1-3开题报告-河北科技大学.doc

毕业设计开题报告 题 目：基于卡尔曼滤波的授时算法仿真研究 学生姓名： 王朝广 学 号： 0090701214 专 业： 电子信息工程 指导教师： 安国臣 2013年3月25日 1.结合毕业设计课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述： 1.1引言 时间作为一个基本物理量,其产生由来已久。随着社会的发展和科技的不断进步,人类对时间的精度要求也越来越高,而且国民经济建设、国防建设以及许多工程应用也都对时间的精度提出了更高的要求。随着全球定位系统的逐步建立,使得利用卫星上的高精度原子钟来获取高精度的时间成为可能。 随着通信网络技术的发展, 航空、金融、铁路运输等业务系统的开展都实现了自动化、网络化, 要确保这些业务系统协同工作, 必须拥有一个准确、统一的基准时间, 称为标准时钟。目前获取标准时钟授时的途径有: 卫星 信号授时、CCTV 电视信号授时、国家授时中心 ( NTSC)长短波等多种方式[ 1 2] 。在一个业务系统中, 各个业务节 点上的各种通信设备或计算机设备的时间信息 ( 年月 日 时 分 秒 )与基于 UTC(协调世界时 )的时间偏差需要限定 在足够小的范围内 ( 如 100 m s), 这种同步过程叫时间同步 。通常, 业务系统中首节点获取的授时时间 ( 即基准钟 ) 与标准时间相比误差小、精度高, 然而首节点将标 准时间利用有线或者无线网络分发到其他下级节点时, 会存在偏差, 即时延[ 5]。这些时延包括: 信号的处理时 延、信号的传输时延、介质访问时延、噪声干扰时延等, 使 得发送端与接收端存在时间不同步, 或者存在时间精度 不高的问题。为了提高这种基于通信网络中端到端模式 下时间传输的精度, 本文提出了一种采用卡尔曼滤波的 修正方案, 使其能进一步提高授时精度。 1.2网络授时精度分析 在通信网络授时中, 用户级节点获得授时时间 tu、首 节点获取的基准时间 t0 与系统时间 T 0 ( NTSC 提供 UTC标准时间 )都存在偏差 。它们之间的时间偏差情况如 图 1 所示。 首节点获取的基准时间 t0 与系统时间T 0 会存在 的 时间偏差, 但是 t0 的获取一般通过卫星授时或者长短波 授时完成, 通过修正可获得精度很高的时间, 因此可以将这个时间偏差 是由于通信网络传输时产生的时延, 这种时延受到网路传输质量影响很大, 对传输的时间精度 会产生严重影响。 对于通信网络传输标准时间产生的时间偏差 可以 分解为固有时延、时延抖动和突发时延 3部分构成, 其中 固有时延是由于信号在硬件环境处理、传输中固有存在 的; 时延抖动是由于环境噪声干扰产生, 具有波动性; 突 发时延是由于突发性因素造成, 具有不确定性[ 7] 。为了 提高用户端的时间精度, 必须精确地计算出时间偏差 。 因此, 在首节点采用定时发送时间片, 用户端接收从首节 点发出的时间片信息, 并根据这些接收的信息和本地时 间信息建立一个线性数学模型, 然后系统再根据这个数 学模型得到本地时钟与参考时钟的时间偏差 , 利用卡 尔曼滤波对固有时延进行估计, 减小时延抖动和突发时 延的影响, 通过当前采样点的时延估计来对下一采样点的时延进行预测, 然后由下一采样点的量测时延对预测 时延进行更新, 修正当前用户端时间 tu。这是一个连续的 过程, 随着采样点的增多, 所建立的数学模型也变得越来 越准确, 此时它所获得的精度差也将越来越准确。其卡 尔曼滤波修正时间原理如图 2 所示。 1.3卡尔曼滤波器的设计 x= Ax + b(u + w)这个式子是有两个输入u(t)和w(t)的状态空间描述。 卡尔曼滤波的优势：1、采用物理意义较为直观的时域状态空间 2、仅需要前后两步的数据，数据存储量较小 3、使用比较简单的递推算法，便于在计算机上实现 4、不仅适用于平稳过程，还可以推广到非平稳随机过程的情况 采用卡尔曼滤波算法，在参数估计的收敛速度和收敛精度上有明显的改善，在很大程度上克服了非线性问题线性化时，线性化误差导致的不良结果。同错量测变量的引入，对量测矩阵进行重新构造，是的系统量测矩阵在量测角的函数并且具有先行形式。该算法降低了对模型精度的要求，改进了扩展卡尔曼滤波的发散问题，具有较好的稳定性，在一定的误差范围内可以快速实现对空间目标定位。 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段及途径