面向农村流动放映的DCP播放器研究与设计

研究了影院与农村流动放映的技术规范,设计并实现一种基于嵌入式系统的DCP播放器,阐述了该系统软件和硬件的技术架构。实现H.265与AAC音画同步,档期与场次管理,版权管理,设备管理,断点续播,安全机制等功能。研制并完成了新一代面向农村流动放映的DCP播放器,该产品已经成功推向市场应用。

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。

北斗实时百皮秒级单差时频同步方法

高精度时频传递与时间同步服务已成为全球导航卫星系统应用领域的研究热点,国内外学者围绕GNSS高精度时频同步模型算法及相关应用等方面开展了诸多研究。本文提出基于载波相位的差分高精度时间传递模型,实现基于北斗卫星导航系统的实时百皮秒级单差时频同步。以中国计量科学研究院的光纤链路为参考,北斗时间同步精度优于时频同步系统的实时秒脉冲时间同步精度优于100 ps;在7 d的测试时段内,链路的时间稳定度优于70 ps;链路频率万秒稳定度可达10-15量级,频率长期稳定度可达10-16量级。利用BDS进行单差时频同步的频率稳定度与GPS相当,对开展BDS在时频领域的下一步推广应用提供重要的参考意义。

基于地球GNSS和导航增强星的地月空间导航方法

针对载人登月及无人月球探测后续任务中亟须突破的高精度实时自主导航需求,拥有GNSS自主导航能力具有重大意义,符合未来月球探测任务简便、低代价导航发展趋势。而将地球GNSS导航直接应用到地月空间导航场景所能提供的实时导航能力有限,无法满足高精度导航应用的需求。因此,提出了一种基于地球GNSS和导航增强星的地月空间导航方法,通过仅增加一颗月球空间导航节点,在播发导航信号的同时,分别建立与地球GNSS导航星座和月球用户之间的双向时间同步链路,将钟差与位置误差进行解耦,实现月球用户的高精度实时三维绝对导航。仿真结果表明,该方法能大幅提升月球用户的几何精度因子,可获得优于50m的实时定位精度,具有很强的实用性。

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。

基于PTS级联抵消的峰均比抑制性能仿真

提出了PTS级联抵消算法,实现对地面数字多媒体广播系统中时域同步正交频分复用信号的峰均功率比的抑制。通过研究地面数字多媒体广播系统传输协议,分析了采用时域同步正交频分复用多载波调制方式对系统射频前端信号时域性能的影响。针对信号峰均功率比高的缺陷,提出一种新颖的峰值功率比抑制算法。该算法对峰均功率比的抑制能力强于传统PTS算法,引起的带外辐射和互调失真小于传统限幅技术。当子载波数较大时,仍可实现对系统峰均功率比的有效控制。通过仿真,与传统限幅技术相比,算法可以使地面数字多媒体广播系统的峰均功率比控制在4-5dB,比传统PTS算法峰均功率比减小约3-4dB,且仅有少量的误码率性能损失。

基于GNSS时标的小卫星控制系统星地时间同步技术

随着我国光学遥感卫星载荷分辨率技术不断提高,相应的对卫星平台姿态控制精度和稳定度的要求也逐步地增加。针对高精度、高稳定度的卫星控制平台,控制系统指标的地面半物理试验验证也面临着考验。提高地面半物理试验验证的可信度是需要重点考虑的,影响试验验证可信度其中一个重要的方面是星地时间同步问题。为此,文中利用GNSS秒脉冲时间锁存技术和星地串口下传时间标识的方法,设计了一种基于GNSS时标的小卫星控制系统高精度星地时间同步系统,从而提高了星地时间的同步性,试验结果表明星地同步精度可优于65μs。

GNSS高动态导航终端检定系统设计及实现

随着特种装备对高精度、高动态性能及姿态测试的新需要,现有检测计量系统已不满足当前的测试需求。本文设计并构建了GNSS高动态导航终端检定系统,创新性地提出利用高精度转台模拟真实运动场景,通过角度编码器、高精度授时接收机保证控制及测试精度,运用转台状态显示及测试评估软件对测试数据进行处理,完成对被测对象的评估,并对建成后系统的关键指标进行了验证试验。结果证明,该系统可实现对导航终端进行高动态、高精度的测试。

PTP在广电IP系统中的应用

随着4K、8K技术的快速发展,广播电视制作与播出领域进行了网际互连协议(Internet Protocol,IP)化的迭代,为高分辨率节目的传输提供更加快捷、灵活的应用环境。在这一过程中,同步时钟起到了重要的保障作用。基于此,分析IP系统中精确时间协议(Precision Time Protocol,PTP)时钟同步原理,阐述PTP在不同场景的应用,探讨如何构建一个统一基准的同步系统,以满足广电系统IP化的需求。

冲击波超压测试系统的时基高精度同步

针对存储式冲击波超压测试系统时基不能高精度同步的问题,提出一种光纤触发与高精度算法结合的处理方法。利用光纤对不同装置同时发出触发信号,实现多个装置的同步触发;计数频率远大于测试装置的采样频率,对触发时刻和触发后第一个采样时刻之间的时间间隔进行计数;对相邻两个采样点之间进行插值处理,根据计数值N确定测试数据在时间轴上的位置,实现时基的高精度同步。该方法可使得测试系统在12 m布场距离处触发响应时间小于150 ns,测试系统的时间误差为30 ns,测试装置之间的同步误差为20 ns。该方法提高了测试系统的测量精度,可为冲击波传播规律的研究提供依据。

下一代高速铁路LTE-R时间同步网协议脆弱性分析

铁路无线通信系统时间同步网络,是保障行车安全和提高铁路运营效率的重要基础。针对下一代高速铁路LTE-R自身全IP化架构在使用精确时钟PTP时间同步协议过程中易受到ARP攻击的问题,提出基于随机Petri网(SPN)的LTE-R时间同步网协议脆弱性分析方法。建立了ARP攻击状态下LTE-R时间同步网协议脆弱性分析SPN模型;通过马尔科夫链同构的方法,得到ARP攻击下LTE-R三级时钟节点实施速率与PTP协议同步正常、异常之间的关系曲线;定量得到了影响LTE-R时间同步网协议脆弱性的关键因素。研究结果为GSM-R时间同步网络向LTE-R安全演进提供了一定的理论参考依据。

基于卡尔曼滤波的高速铁路时间同步网时间补偿

LTE-R作为下一代高速铁路无线通信系统,保持时间同步对于高速铁路行车安全至关重要。针对现有时间同步方法仅考虑随机噪声,而忽略LTE-R无线信道多径衰落、多普勒频移等对时钟同步过程的影响,导致主从时钟偏移估计不准确的问题,提出一种基于卡尔曼滤波的高速铁路时间同步网时间补偿方法:建立LTE-R下主从时钟之间相位、频率偏移的状态转移方程;构建引入伯努利随机变量的时钟相位、频率偏移观测方程;利用改进的卡尔曼滤波算法得到最优时钟偏移估计值;使用本方法实现对LTE-R时间同步误差的补偿;通过实验仿真,得到LTE-R下信道多径衰落、多普勒频移、信噪比、列车车速等对高速铁路时间同步的影响,并实现对不同高铁运行场景下时间同步偏差的定量分析。结果表明:本方法能够有效消除LTE-R无线信道时钟偏差,与其他补偿方法相比,具有更好的稳定性和鲁棒性。

一种基于嵌入式的高精度同步授时系统

为满足协同交互和智能敏响,集群成员和网络节点各要素之间的授时同步精度指标尤为关键。为此,文中设计一种基于嵌入式的高精度同步授时传输系统。通过将DSP和FPGA功能紧密耦合,结合ADC/DAC射频前端,选用BD/GPS双模收发模块,使用芯片内核和硬件描述语言设置串行端口在线调试,实现系统功能。系统选用的ATGM332D高灵敏度接收机模块属于国产BD/GPS双模接收模块,可有效提高系统的国产化率。系统接收卫星信号,经过内部解析和编译生成高精度同步脉冲信号。最后,通过实验对传统秒脉冲装置和同步授时系统性能进行对比分析。结果表明:所设计系统集群成员之间的同步精度误差远小于200 ns,优于传统秒脉冲装置,可满足高速数据传输和高精度定位同步需求;同时,该系统具备高可靠通信速率、集群间协同速率、体积小、重量轻、精度高、便于多例化实现的特点,已成功应用于某型无人机集群的机载设备,可为实现集群化和网络化提供技术基础。

基于软件无线电的双向时间同步系统设计与实现

针对全球导航卫星系统建设成本高,信号易被干扰和欺骗等问题,本文基于Zedboard+AD9361软件定义无线电平台设计出一套小型化、高精度的无线时间同步系统.整个系统分为双向时间同步模块和无线通信模块:双向时间同步模块处理主从机时间戳的标定、偏差的计算;无线通信模块将数据进行伪码扩频、数字上变频、部分匹配滤波-快速傅里叶变换捕获,实现主从机之间的无线通信.通过主从机输出到示波器上的1 PPS信号比对测试,主从机之间的时间同步误差均方根值(RMS)为18.6 ns.

基于精确时间协议的工业无线传感器网络时间同步方法

针对工业无线传感器网络(IWSNs)中复杂链路环境、温度波动等造成的链路时延动态变化、时钟计时干扰、时间戳获取不确定等问题,提出一种基于精确时间协议(PTP)的IWSNs时间同步方法。首先,融合PTP双向时间同步过程的时钟计时干扰、非对称链路时延噪声,建立时钟状态空间模型和观测模型;其次,构建反向自适应卡尔曼滤波算法以滤除噪声干扰;然后,利用反向估计和正向估计的时钟状态归一化新息比值来评估噪声统计模型的合理性;最后,在设定检测阈值后,动态调整时钟状态过程噪声,以实现时钟参数的精确估计。仿真结果表明,相较于经典卡尔曼滤波算法和PTP,在不同时钟计时精度下,反向自适应卡尔曼滤波算法估计的时钟偏移和偏移率均有较小且更稳定的误差标准差,有效解决了噪声不确定等原因造成的卡尔曼滤波发散问题,提高了时间同步的可靠性。

分布式相参雷达高精度时间同步单元的设计

为了提高分布式相参雷达的时间同步精度,利用FPGA使用灵活和并行执行的特点,设计了一种基于时间数字转换和恒比定时时刻鉴别法的高精度时间同步单元。叙述了高精度时间同步单元的硬件设计方案和软件实现流程。测试结果表明,应用恒比定时时刻鉴别法将时间间隔的测量精度平均提高了1.787 ns,时间同步单元的测量精度可达1 ns,分辨率为90 ps。

基于UWB的无线网络精密时钟同步设计

针对无线集群网络对低代价精密时钟同步的需求,设计了基于恒温晶振(oven controlled crystal oscillator,OCXO)和超宽带(ultra wide band,UWB)的无线网络亚纳秒级时钟同步系统。系统能够测量与矫正UWB模块与OCXO模块之间的相位偏移,将UWB模块的时间基准精确地溯源到OCXO,降低了系统时钟相位的不确定性。同时,构建了低尺寸、重量、功耗和成本(size,weight,power and cost,SWaP-C)时钟的高阶模型,设计了动态双单向测量机制与基于Kalman滤波器的动态时频估计方法,从而减小了时钟频率偏差和漂移等动态特性对同步的影响,实现亚纳秒级的无线网络时钟同步。实验表明,系统时频同步方法收敛迅速,同步精度优于0.15 ns。

北斗三号PPP-B2b信号时间同步性能分析

针对目前对北斗卫星导航系统(BDS)PPP-B2b信号用于时间同步服务研究较少的问题,提出一种北斗三号卫星导航系统(BDS-3,简称北斗三号)PPP-B2b信号时间同步性能分析方法:采用精密单点定位(PPP)方法对BDS-3PPP-B2b的时间同步性能进行分析;然后利用中国区域内20条不同长度的基线进行验证。实验结果表明,目前PPP-B2b的北斗三号和全球定位系统(GPS)的卫星钟差标准差(STD)基本优于0.2ns;基于PPP-B2b改正数的北斗三号和GPS时间同步精度分别可以达到0.28和0.46 ns,其中PPP-B2b的北斗三号时间同步精度与使用法国国家空间研究中心(CNES)的实时产品精度相当。因此,基于BDS PPP-B2b的服务可以实现中国及周边地区亚纳秒级的时间同步。

基于FPGA的IEEE 1588时钟同步系统的设计与实现

IEEE 1588精密时钟协议用于分布式系统中各节点上独立时钟的同步,纯软件实现的IEEE 1588精密时钟协议的时间戳只能标记在数据链路层,受网络传输延迟以及网络抖动的影响,时钟同步精度一般只能达到微秒级。本文设计了一种基于FPGA的IEEE 1588协议的时钟同步系统,采用EP4CE6E22C8和RTL8201CP芯片,通过编程实现IEEE 1588报文识别、时钟偏移补偿算法等。该方法进一步降低了网络传输延迟的不确定性,提高了时间戳捕获的精度。通过实验对主从时钟同步精度的一致性进行测试,满足设计要求。

集群编队条件下通导一体高精度时间同步方法

针对集群编队条件下对高精度时间同步的需求,对通导一体高精度时间同步方法进行了研究,将卫星导航系统与数据链系统进行深度融合,提出了动基座条件下基于卫星导航载波差分算法的节点间高精度时间同步算法。该算法通过协同时间驯服的方式来抑制两次定位间隔间受钟漂影响导致的节点间时间同步误差发散以及节点间时钟修正不同步导致的时间同步误差,提升了编队组网条件下节点间的时间同步精度。最后,通过仿真对算法进行了验证。结果表明,时空同步精度可以达到1ns,可有力支撑未来集群编队作战、高精度协同探测、高精度协同制导等典型场景下对节点间高精度时间同步的需求。