[发明专利]用于分布式定位系统的高精度时间同步系统及其同步方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于分布式定位系统的高精度时间同步系统及其同步方法。

背景技术

分布式定位系统目前在很多领域都得到了广泛应用，从日常的手机基站定位，到海上救援卫星定位系统，地下坑道人员、设备定位等都有应用。定位精度的一个重要因素是各个站点之间的时间同步误差。通常时间同步的误差与定位误差成正比，例如1                                               的时间误差就会带来300m的圆概率误差。

通过外部频率源进行时间同步是当今应用最广泛的技术手段。通过卫星导航系统，如GPS、北斗进行时间同步，因为受到大气电离层散射等因素的干扰，其高精度仅仅是在统计意义上可以达到，无法做到实时更新，且实际精度很难超过100ns，并伴有相当多的野值。转发式卫星授时的精度稍高，但也只能达到十几纳秒的水平。其他外部校时方式，如长波、短波、低频时码，精度约为0.1~0.1s，远低于定位系统的要求。此外，目前常见的基于伪码相位测量的时间同步系统，由于码片相位分辨率低，很难达到5ns以下的精度，且由于缺乏有效的校时协议，校时完成后也很难保持站点间的时间同步。

如上所述，现有技术在需要校时精度优于5ns，且能够长时间保持的情况下，其实现方法和精度保证是很难满足要求的。

发明内容

本发明提供一种用于分布式定位系统的高精度时间同步系统及其同步方法，能长时间保持时间同步精度优于1ns。

为了达到上述目的，本发明提供一种用于分布式定位系统的高精度时间同步系统，该同步系统包含主处理装置，以及若干与主处理装置进行无线通讯的终端处理装置；

所述的主处理装置和终端处理装置的电路结构都包含：

天线；

电性连接天线的功率放大器模块；

电性连接功率放大器模块的上下变频器模块；

电性连接上下变频器模块的中频发射接收及数字处理模块；

所述的中频发射接收及数字处理模块包含：

电性连接上下变频器模块输出端的中频接收模块；

电性连接上下变频器模块输入端的中频发射模块；

电性连接中频接收模块输出端、中频发射模块输入端和频率控制器输出端的数字处理模块；

所述的数字处理模块中还包含数字载波跟踪环电路、伪码跟踪环电路、定时相位误差估计电路和计时时钟。

所述的高精度时间同步系统还包含电性连接功率放大器模块、上下变频器模块和中频发射接收及数字处理模块的电源。

所述的功率放大器模块包含：

电性连接天线的双工器，该双工器与天线进行双向数据传输；

电性连接双工器输出端的输入放大器；

电性连接双工器输入端的输出放大器。

所述的上下变频器模块包含：

电性连接输入放大器输出端和中频接收模块输入端的下变频器；

电性连接输出放大器输入端和中频发射模块输入端的上变频器；

电性连接下变频器、上变频器和数字处理模块的频率控制器。

所述的中频接收模块包含电性连接下变频器输出端的模数转换器、以及电性连接模数转换器输出端的混频模块；所述的中频发射模块包含电性连接上变频器输入端的放大滤波器、以及电性连接放大滤波器输入端的数模转换器。

本发明还提供一种用于分布式定位系统的高精度时间同步方法，该方法包含以下步骤：

步骤S1、主处理装置向各个终端处理装置发送参考频率的固定信息，各个终端处理装置接收该固定信息，通过伪码跟踪环电路获得该固定信息中包含的主处理装置的计时频率，通过调整本地计时时钟来保持与主处理装置的计时频率一致；

所述的固定信息是数字处理模块根据主处理装置的时钟参考频率生成的循环播放的伪随机码序列；

步骤S2、主处理装置向各个终端处理装置发送入网消息，给各个终端处理装置分配校时的先后顺序；

所述的入网消息是主处理装置的数字处理模块生成的一段与终端处理装置约定好的信息序列；

在发送该入网消息的起始时刻，主处理装置的计时时钟清零；

步骤S3、终端处理装置采用双向时间同步法按照主处理装置分配的校时顺序依次实现与主处理装置之间的时间同步。

所述的步骤S3包含以下步骤：

步骤S3.1、终端处理装置按照主处理装置分配的顺序，向主处理装置发送询问消息；