双基地宽带成像雷达时间及调频率同步方法

双基地宽带成像雷达由于不同源会产生时间同步误差和调频率同步误差。针对这一问题,面向低成本、小型化雷达接收机设计同步方法。针对时间同步问题,提出了直达波触发的收发脉宽非一致时间同步方案,通过使用直达波触发接收窗启用时刻,同时增加接收窗长度和低通匹配滤波,以完成时间同步。针对调频率同步问题,提出了采用吕氏分布对调频率误差进行估计,进而进行补偿,以完成调频率同步。该时间及调频率同步方法基本不需要增加接收机硬件成本,可以适应小型化接收雷达需求。基于小型宽带雷达搭建室内的双基宽带雷达模型,实验实现了双基雷达同步以及数据采集、成像。实验结果验证了所提方法的有效性。

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。

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。

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。

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。

光纤时间频率同步技术及应用

时间是人类目前测量和复现不确定度指标最高的物理量,代表了人类科技发展的最高水平。光纤时频同步技术经过几十年的发展,目前已广泛应用于量子计量、射电干涉测量、定位导航、现代通信、电力电网、高能物理、大地测量等诸多领域,成为人类社会高效运行的重要支撑。得益于光纤时频同步技术的高可靠性和高稳定度,综合原子时“分布式”和“实时性”这一长期存在的矛盾得到了解决。文章介绍了光纤时频同步技术的发展历史、各技术路径的研究现状,以及基于北京地区光纤时频同步网生成的分布式实时综合原子时。在此基础上,指出光纤时频同步的发展重点正从技术研究转为大规模网络化应用,开展基于光网络的多功能、多应用融合研究,实现一体化通信、感知、计算、测量、控制,将是未来的重要发展趋势。

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。

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。

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。

干扰条件下无人艇编队有限时间同步控制

针对有限时间控制中各状态分量收敛时间不同问题,提出一种无人艇编队有限时间同步控制框架,在此框架下设计的有限时间同步编队控制方法可巧妙地达到无人艇所有自由度编队误差在同一时刻收敛到平衡点.首先,针对现有干扰观测器与时间同步稳定框架不兼容问题,设计有限时间同步干扰观测器;然后,利用比例保持特性设计有限时间同步编队控制器,并验证了所提控制方法的稳定性;最后,通过3艘无人艇编队进行仿真实验,实验结果验证了所提控制方法的有效性和优越性.所提控制方法对有限时间同步控制需求的航海、航空航天和工业领域具有现实意义.

基于三步迭代滤波器的缓变型时间同步攻击防护方案

针对卫星接收机可能遭受转发式欺骗干扰而造成缓变型时间同步攻击的情形,提出了基于三步迭代滤波器的攻击防护方案.该方案首先引入缓变型时间同步攻击模型和缓变型时间同步攻击感知模型,并利用三步迭代滤波器估计缓变型时间同步攻击感知模型的时钟偏差与时钟漂移,最后依据构建的纠偏模型对钟差与钟漂进行校正.仿真实验结果表明,该方案能在1 s内及时检测出缓变型时间同步攻击,并进行有效抑制,有效降低时间同步攻击对授时精度的影响.

基于时间同步感知的智慧园区多态路由优化方法

随着大量分布式能源终端接入,智慧园区中爆炸式增长的业务对队列积压、误码率、吞吐量等服务质量(quality of service,QoS)需求差异性大,现有的路由优化与差异化业务需求适配性差、时间同步与路由优化存在耦合性、链路与网络拥塞信息的不确定性等挑战,影响园区网络路由性能。针对上述挑战,提出了一种联合背压和Q学习的时间同步感知多态路由协议(backprEssure and Q-Learning based timE synChronizaTion-aware polymoRphic routIng protoCol,ELECTRIC)算法。首先,建立时间同步感知多态路由协议架构,实现园区终端的集中管理和数据传输优化;其次,根据背压算法,将队列积压最小化问题转化为队列积压差最大化问题,避免网络拥塞;然后,利用时间偏差阈值的概念对时间同步进行感知,使延迟唤醒的休眠态终端变为活跃态,并基于本地和历史信息进一步学习最优路由选择策略;最后,通过仿真结果验证,相较于基于Q学习的路由选择(Q-learning based route selection,QLRS)算法和基于队列积压的背压路由选择(queue backlog based backpressure route selection,QBBRS)算法,所提算法可分别提高平均吞吐量17.39%和56.52%,降低平均队列积压33.86%和44.07%,降低误码率31.58%和58.06%,保障智慧园区不同业务差异化的QoS需求。

基于改进时间同步的矿井UWB优化定位方法

煤矿井下深度大、干扰因素众多、管网式巷道分布复杂,导致井下各定位节点的定位精度低,时间同步难。基于超宽带(UWB)技术的定位优势,提出一种改进的到达时间差(TDOA)定位方法,用于解决无线连接中时间同步的难度。在传统TPSN时间同步算法的基础上,兼顾时钟偏差、时钟漂移等影响定位精度的因素,通过卡尔曼滤波降低传输过程中的噪声干扰,并减少了系统的同步次数,降低了功耗。实验结果表明,改进的TPSN算法相比于传统TPSN算法的定位精度提高了30%左右。

随机干扰下拓扑时变Kuramoto网络事件触发固定时间同步

本文针对一类网络拓扑时变且耦合通道存在随机干扰的Kuramoto型振子网络的同步问题,设计了事件触发机制下的固定时间控制算法.针对耦合网络的拓扑在切换中保持连通的假设,给出了一种具有多层结构的事件触发分布式控制策略,并能够抵消随机干扰对同步性能带来的负面影响.利用随机Lyapunov稳定理论和固定时间稳定性理论给出了达到实际固定时间相位同步的控制参数条件和同步调节时间的上界.另外,证明了所使用的事件触发机制在引入双曲正切函数之后不会产生Zeno现象,并给出了触发间隔的下界.同时,在推论中给出了本文提出的控制方法也可以应对振子耦合拓扑图不连通情况的结论.最后,通过两组具有不同噪声强度的仿真实验验证了理论分析结果.

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。

基于局部检测信息的电力系统时间同步攻击定位方法

卫星时间同步攻击可造成电力系统设备时间紊乱,PMU相角量测错误,危及系统安全运行。鉴于基于线路两端PMU数据的攻击检测方法无法判断线路哪端节点受到攻击,提出了一种基于局部攻击检测信息及同步区域搜索聚合的卫星时间同步攻击定位方法。首先,结合同步攻击特性构建了电力系统等效图及邻接矩阵。其次,结合线路两端攻击检测信息,利用广度优先搜索获取报警线路分割形成的各内部同步的区域子系统。再次,根据子系统是否两两相连分为简单情形和复杂情形;针对复杂情形,结合相角差偏差估计与同步子系统聚合将其转化为简单情形。最后,基于正常节点数量占优假设定位受攻击节点。IEEE 39节点系统测试表明,该方法在不同攻击下可有效定位攻击,可区分受不同攻击的节点,对微小攻击的定位能力强。

基于时间敏感网络的列车通信时间同步研究

[目的]列车通信网络中NTP(网络时间协议)的毫秒级精度,已日渐无法满足大流量和确定性传输的要求,同时现有研究局限于将PTP(精确时钟同步协议)应用于列车通信场景,而缺乏列车通信网络中的时间敏感网络时间同步研究,因此有必要进行相关分析。[方法]首先,结合列车通信网络中时间同步的研究现状,根据时间敏感网络同步协议分析了列车通信网络中的偏差和时延;其次,提出了时钟服务源故障和跳变情况下的冗余机制;最后,通过模拟时间同步过程,验证了冗余机制的效果。[结果及结论]时间敏感网络能较好地适用于列车通信网络中时钟服务源的时间同步,且其冗余机制能较好地避免时钟服务源的故障和跳变带来的同步误差。