[发明专利]一种用于精密时钟同步的滤波方法及系统

说明书

本发明公开了一种用于精密时钟同步的滤波方法及系统，根据网络时延、频率偏差、频率漂移建立卡尔曼滤波模型；采用改进型的自适应算法分别在时间偏差测量周期和时延测量周期值，基于新息和历史噪声对测量噪声迭代估计，以及迭代估计异常值的回退处理，最终避免了使用经验值估计测量噪声的弊端；再采用残差序列构造一个检验统计量，用假设检验的方式完成对野值的检测，然后通过野值处理方法，来避免野值带来的滤波失效问题。最终，通过测试分析该方案对时延抖动过滤和频率漂移具有良好的补偿效果。

技术领域

本发明涉及网络延时对抖动的滤波处理技术领域，具体为一种用于精密时钟同步的滤波方法及系统。

背景技术

精密时钟同步是网络时钟同步范畴的一种技术，对时钟同步分为两个阶段，偏差测量阶段和延迟测量阶段。在时间差测量阶段，主时钟向从时钟发送携带准确时间T1的同步报文，当报文进入从时钟的时刻，记录从时钟时间为T2，在该阶段得到T1和T2两个变量分别代表了主、从时钟的时间，因此，可以认为T2-T1即主从时钟的时间差Toffset。然而从主时钟到从时钟，同步报文的传输需要经过网络传输，需要考虑传输时延Tdelay，因此满足以下公式：

Toffset＝T2-T1-Tdelay

在时间延迟测量阶段在从时钟向主时钟发送时延测量请求报文，该报文离开从时钟的时刻其本地时间为T3，经过网络传输到达主时钟端，主时钟的时间为t4，主时钟将回复从时钟一个内容为T4的报文，该报文为时延测量应答报文，假设同步报文和时延测量报文所经历的网络时延都为Tdelay，则T4与T3的关系为

T4-T3＝Tdelay-Toffset

联立以上公式得到

Tdelay＝(T2-T1+T4-T3)/2

通过以上方式理论上可以得到时间延迟和主从时间偏差，但是该情况则是建立在网络时延相等的假设之上的理想状态；另外，传统精密时钟同步技术只涉及时钟的偏差测量，但是在实际当中，往往主时钟和从时钟存在频率误差，此时传统的同步技术直接补偿时间偏差，会造成时间的跳动。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于精密时钟同步的滤波方法，实现主时钟和从时钟的同步。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种用于精密时钟同步的滤波方法，包括以下步骤：

步骤1、建立基于时间偏差、网络时延、频率偏差的卡尔曼滤波模型，该模型包含状态预测方程、测量方程和状态修正方程；

步骤2、改进的Sage-Husa算法根据时钟同步系统的时间偏差测量周期和时延测量周期值，基于新息和历史噪声迭代计算卡尔曼滤波模的测量噪声误差和方差，得到当前状态最新的测量噪声误差和方差，同时判断测量噪声方差有无异常值，出现异常则回退至上一状态的测量噪声误差和方差；

步骤3、对测量方程中的测量值进行野值判断处理，然后利用强跟踪算法修正滤波模型，再将步骤2中得到的测量噪声误差和方差代入状态修正方程中，对预测方程中的预测状态进行修正，得到时钟同步系统的最优时间偏差、网络时延和频率偏差值，根据最优时间偏差、网络时延和频率偏差值调节从时钟以实现主从时间同步。

优选的，所述状态预测方程，用于建立当前状态与上一状态的线性关系，并将时间偏差补偿和频率偏差补偿作为卡尔曼滤波模型的状态控制量，所述状态预测方程的表达式如下：