时间同步方案,与现有方案相比,该方案在降低了同步复杂性的同时具有更高的精度和稳定性。测试结果表明时间同步后的偏移量不超过2.56 ns,在不同光纤长度、运行时长和环境温度下的时钟抖动为皮秒级。

无线微震传感器网络高精度时间同步技术研究

时间同步技术作为无线微震传感器网络的核心技术之一,是网络协调运行的关键。首先研究了无线传感器网络时间同步原理及影响同步精度的因素;其次研究了经典无线时间同步协的实现方法;然后仿真对比了传感器网络时间同步协议(Timing-sync Protocol for Sensor Networks,TPSN)和泛洪式时间同步协议(Flooding Time Synchronization Protocol,FTSP)的同步精度;再针对FTSP协议的不足提出一种改进的G-FTSP协议,能有效提高无线传感器网络时间同步精度;最后估算由时间同步误差造成的微震震源定位误差,验证G-FTSP协议满足实际生产需求。