[发明专利]基于扩展卡尔曼滤波的免时间戳同步时钟参数跟踪方法

权利要求书

1.一种基于扩展卡尔曼滤波的免时间戳同步时钟参数跟踪方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：以时变的参数模型作为状态方程，描述时钟偏斜和时钟瞬时偏移的演化过程，所述时变的参数模型为一阶高斯马尔可夫模型和时钟模型；步骤S1中所述的状态方程，将动态变化的时钟偏斜视为一个随机变量，采用一阶高斯马尔可夫模型来描述其特性，具体公式如下：

ρ[n]＝mρ[n-1]+u[n]

其中ρ[n]表示第n个采样时刻待同步节点相对于参考时钟节点的时钟偏斜；m表示小于且接近于1的系数，假设为已知；u[n]表示均值为0，方差为的高斯驱动噪声；

利用时钟模型来描述时钟瞬时偏移，具体公式如下：

θ[n]＝θ[n-1]+ρ[n]τ[n]

其中θ[n]表示第n个采样时刻待同步节点相对于参考时钟节点的时钟偏移；τ[n]表示第n个样本的采样间隔，假设为一个固定值，即τ[n]＝τ₀；

将时钟瞬时偏移和时钟偏斜的公式联立构成矩阵形式，得到状态方程如下：

x[n]＝Ax[n-1]+u[n]

其中和

S2：建立观测方程，利用基于扩展卡尔曼滤波的跟踪方法来联合跟踪时钟偏斜和时钟瞬时偏移，实现待同步节点与参考时钟节点之间的同步，所述观测方程由免时间戳同步和时钟瞬时偏移的观测模型构成。

2.根据权利要求1所述的基于扩展卡尔曼滤波的免时间戳同步时钟参数跟踪方法，其特征在于：步骤S2中所述观测方程的建立步骤如下：

S21：在第i个同步轮次中，待同步节点与参考时钟节点之间进行免时间戳交互，则有同步通式为：

Δ_i＝(1+ρ_i)[(T_4,i-T_1.i)-2δ-(ν_i+ω_i)]

其中Δ_i是参考时钟节点的响应时间，T_1,i和T_4,i分别表示待同步节点发送和接收数据包的时间，δ是两个节点间消息传输的固定时延，ν_i和ω_i为消息传输过程中上下行链路的随机时延，被建模为独立的均值为0，方差分别为ε²，σ²的高斯分布；

S22：重复步骤S21，用第i+1轮次通式减去第i轮次通式，并假设连续两个轮次内时钟偏斜不变，即ρ_i+1＝ρ_i，其中i为奇数，得到免时间戳同步的观测模型为：

其中且i为奇数，S_i＝T_4,i-T_1,i，w_i＝ν_i+ω_i；

S23：经过采样，待同步节点免时间戳同步的离散观测模型为：

其中S′[n]是第n个采样时刻的观测值，ρ[n]表示第n个采样时刻的时钟偏斜，w′[n]表示第n个采样时刻的观测噪声，Δ′[n]＝Δ_i+1-Δ_i；

S24：时钟瞬时偏移的观测模型写为：其中是时钟瞬时偏移的观测值，υ[n]表示高斯观测噪声，均值为0，方差为

将免时间戳同步的离散观测模型和时钟瞬时偏移观测模型结合，得到观测方程如下：

R[n]＝h(x[n])+W[n]

其中

S25：采用扩展卡尔曼滤波方法来跟踪时钟参数，在使用基于扩展卡尔曼滤波的跟踪方法之前将观测方程线性化，具体步骤如下：

S251：进行一阶泰勒级数展开：

S252：h(x[n])分别对θ[n]，ρ[n]求导，求解雅可比矩阵为：

S253：重写观测方程为：