CN106249584B - 一种时间同步方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种时间同步方法，其特征在于，包括如下步骤：当平台B的接收机在一定时间内无法通过正常授时系统完成时间同步时，平台B向平台A发送时间同步请求，请求平台A对其授时；平台A收到时间同步请求后，首先与正常授时系统进行时间同步；平台A与正常授时系统完成时间同步后，向平台B发送时间同步信息；平台B接收到时间同步信息后，利用该信息进行时间同步。该方法尤其应用于平台B处于电磁环境恶劣条件下甚至不具有卫星授时能力情况下的无线时间同步，并通过采用扩频及调制、跳频等方法保证其有很强的抗干扰能力。同时，该方法还可以使用距离信息对时间同步信息的传输延时进行修正。

Description

一种时间同步方法
技术领域
本发明涉及到一种时间同步方法，尤其涉及到一种用于无线通信系统的时间同步方法。
背景技术
时间信息在现代电子信息社会尤为重要，而时间同步则是一些电子信息产品能够正常工作的必要前提，目前广泛使用的时间同步方法中包括通过接收卫星发送的授时信号进行统一授时。
然而，传统通过正常授时系统完成时间同步，例如通过接收卫星发送的授时信号进行的时间同步，其中，由于卫星授时信号经过了远距离传输才到达待授时设备，该信号已衰减为极其微弱，即使通过扩频调制等手段可对授时信号进行增益放大，但由于授时信号的工作频段范围相对固定，若所处电磁环境恶劣或室内、隧道等情况下，则极有可能无法完成时间同步。
为此，需要一种在无法通过正常授时系统完成时间同步时，如电磁环境恶劣或室内、隧道等情况下仍能进行时间同步的方法。
发明内容
本发明的目的旨在解决上述问题，即，提供一种在无法通过正常授时系统完成时间同步时，仍能进行时间同步的方法。并且，为了提高授时精度，还可结合距离信息对传输延时产生时间误差加以修正，使时间同步精度达到微秒级。
上述方法尤其应用于电磁环境恶劣或室内、隧道等情况下的无线时间同步。
具体地，本发明一种时间同步方法，其特征在于，包括如下步骤：
当平台B的接收机在一定时间内无法通过正常授时系统完成时间同步时，平台B向平台A发送时间同步请求，请求平台A对其授时；
平台A收到时间同步请求后，首先与正常授时系统完成进行时间同步；
平台A与正常授时系统完成时间同步后，向平台B发送时间同步信息；
平台B接收到时间同步信息后，利用该信息进行时间同步。
特别地，在上述方法中，所述平台A与所述平台B之间的通信为无线通信。
特别地，在上述方法中，所述平台A与所述平台B之间的通信在加密信道上完成。
特别地，在上述方法中，所述平台A与所述平台B之间的时间同步按照时间同步协议来完成。
特别地，在上述方法中，所述正常授时系统为全球卫星导航系统。
特别地，在上述方法中，所述平台A与所述平台B之间的无线通信经过了扩频和/或调制处理；
特别地，在上述方法中，所述平台A与所述平台B之间的无线通信经过了跳频和/或调制处理；
特别地，在上述方法中，所述平台A向所述平台B发送的时间同步信息中包含有延时修正信息；
特别地，在上述方法中，所述平台A向所述平台B发送的时间同步信息在一个秒脉冲的上升沿发出；
特别地，在上述方法中，所述延时修正信息中包含所述平台A与所述平台B之间的距离信息dAB。
特别地，在上述方法中，平台B接收到包含距离信息dAB的时间同步信息后，首先计算出信息延时时间其中c为电磁波在空气中的传输速度，之后利用tAB计算出下一秒脉冲的位置，并在下一秒脉冲的上升沿出现的位置实现时间同步。
上述方法在无法通过正常授时系统完成时间同步时，仍能进行时间同步。尤其是对于采用无线授时的情况下，当电磁环境恶劣或待授时装置处于室内、隧道等情况下时，也能进行时间同步。
并且，通过利用距离信息对授时信息延迟的修正，可以使时间同步达到毫秒的精度。
附图说明
图1示出了在根据本发明的一个实施例中利用北斗卫星系统授时的原理图；
图2示出了根据本发明的一个实施例的待授时节点和授时节点之间交互的时序图；
图3示出了根据本发明的一个实施例的利用距离信息修正同步误差的交互时序图；
图4示出了根据本发明的一个实施例的利用距离信息修正同步误差的脉冲关系；
具体实施方式
在本发明中，授时系统为全球卫星导航系统GNSS，GNSS的全称是全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System)，它是泛指所有的卫星导航系统，包括全球的、区域的和增强的，如美国的GPS、俄罗斯的Glonass、欧洲的Galileo、中国的北斗卫星导航系统，以及相关的增强系统，如美国的WAAS(广域增强系统)、欧洲的EGNOS(欧洲静地导航重叠系统)和日本的MSAS(多功能运输卫星增强系统)等，还涵盖在建和以后要建设的其他卫星导航系统。其中，任意一个授时系统均可作为本发明实施例中的正常授时系统。
如图1中所示出的根据本发明的一个实施例，其中平台A能够通过北斗卫星系统完成授时。而平台B处于电磁环境恶劣或待授时装置处于室内、隧道等情况下，平台B不具有与北斗卫星系统进行授时能力。
在上述情况下，采用本发明的方法仍然可以对平台B进行时间同步并进行高精度授时：
首先，由于受到干扰或不具备卫星授时能力，平台B在一定时间内无法与北斗卫星系统通信，因而不能完成正常的时间同步，这时，平台B按照约定的授时协议向平台A发送时间同步请求，请求平台A对其进行授时；
平台A在收到来自平台B的时间同步请求后，首先与正常授时系统，即北斗系统进行时间同步；
在平台A与北斗系统完成时间同步后，将所获得的授时信息按照约定的授时协议置入授时响应信息中，并发送给平台B；
平台B接收到平台A发回的授时响应信息，利用其中的时间同步信息进行时间同步。
这样，即使平台B处的干扰信号覆盖该工作频段时或受到干扰、隧道导致授时能力弱的情况，平台B仍然能与正常的授时系统-北斗系统做时间同步。甚至不具备授时能力(不具备相应的硬件或软件)的平台B仍然可以通过该方案进行高精度的授时。
在上述实施例中，平台A和平台B之间的通信可以是有线通信也可以是无线通信。在一个优选的实施中，所述时间同步的通信为无线通信。
为了保证上述平台A和平台B在无线信道上传输的时间同步信号有足够的抗干扰能力，在一个优选的实施中，对所述时间同步信号进行扩频，然后调制到合适的波段上，再发向对方。在另外的一些情况中，也可以选择将所述时间同步信号进行跳频，然后再发送，这样，对于限带的噪声信号，其具有很好的抗干扰能力。
在某些应用场景中，所述时间同步信息是需要保密的，如武器系统，因而，在另外一个实施例中，上述平台A和平台B之间的时间同步通信是在加密信道上进行的。
为了更清楚地说明上述同步方法，在图2中示出了一个典型实施例中的交互过程。
首先，平台B向平台A发送时间同步请求消息；
平台A在收到来自平台B的时间同步请求消息后，首先与北斗系统进行时间同步；
北斗系统收到平台A的授时请求后，向平台A发送授时消息；
平台A收到来自北斗系统的授时消息后，向平台B发送时间同步消息；
平台B接收到平台A的同步响应消息后，利用该信息进行时间同步。
在一些时间精度要求很高的应用场景中，时间同步信号的传输延迟也必须加以考虑。在本发明中，可以结合距离信息对同步信号的传输延迟加以修正，使得同步精度达到微秒级。
在一个结合距离信息对同步信号的传输延迟加以修正的实施例中，时间同步的步骤如图3所示：
首先，平台B向平台A发送时间同步请求消息；
平台A在收到来自平台B的时间同步请求消息后，首先与北斗系统进行时间同步；
北斗系统收到平台A的授时请求后，向平台A发送授时消息；
平台A收到来自北斗系统的授时消息后，在一个秒脉冲的上升沿，向平台B发送时间同步消息；
平台B接收到平台A的同步响应消息后，
首先利用平台A和平台B之间的距离信息dAB计算出同步消息延迟的时间其中c为电磁波在空气中的传输速度；
然后，平台B利用同步消息延迟的时间tAB计算出下一秒脉冲的位置1-tAB；
之后，平台B在下一秒脉冲的上升沿出现的位置实现时间同步。
其中各个时间点的关系如图4所示，其中：
平台A在一个秒脉冲的上升沿t1向平台B发送时间同步消息；
由于传输的延时tD，平台B在延迟tD后的时刻t1’收到该时间同步消息；
利用距离信息dAB计算出同步消息延迟的时间并计算出下一秒脉冲的位置1-tAB；
由于考虑了延迟，算出的下一秒脉冲的位置t'2＝1-tAB更加接近平台A的下一秒脉冲的上升沿t2，因而在该点同步后，可以减少平台B与平台A的误差。
上面结合实施例对本发明进行了描述，但应该知道的是，上述实施例并不构成对本发明的限制，而仅仅是示例性的。本发明的范围由权利要求所限定，并且只要不脱离本发明的思想，本说明书和权利要求中所记载的技术方案的任何组合及其等效替换都落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种时间同步方法，其特征在于，包括如下步骤：
当平台B在一定时间内无法通过正常授时系统完成时间同步时，平台B向平台A发送时间同步请求，请求平台A对其授时；
平台A收到时间同步请求后，首先与正常授时系统进行时间同步；
平台A与正常授时系统完成时间同步后，平台A在一个秒脉冲的上升沿向平台B发送时间同步信息；
平台B接收到平台A的同步响应消息后，利用平台A和平台B之间的距离信息dAB计算出同步消息延迟的时间其中c为电磁波在空气中的传输速度；
平台B利用同步消息延迟的时间tAB计算出下一秒脉冲的位置1-tAB；
平台B在下一秒脉冲的上升沿出现的位置实现时间同步。
2.如权利要求1所述的时间同步方法，其特征在于，所述平台A与所述平台B之间的时间同步通信为无线通信。
3.如权利要求1所述的时间同步方法，其特征在于，所述平台A与所述平台B之间的时间同步通信在加密信道上完成。
4.如权利要求1所述的时间同步方法，其特征在于，所述平台A与所述平台B之间的时间同步按照时间同步协议来完成。
5.如权利要求1所述的时间同步方法，其特征在于，所述正常授时系统为全球卫星导航系统。
6.如权利要求2所述的时间同步方法，其特征在于，所述平台A与所述平台B之间的无线时间同步通信经过了扩频和/或调制处理。
7.如权利要求2所述的时间同步方法，其特征在于，所述平台A与所述平台B之间的时间同步无线通信经过了跳频和/或调制处理。
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