[发明专利]一种基于分布式水声网络被动定位系统中的声同步方法

说明书

本发明公开了一种基于声学通信方式的分布式网络节点间的同步方法，属于水声通信领域。本发明通过网络固定节点间的声通信过程来获取固定节点间的声传播时延，以网络中主节点的时钟为基准，主节点的同步信号为对准信号，同步信号中携带有当前信号发射时刻距定位信号发射时刻的时间差信息，子节点收到同步信号后，解调出其中的时间信息，该时间减去主节点与子节点间的传播时延，即可得到子节点发射定位信号的时刻，从而达到整个网络中定位信号同步发射的目的。具有定位过程中整个系统的实时高精度同步，功耗小，成本低的特点。

技术领域

本发明涉及水声通信领域，具体涉及一种基于分布式水声网络被动定位系统中的声同步方法。

背景技术

常规的被动定位方式，需要定位信号的发送端(固定节点)和接收端(移动节点)时间同步，通过单程的声发射获得双方之间的距离。固定网络节点由于功耗的限制，只能用低稳定度的时钟，所以水下长时间工作会出现时钟偏移，时间不稳定的缺陷。同时定位前，需要移动节点对固定节点精确授时。该方案不但实现困难，且在授时过程需要移动节点主动发起通信，失去被动定位的意义。采用类似于GPS的定位导航技术，具有确定大地坐标的网络固定节点定期、同步发射定位导航信号。网络固定节点间时间同步，移动节点与网络不需要同步，移动节点通过固定节点间的时延差测量，采用双曲线交汇定位解算的方法，即可求得自身的坐标。

基于以上论述，网络固定节点间定位信号的同步发射是进行网络定位的前提条件，但是固定网络节点由于功耗的限制，只能用低稳定度的时钟，无法依靠高精度时钟实现时间同步，所以需要开发设计其他方式的同步方法。

中国专利CN101834684A公开了一种分布式水声定位系统GPS时钟同步方法。该方法利用GPS标准时间与预设同步时刻相同时，由GPS秒脉冲触发系统同步，开始同步后由装置预设的同步脉冲周期和脉宽，由普通晶振分频产生的时钟同步信号，再分频产生相应的周期和脉宽，当脉宽累计到一定个数时，进行清零重新技术，来消除时钟同步的时间累计误差，是在低功耗前提下利用普通时钟实现误差累计消除的方法，提高时钟同步精度。

采用GPS同步，是利用了浮标方式进行信号接收的定位技术，而本发明的应用场合是水下潜标节点，未搭建浮标，无法实现GPS信号的接收。

本发明涉及的同步方法，不依靠高精度时钟，利用水声通信网络中的信号传输能力进行同步信号的收发，通过发射声同步信号进行系统时钟校准，再利用定位信号间的信号传输信息实现定位中的实时同步。本方法是以声学通信为基础的网络时钟同步方法。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种通信网络中的时钟同步方法，旨在解决水下同喜网络中利用时钟晶振进行同步而造成的时钟误差引起定位接收时延误差，而造成定位精度下降的结果。

一种基于分布式水声网络被动定位系统中的声同步方法，其特征在于，通过确定固定节点间的声通信过程来去的固定节点间的声学传播时延，通过固定节点与每一个子节点间的通信计算出每个节点间的通信时延差，再以某一固定节点为基准点，以基准点的定位信号为基准信号，通过每一个子节点的定位信号与计算出的时延差叠加进行时钟补偿，使得每个信号与基准信号的时钟统一，实现整个网络的同步过程；整个过程中在确定基准点后，各节点与基准点进行时间校准，以保证信号发射过程中网络节点间时间同步，具体包含以下步骤：

步骤一：在系统开始工作之前，在布放固定节点A,B,C时，首先利用GPS设备记录各个固定节点的GPS经纬度；

步骤二：声速测量过程：固定点之间依次向B，C节发送信号，测量子节点自身到主节点的声传播时间，根据声传播时间和步骤一得到的距离解算各个从节点到主节点的声速值；