[發(fā)明專利]基于序列最小二乘的一致性時鐘同步頻率偏移估計方法

有效

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• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號: CN113207167B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發(fā)明（設計）人: 王恒;龔鵬飛;王平
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04W56/00
• 分類號: H04W56/00;H04W84/18
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

1.一種基于序列最小二乘的一致性時鐘同步頻率偏移估計方法，其特征在于，該方法具體包括以下步驟：

S1：面向服從任意分布的有界隨機通信時延場景，建立節(jié)點間時鐘信息和時延關系模型；

S2：根據通信時延關系建立任意一組本地時鐘信息的相對關系；

S3：根據時鐘信息的相對關系，構建時鐘參數(shù)估計模型和基于最小二乘原則的成本函數(shù)；

S4：采用序列最小二乘法迭代估計節(jié)點間的相對時鐘頻率偏移，然后利用一致性的時鐘同步法來更新節(jié)點的邏輯時鐘參數(shù)，估計出節(jié)點間的相對頻偏后，周期性重復相對頻偏估計以及邏輯時鐘參數(shù)更新操作，直到整個網絡節(jié)點的邏輯時鐘達到同步的效果；

步驟S4中，采用序列最小二乘法迭代估計節(jié)點間的相對時鐘頻率偏移，具體包括以下步驟：

S41：在第一輪同步中，節(jié)點j接收并存儲兩組時鐘信息和直接使用標準最小二乘方法來獲取第一輪同步過程中的估計值和

其中，表示傳感器節(jié)點i以間隔T周期性廣播的本地時鐘，表示鄰居節(jié)點j接收并且記錄接收時刻自身的本地時鐘；

此外，為了開始時鐘參數(shù)迭代估計過程，第一輪同步過程中的協(xié)方差矩陣被設定為：

Σ(1)＝(H^T(1)H(1))^-1

其中，H(1)＝[h(0) h(1)]^T，

S42：對于第m(m＝2,3,4,...,n)輪同步過程，節(jié)點j只需要存儲當前輪接收到的時鐘信息前一輪計算得到的時鐘參數(shù)估計值和以及前一輪迭代產生的協(xié)方差矩陣Σ(m-1)，然后采用序列最小二乘方法，迭代估計此輪同步過程中的相對時鐘頻偏和相對時鐘相偏；

估計更新：

增益更新：

協(xié)方差更新：Σ(m)＝(I₂-K(m)h^T(m))Σ(m-1)

其中，表示第m輪時鐘參數(shù)估計值，即K(m)表示第m輪的增益矩陣，Σ(m)表示第m輪參數(shù)估計的協(xié)方差矩陣，I₂是二階單位矩陣。

2.根據權利要求1所述的一致性時鐘同步頻率偏移估計方法，其特征在于，步驟S1中，建立的節(jié)點間時鐘信息和時延關系模型，具體包括：假設網絡中的任意傳感器節(jié)點i都以間隔T周期性廣播本地時鐘以及相關同步時鐘信息，其鄰居節(jié)點j接收并且記錄接收時刻自身的本地時鐘得到在真實時間刻度下節(jié)點間的通信時延關系：

其中，表示服從任意分布的、非負的、上界為常數(shù)D_d的隨機通信時延。

3.根據權利要求2所述的一致性時鐘同步頻率偏移估計方法，其特征在于，步驟S2中，根據通信時延關系建立任意一組本地時鐘信息的相對關系，具體包括：鄰居節(jié)點j收到n+1個來自節(jié)點i的同步時鐘信息后，它將獲得n+1組本地時鐘觀測值根據通信時延關系建立任意一組本地時鐘信息的相對關系：

其中，α_ij和β_ij分別表示節(jié)點i相對于節(jié)點j的相對頻率偏移和相對相位偏移，α_j表示節(jié)點j的本地時鐘頻率偏移。

4.根據權利要求3所述的一致性時鐘同步頻率偏移估計方法，其特征在于，步驟S3中，構建時鐘參數(shù)估計模型和基于最小二乘原則的成本函數(shù)，具體包括：根據時鐘信息的相對關系，對通信時延項進行處理，將本地時鐘信息的相對關系式中時延部分考慮為一個誤差函數(shù)：

擴展誤差函數(shù)到所有本地時鐘觀測，然后應用最小二乘原理來處理誤差，得到以下包含時鐘參數(shù)α_ij和β_ij的成本函數(shù)J(α_ij,β_ij)：

通過最小化成本函數(shù)來獲取相對相位偏移估計和相對頻率偏移估計。

5.根據權利要求1所述的一致性時鐘同步頻率偏移估計方法，其特征在于，步驟S4中，所述的邏輯時鐘參數(shù)包括：邏輯頻偏補償和邏輯相偏補償。