一种基于频率比双向传递的分布式系统频率同步方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于频率比双向传递的分布式系统频率同步方法，为了实现站间频率同步，在基准子站和同步子站之间对传同步信号以建立同步链路；然后，通过测量双向同步信号的瞬时频率获取站间频率比值，最后以基准子站的频率为基准，实时调整同步子站的工作频率，实现分布式系统频率同步；或者，采用同步信号的时延和相差消除频率偏差的影响，得到与分布式系统无偏差频率相同的效果，间接实现分布式系统频率同步；本发明专利技术适用于多种平台和应用场景的分布式系统频率同步，尤其适用于分布式雷达等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种基于频率比双向传递的分布式系统频率同步方法
本专利技术属于雷达成像
，尤其涉及一种基于频率比双向传递的分布式系统频率同步方法。
技术介绍
分布式系统指由互相分离的多个子站组成的，采用互相独立的晶振提供本地时钟、频率的系统。分布式系统在无线通信、雷达探测、导航等领域应用广泛。如在雷达领域，分布式雷达可实现对感兴趣区域或目标的全天时、全天候探测、成像，广泛应用于地形勘探和战场侦察等领域。相比于单基地雷达，双、多基地构型的分布式雷达可有效提升雷达探测能力、可靠性、灵活性，实现多角度、多基线观测，从而使系统拥有抗干扰、反隐身、三维成像等能力。因此，分布式雷达探测、成像、层析等日益成为雷达领域的研究热点。然而，由于分布式系统各站相互分离且采用相互独立的晶振产生时钟信号，因此各子站间存在频率、相位、时间同步误差。以分布式雷达系统为例，，各雷达子站间的频率偏差将导致信号的采样波门偏移(距离走动误差)、线性相位误差(多普勒频移误差)等问题，严重影响分布式雷达探测、成像效果。因此，需要研究分布式系统站间的频率同步方法。针对双、多基地分布式雷达系统的频率同步问题，传统方法利用同步链路在两站间互相发射、接收直达波信号，首先进行相位同步，然后通过时间差分获得频率偏差估计结果，并据此调整采样波门，补偿频率偏差造成的采样波门偏移。JohnL等人提出一种双基地雷达径向速度测量方法，该方法可以抵消频率偏差对径向速度测量的影响。然而，上述两种方法均忽略了晶振频率偏差引起的实际采样率与视在采样率的差异，也忽略了两站频率偏差导致的两站多普勒频率差异，从而导致频率同步存在偏差，同步不精确。由此可见，目前缺少一种分布式系统无偏差频率同步方法。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种基于频率比双向传递的分布式系统频率同步方法，以基准子站的频率为基准，实时调整同步子站的工作频率或采用同步信号的时延和相差消除频率偏差的影响，能够实现分布式系统频率同步，尤其适用于分布式雷达等领域。一种基于频率比双向传递的分布式系统频率同步方法，所述分布式系统至少包括两个子站，所述方法包括以下步骤：S1：各子站之间互相发射、接收同步信号；S2：任意选取一个子站作为基准子站，剩余子站作为同步子站，基准子站分别将各同步子站发射的同步信号解调、求导后，得到同步子站到基准子站的第一瞬时频率dji(t)，其中，i表示基准子站的标号，j表示第j个同步子站；S3：各同步子站将基准子站发射的同步信号解调、求导后，得到基准子站到各同步子站的第二瞬时频率dij(t)；S4：将第一瞬时频率dji(t)和第二瞬时频率dij(t)进行归一化，然后根据归一化后的第一、第二瞬时频率得到基准子站与任意一个同步子站之间的频率比S5：各同步子站按照各自对应的频率比将自身的发射频率倍频倍，使得各同步子站与基准子站之间的发射频率一致。一种基于频率比双向传递的分布式系统频率同步方法，所述分布式系统至少包括两个子站，所述方法包括以下步骤：S1：各子站之间互相发射、接收同步信号；S2：任意选取一个子站作为基准子站，剩余子站作为同步子站，基准子站分别将各同步子站发射的同步信号解调、求导后，得到同步子站到基准子站的第一瞬时频率dji(t)，其中，i表示基准子站的标号，j表示第j个同步子站；S3：各同步子站将基准子站发射的同步信号解调、求导后，得到基准子站到各同步子站的第二瞬时频率dij(t)；S4：将第一瞬时频率dji(t)和第二瞬时频率dij(t)进行归一化，然后根据归一化后的第一、第二瞬时频率得到基准子站与任意一个同步子站之间的频率比S5：根据各同步子站对应的频率比分别获取各同步子站向基准子站发射的同步信号的时延Δtc和相差S6：各同步子站按照各自对应的时延Δtc将自身发射的同步信号进行平移，同时初始相位乘以相差消除同步子站与基准子站之间由于频率偏差造成的误差，使得各同步子站与基准子站之间的同步效果与两者的发射频率一致时相同。进一步地，所述分布式系统包括一个基准子站和一个同步子站，则同步子站j到基准子站i的第一瞬时频率dji(t)的获取方法如下：S21：基准子站i将同步子站j发射的同步信号进行解调，得到解调后的信号相位为：其中，t为接收时刻，t0为同步过程的起始时刻，Δτ为基准子站i和同步子站j之间的信号延时，为基准子站i发射的同步信号的初始相位，为同步子站j发射的同步信号的初始相位，fi(t)为基准子站i发射的同步信号的瞬时频率，fj(t)为同步子站j发射的同步信号的瞬时频率，且有：其中，f0为设定的视在频率，Δfi0为基准子站i的固定频率偏差，Δfj0为同步子站j的固定频率偏差，ηφi(t)为基准子站i的相位噪声，ηφj(t)为同步子站j的相位噪声，与分别为相位噪声中的线性部分引起的频率偏置；S22：对解调后的信号相位进行求导，得到第一瞬时频率dji(t)：其中，h为多普勒因子，且c为光速，Vr为基准子站和同步子站之间的径向速度，k(t)为基准子站和同步子站的瞬时频率的比值，且进一步地，所述分布式系统包括一个基准子站和一个同步子站，则所述基准子站与同步子站之间的频率比的计算方法为：S41：将第一瞬时频率dji(t)和第二瞬时频率dij(t)归一化：其中，fi(t)为基准子站i发射的同步信号的瞬时频率，fj(t)为同步子站j发射的同步信号的瞬时频率，h为多普勒因子，k(t)为基准子站和同步子站的瞬时频率的比值，且S42：根据归一化后的频率和计算频率比进一步地，所述分布式系统包括一个基准子站和一个同步子站，则时延Δtc和相差的计算方法为：其中，t为接收时刻，t0为同步过程的起始时刻，fi(t)为基准子站i发射的同步信号的瞬时频率。有益效果：1、本专利技术提供一种基于频率比双向传递的分布式系统频率同步方法，为了实现站间频率同步，在基准子站和同步子站之间对传同步信号以建立同步链路；然后，通过测量双向同步信号的瞬时频率获取站间频率比值，最后以基准子站的频率为基准，实时调整同步子站的工作频率，实现分布式系统频率同步；本专利技术适用于多种平台和应用场景的分布式系统频率同步，尤其适用于分布式雷达等领域。2、本专利技术提供一种基于频率比双向传递的分布式系统频率同步方法，为了实现站间频率同步，在基准子站和同步子站之间对传同步信号以建立同步链路；然后，通过测量双向同步信号的瞬时频率获取站间频率比值，最后以基准子站的频率为基准，采用同步信号的时延和相差消除频率偏差的影响，得到与分布式系统无偏差频率相同的效果，间接实现分布式系统频率同步；本专利技术适用于多种平台和应用场景的分布式系统频率同步，尤其适用于分布式雷达等领域。附图说明图1为本专利技术提供的以双站系统为例的分布式系统双向信号对传示意图；图2为本专利技术提供的以双站系统为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于频率比双向传递的分布式系统频率同步方法，所述分布式系统至少包括两个子站，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/nS1：各子站之间互相发射、接收同步信号；/nS2：任意选取一个子站作为基准子站，剩余子站作为同步子站，基准子站分别将各同步子站发射的同步信号解调、求导后，得到同步子站到基准子站的第一瞬时频率d

【技术特征摘要】
1.一种基于频率比双向传递的分布式系统频率同步方法，所述分布式系统至少包括两个子站，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1：各子站之间互相发射、接收同步信号；
S2：任意选取一个子站作为基准子站，剩余子站作为同步子站，基准子站分别将各同步子站发射的同步信号解调、求导后，得到同步子站到基准子站的第一瞬时频率dji(t)，其中，i表示基准子站的标号，j表示第j个同步子站；
S3：各同步子站将基准子站发射的同步信号解调、求导后，得到基准子站到各同步子站的第二瞬时频率dij(t)；
S4：将第一瞬时频率dji(t)和第二瞬时频率dij(t)进行归一化，然后根据归一化后的第一、第二瞬时频率得到基准子站与任意一个同步子站之间的频率比
S5：各同步子站按照各自对应的频率比将自身的发射频率倍频倍，使得各同步子站与基准子站之间的发射频率一致。


2.如权利要求1所述的一种基于频率比双向传递的分布式系统频率同步方法，其特征在于，所述分布式系统包括一个基准子站和一个同步子站，则同步子站j到基准子站i的第一瞬时频率dji(t)的获取方法如下：
S21：基准子站i将同步子站j发射的同步信号进行解调，得到解调后的信号相位为：



其中，t为接收时刻，t0为同步过程的起始时刻，Δτ为基准子站i和同步子站j之间的信号延时，为基准子站i发射的同步信号的初始相位，为同步子站j发射的同步信号的初始相位，fi(t)为基准子站i发射的同步信号的瞬时频率，fj(t)为同步子站j发射的同步信号的瞬时频率，且有：






其中，f0为设定的视在频率，Δfi0为基准子站i的固定频率偏差，Δfj0为同步子站j的固定频率偏差，ηφi(t)为基准子站i的相位噪声，ηφj(t)为同步子站j的相位噪声，与分别为相位噪声中的线性部分引起的频率偏置；
S22：对解调后的信号相位进行求导，得到第一瞬时频率dji(t)：



其中，h为多普勒因子，且c为光速，Vr为基准子站和同步子站之间的径向速度，k(t)为基准子站和同步子站的瞬时频率的比值，且


3.如权利要求1所述的一种基于频率比双向传递的分布式系统频率同步方法，其特征在于，所述分布式系统包括一个基准子站和一个同步子站，则所述基准子站与同步子站之间的频率比的计算方法为：
S41：将第一瞬时频率dji(t)和第二瞬时频率dij(t)归一化：



其中，fi(t)为基准子站i发射的同步信号的瞬时频率，fj(t)为同步子站j发射的同步信号的瞬时频率，h为多普勒因子，k(t)为基准子站和同步子站的瞬时频率的比值，且
S42：根据归一化后的频率和计算频率比





4.一种基于频率比双向传递的分布式系统频率同步方法，所述分布式系统至少包括两个子站，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1：各子站之间互相发射、接收同步信号；
S2：任意选取一个子站作为基准子站，剩余子站作为同步子站，基准子站分别将各同步子站...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾涛，王岩，丁泽刚，李凌豪，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11