CN109506790B - 确定时钟之间的时间偏移的方法和第一移动平台 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及确定时钟之间的时间偏移的方法和第一移动平台。本文中的方面描述了使用从激光器生成的光信号来测量时钟偏移并确定移动平台之间的分离距离，从而使两个移动平台之间的时钟同步的技术。一旦时钟被同步(例如，确定时钟之间的偏移)，移动平台就可共享传感器数据、位置数据以及依赖于精确时间戳和相对位置的其它信息。在一个方面，平台中的一个用作虚拟反射镜。即，与反射入射光的反射镜类似，平台在接收到脉冲的同一时刻发送脉冲。例如，第一平台可发送脉冲，所述脉冲在第二平台处被接收。第二平台可使用光组件或电组件来形成虚拟反射镜，每当在第二平台处接收到脉冲时该虚拟反射镜向第一平台发送光脉冲。

Description

确定时钟之间的时间偏移的方法和第一移动平台
技术领域
本公开涉及相对定时和定位测量。相对定位确定移动平台相对于一个或更多个其它平台的位置。移动平台的示例包括陆地车辆、船舶、航天器和飞行器。在一些方面，相对于诸如静止车辆的非移动平台来确定诸如飞行中的飞行器的移动平台的位置。在一些情况下，各个平台是移动平台(例如，两个移动飞行器或者飞行器和船舶或陆地车辆)。
背景技术
可接收并处理从各个平台发送的信号以确定平台之间的距离。用于确定两个或更多个平台的相对位置的一些技术包含时间传递技术(time transfer technique)，所述时间传递技术包括双向时间传递(TWTT)。例如，与各个平台关联的时钟可记录平台向另一平台发送信号的时间以及平台从另一平台接收到信号的时间。所记录的时间数据可用于计算时钟之间的偏移或偏差并确定各个平台之间的距离，并且防止由于各个平台的时钟之间的时间差异(这是因为各个飞行器具有带两个未知数(即，时钟偏移和相对距离)的两个方程)而导致的平台定位误差。在各个平台均在移动的示例中，确定平台之间的相对定位涉及考虑诸如由于正在运动的各个平台而变化的距离的参数。如果不考虑这些参数，则移动平台中的时钟可能不同步，这会妨碍平台共享数据，所述数据依赖于精确时间戳和相对位置。
发明内容
本发明的一个方面是一种方法，该方法包括以下步骤：接收由第一移动平台发送的第一光信号，其中该第一光信号包括第一多个脉冲；以及在第二移动平台处调节命令信号，使得所接收的第一多个脉冲与在第二移动平台处生成的第二多个脉冲交叠。该方法还包括步骤：从第二移动平台向第一移动平台发送包括第二多个脉冲的第二光信号，其中在第二移动平台处接收到第一多个脉冲中的每一个的同时从第二移动平台发送第二多个脉冲中的每一个；以及基于在第一移动平台处接收的第二多个脉冲来确定第一移动平台中的第一时钟与第二移动平台中的第二时钟之间的第一时间偏移。
本发明的另一方面是一种平台，该平台包括：光接收器，其被配置为接收由不同的平台通过自由空间发送的第一光信号，其中该第一光信号包括第一多个脉冲；以及电路，其形成虚拟反射镜。该电路包括：PRF调节器，其被配置成调节命令信号，使得所接收的第一多个脉冲与第二多个脉冲交叠；以及脉冲激光源，其被配置为将包括第二多个脉冲的第二光信号发送到所述不同的平台，其中在第二移动平台处接收到第一多个脉冲中的每一个的同时从第二移动平台发送第二多个脉冲中的每一个。
本发明的另一方面是一种方法，该方法包括以下步骤：从第一移动平台向第二平台发送第一多个光脉冲，其中第二平台被配置成虚拟反射镜以向第一移动平台发送第二多个脉冲，并且其中在第二平台处接收到第一多个脉冲中的每一个的同时从第二平台发送第二多个脉冲中的每一个。该方法包括以下步骤：基于在第一移动平台处接收的第二多个脉冲来确定第一移动平台中的第一时钟与第二平台中的第二时钟之间的第一时间偏移。
附图说明
图1示出在两个移动平台之间传送光脉冲时使用虚拟反射镜；
图2是使用虚拟反射镜来使两个移动平台中的时钟同步的系统；
图3是使用虚拟反射镜确定两个移动平台中的时钟之间的时间偏移的流程图；
图4是使用虚拟反射镜确定两个移动平台中的时钟之间的时间偏移的流程图；以及
图5是比较使用虚拟反射镜和双向时间传递技术生成的时间偏移的流程图。
为了方便理解，在可能的情况下使用相同的标号来指代附图中共有的相同元件。可以想到在一个方面公开的元件可有利地用于其它方面而无需特别说明。
具体实施方式
本文中的方面描述了用于使两个移动平台(例如，陆地车辆、船舶、飞行器、航天器、卫星等)之间的时钟同步的技术。尽管可使用全球定位系统(GPS)卫星信号来使时钟同步，但是GPS信号可能被干扰，并且即使在可用时，对于一些应用而言这些信号的精度也不够。相反，本文中的方面描述了使用从激光器生成的光信号(例如，无线信号)来测量移动平台之间的时钟偏移。一旦时钟被同步(例如，确定时钟之间的偏移)，移动平台就可共享传感器数据、位置数据以及依赖于精确时间戳和相对位置的其它信息(例如，相对于到达角的范围加方位角/仰角(AZ/EL))。在一个方面，可使用光信号来以小于10皮秒的精度使时钟同步。
时间传递和相对定位技术可涉及来自例如第一平台和第二平台的信号的光采样。可考虑另一信号的脉冲重复频率修改以特定时间单位(例如，每秒脉冲)重复的信号的脉冲重复频率或脉冲数量。在一个方面，平台之一用作虚拟反射镜。即，与反射入射光的反射镜相似，平台在接收到脉冲的同一时刻发送脉冲。例如，第一平台可发送脉冲，所述脉冲在用作虚拟反射镜的第二平台处被接收。第二平台可使用光组件或电组件来形成虚拟反射镜，以使得每当接收到脉冲时从第二平台向第一平台发送脉冲。
本文所公开的示例方法和设备在例如飞行器飞行期间使用激光通过改变激光脉冲重复频率并控制由激光器长距离发射的脉冲的脉冲重复频率来测量移动平台之间的相对距离并使移动平台中的时钟同步。可使用飞秒脉冲激光器来命令或设定所发射的脉冲的脉冲重复频率。另选地，平台可包括相应连续波激光器和调制器以用于设定所发射的脉冲的脉冲重复频率。
图1示出了光同步系统100，其包括用于在两个移动平台之间通信光脉冲的虚拟反射镜125。系统100包括第一平台105A和第二平台105B。第一平台105A包括时钟同步器120，其包括用于输出多个光脉冲130(例如，光脉冲串)的组件。例如，时钟同步器120可包括诸如飞秒激光器或连续波激光器的光源，其被调制为在界面(interface)110处以设定的脉冲重复频率(PRF)(f1或fPRF1_OUT)输出脉冲130。在一个方面，时钟同步器120捕获或存储在界面110处发送脉冲130的时间(td1)。
脉冲130穿过距离140(例如，自由空间)直至到达第二平台105B的界面115。在一个方面，界面110和115可以是平台105的相应外皮或表面。在一个方面，界面110和115可包括设置在平台105的外表面处的光检测器，或者光透镜(例如，准直器)可将光从外表面传送到平台105内的光检测器。
第二平台105B包括虚拟反射镜125，其包括用于以下的组件：用于检测所接收的光脉冲130，响应于所接收的脉冲130更新PRF，并且响应于接收到光脉冲130向后朝着第一移动平台105A发送多个光脉冲135(例如，光脉冲串)。即，虚拟反射镜125的行为与实际反射镜相似，使得每当在界面115处接收到一个脉冲130时，与实际反射镜将如何反射入射脉冲很像，从第二平台105B发送对应一个脉冲135。然而，使用虚拟反射镜125而非实际反射镜的一个优点是可控制脉冲135的功率。即，由于虚拟反射镜125包括用于生成脉冲135的光源(而非像实际反射镜一样仅仅反射脉冲130)，所以虚拟反射镜125可控制脉冲135的光功率，这可使得与使用实际反射镜时相比，光同步系统100可用于更远的距离140。
在一个方面，虚拟反射镜125测量脉冲130到达界面115的时间(tr1)以及对应一个脉冲135被发送的时间(td2)。除了由PRF调节器的动态响应或不可预测的组件延迟导致的小的命令误差(tce)之外，时间tr1可与时间td2相同。在虚拟反射镜125中可考虑光组件或电组件中的可预测的延迟。如所示，脉冲135穿过距离140来到第一平台105A的界面110，在那里脉冲135被时钟同步器120接收。
虚拟反射镜125按照如式1所示与脉冲130的PRF f1有关的PRF fPRF2_OUT输出脉冲135：
fPRF2_OUT＝f1-fo+fc   (1)
在式1中，频率fo是瞬时估计频率偏移(是平台时钟频率f1与f2之间的差)，频率fc是虚拟反射镜125用来控制PRF调节器以便每当接收到一个脉冲130时输出一个脉冲135的德尔塔(delta)PRF命令。频率fc受多普勒频移影响。因此，式1示出了第一平台105A发射脉冲130的频率f1可能不同于第二平台105B发射脉冲135的频率fPRF2_OUT。
时钟同步器120测量并存储在界面110处接收脉冲135的时间(tr2)。在一个方面，时钟同步器120通过比较发送脉冲130的频率和接收脉冲135的频率，即，fPRF1_OUT(或f1)和fPRF2_OUT来确定多普勒频移。此外，第二平台105B可将德尔塔脉冲PRF命令频率(fc)无线地发送到第一平台105A。利用此信息，时钟同步器120可识别瞬时估计频率偏移fo以及第一平台105A的内部时钟与第二平台105B的内部时钟之间的时间偏移。利用该时间偏移，第一平台105A可使利用其时钟生成的时间戳与第二平台105B中的时钟同步。一旦同步，移动平台105就可共享传感器数据、位置数据以及依赖于精确时间戳和相对位置的其它信息。
在一个方面，两个移动平台105可均用作虚拟反射镜。例如，在不同的时段，第二平台105B向第一平台105A发送光脉冲串，该光脉冲串被第一平台105A中的虚拟反射镜接收。如上所述，该虚拟反射镜生成被发送回第二平台105A的对应光脉冲串。尽管第一平台105和第二平台105可在平台105中用作虚拟反射镜的平台之间切换，但是在一个方面，两个平台可并行地用作虚拟反射镜。在此示例中，平台105可使用具有不同波长的光信号，因此通信可同时发生并且光信号可被彼此区分开。例如，由第一平台105A和第二平台105B的虚拟反射镜125发送的脉冲130和135可具有与由第二平台105B和第一平台105A上的虚拟反射镜发送的脉冲不同的波长。
图2是使用虚拟反射镜125来使两个移动平台中的时钟同步的系统。图2中的系统包括第一平台105A和第二平台105B。时钟同步器120包括时钟205、脉冲激光器210、接收器215和控制逻辑220。时钟205可包括用于生成时钟信号的晶体振荡器，脉冲激光器210使用该时钟信号来按照定义的PRF f1输出脉冲130。在一个方面，脉冲激光器210是按照频率f1输出脉冲130的飞秒激光器。在另一方面，脉冲激光器210包括连续波(CW)激光源以及对CW光信号进行调制以形成频率为f1的脉冲130的调制器。
第二平台105B中的虚拟反射镜125还包括内部时钟250(可包括振荡器)。在一个方面，当开始任务时，时钟205和250可被同步。然而，随着时间过去，由于振荡器不完美的本质，时钟205和250会漂移开。时钟205与时钟250之间的这种时间差异在本文中被称为时间偏移。
除了时钟250之外，虚拟反射镜125还包括接收器245、PRF调节器255和脉冲激光器270。接收器245可包括接收脉冲130的光检测器。在一个方面，PRF调节器255利用外差(heterodyning)使所接收的脉冲130与由时钟250生成的脉冲交叠。外差或者将第一信号和第二信号的频率混合提供了第一信号和第二信号的脉冲的基于时间的比较。可通过将本地信号或脉冲串与从另一平台接收的脉冲串进行外差以将脉冲频率组合和混合来锁定交叠的脉冲与其关联的脉冲重复频率。使脉冲对齐使得能够对脉冲串之间的时间相位差进行光感测。PRF调节器255可发出导致对所接收的脉冲130相对于使用时钟250生成的脉冲的偏置或偏移进行调节的命令(例如，命令信号260)或校正。
在调节由时钟250生成的脉冲的脉冲重复频率以使得这些脉冲与所接收的脉冲130交叠之后，在第二平台105B处对脉冲串进行光组合或外差。对脉冲串进行光组合将使用时钟250生成的脉冲锁定到脉冲130。尽管公开了光域(optical domain)中的光外差，但是本文所描述的方面不限于此。例如，在另一方面，光脉冲130可被转换为电信号，然后在电域(electrical domain)中利用外差将所述电信号混合以锁定脉冲串。在另一示例中，可使用二次谐波生成，其中各个脉冲串的光子与非线性晶体相互作用，这导致将来自脉冲串的两个光子组合并在输出光束中发射具有两倍能量的单个光子。
PRF调节器255控制生成脉冲135的脉冲激光器270。由于所接收的脉冲130与通过使用时钟250生成的脉冲交叠，所以每当接收到一个脉冲130时脉冲激光器270输出脉冲，从而生成虚拟反射镜。如上所述，由于用于使脉冲130与由时钟250所生成的脉冲串交叠的命令信号260(受多普勒频移影响)，用于输出脉冲135的PRF fPRF2_OUT可不同于由脉冲激光器210用来输出脉冲130的频率，如式1所示。
第一平台105A上的接收器215接收脉冲135，然后由控制逻辑220对脉冲135进行评估。在一个方面，控制逻辑可包含用于执行软件的处理器和存储器，该软件处理所接收的脉冲135并确定时钟205与时钟250之间的时间偏移。在另一方面，控制逻辑220可包括用于执行这些功能的专用硬件和固件。
控制逻辑220可检测从虚拟反射镜125接收的脉冲135的频率以及从界面110发送的脉冲130的频率，以确定因平台105移动所导致的多普勒频移225。此外，第二平台105B可向第一平台105A发送用于在PRF调节器255中对光脉冲进行交叠的命令信号260，控制逻辑220使用其来计算瞬时频率偏移(fo)227。即，频率偏移227计算考虑了两个平台105之间的多普勒频移(否则如果没有控制误差，则频率偏移227等于fc)。利用频率偏移227和先前的时间偏移230，控制逻辑220可确定时钟205与250之间的当前时间偏移235。此外，控制逻辑220可利用虚拟反射镜使用传播时间来计算平台105之间的距离240。
如上所述，两个平台105可均被配置为执行虚拟反射镜。因此，虚拟反射镜125中的所有组件也可设置在第一平台105A中，并且时钟同步器120中的所有组件也可设置在第二平台105B中。因此，两个平台均可使用虚拟反射镜125来计算当前时间偏移235。除了使用虚拟反射镜125之外，平台105还可使用双向时间传递(TWTT)技术来计算当前时间偏移235。使用虚拟反射镜和TWTT技术来计算当前时间偏移235可提供数据冗余并改进可靠性。
图3是使用虚拟反射镜确定两个移动平台中的时钟之间的时间偏移的方法300的流程图。在方框305，第一平台向第二平台发送包括第一多个光脉冲的光信号。在一个方面，平台中的一者或二者移动，使得两个平台之间的相对距离可变化。可使用飞秒激光器或具有光调制器的CW激光器来生成脉冲。此外，如图2所示，可通过第一平台中的时钟来控制脉冲被输出的PRF f1或fPRF1_OUT。
在方框310，第二平台接收光信号。由于多普勒频移，发送脉冲的频率因为两个平台之间的相对运动而可能不与在第二平台处接收脉冲的频率相同。
在方框315，第二平台中的PRF调节器调节命令信号，使得第二多个光脉冲与第一多个光脉冲交叠。在一个方面，使用第二平台内部的时钟来生成第二多个光脉冲。由于时钟之间的时间偏移(以及多普勒频移和其它因素)，第二多个脉冲可能初始不与从第一平台接收的第一多个脉冲交叠。因此，PRF调节器调节命令信号，直到第一多个光脉冲和第二多个光脉冲交叠为止。尽管这可使用光信号来完成，但是这种调节也可按照电的方式执行。例如，可将第一多个光信号转换为电信号，并且可使用命令信号来调节电信号的相位，直到电信号具有与使用第二平台上的内部时钟生成的电信号相同的相位(例如，交叠)为止。然后，可使用相位对齐的电信号来生成第二多个光信号。
在方框320，第二平台发送包括第二多个光脉冲的光信号，使得第二多个光脉冲中的每一个大致在接收第一多个脉冲中的每一个的相同时间(例如，皮秒内)发送。换言之，第二平台包括行为就像实际反射镜一样的虚拟反射镜，其中在接收到脉冲的相同时间发送脉冲。然而，与实际反射镜不同，第二平台可控制第二多个光脉冲的光功率，以使得通信系统的范围可增加(并且通过不添加反射元件来维持隐形)。
在方框325，第一平台使用第二多个脉冲来确定第一平台中的第一时钟与第二移动平台中的第二时钟之间的时间偏移。在一个方面，第一平台和第二平台还反射或发送代码以识别特定脉冲何时被发送到另一平台并被接收。确定时间偏移的细节在图4中详细描述。一旦时间偏移被识别(即，一旦第一时钟和第二时钟被同步)，第一移动平台和第二移动平台就可共享传感器数据、位置数据以及取决于精确时间戳和相对位置的其它信息。
图4是使用虚拟反射镜确定两个移动平台中的时钟之间的时间偏移的方法400的流程图。在一个方面，方法400是从向用作虚拟反射镜的第二移动平台发送光脉冲串的移动平台的角度看的。方法400开始于方框405，其中第一平台确定第二平台是否建立虚拟反射镜。在一个方面，可使用光通信链路(可在建立虚拟反射镜之前建立)来指示虚拟反射镜何时可操作。在另一方面，第二平台使用不同的通信手段(例如，RF通信而非光通信)向第一平台通知虚拟反射镜何时可操作。在另一方面，第一平台向第二平台发送开始用作虚拟反射镜的指令。
在方框410，第一平台向第二平台发送第一光脉冲。在方框415，第一平台从第二平台接收第二脉冲。如图1所示，第一平台按照f1或fPRF1_OUT的PRF发送第一脉冲。第一平台还测量图1所示的第二光脉冲的PRF作为fPRF2_IN。
在一个方面，方框420、430和435对应于方法300中的方框325。换句话说，方框420、430和435示出使用由第二平台实现的虚拟反射镜来计算第一平台中的第一时钟与第二平台中的第二时钟之间的时间偏移的一个示例。在方框420，第一平台根据第一光脉冲从第一平台发送时的频率(fPRF1_OUT)和第二光脉冲在第一平台处被接收时的频率(fPRF2_IN)来确定两个移动平台之间的多普勒频移。多普勒频移可从式2计算：
Figure GDA0004051046650000081
在方框425，第一平台接收被第二平台用来生成第二光脉冲的命令信号。如上面图2中所描述的，第二平台中的PRF调节器255调节命令信号260，直到从第一平台接收的第一光信号与使用第二平台中的第二时钟生成的光信号交叠为止。命令信号可用频率fc表示。
在一个方面，第二平台使用光通信将命令信号的值发送到第一平台。例如，利用虚拟反射镜中的脉冲激光源，第二平台可将数据编码为由脉冲激光源(当虚拟反射镜当前未用于反射所接收的脉冲时)生成的脉冲，其指示命令信号的值。在另一方面，第二平台使用诸如RF天线的其它通信手段来发送命令信号的值。在这种情形下，第二平台可在虚拟反射镜正在操作的同时将命令信号的值发送到第一平台(因为RF天线可以是第二平台中的单独的通信系统的一部分)。
在方框430，第一平台利用多普勒频移和命令信号来确定第一移动平台和第二移动平台中的时钟之间的瞬时频率偏移。频率偏移fo被表示于式3中：
Figure GDA0004051046650000082
在式3中，fc是用于调节第二平台中的PRF调节器的命令信号的频率，fce是由于在第二平台中生成命令信号时的延迟或不精确而导致的PRF命令误差的频率。PRF命令误差可预定(即，第一平台已经知道)或者从第二平台发送到第一平台。
在方框435，第一平台使用频率偏移和先前测量的时间偏移来确定时间偏移。在一个方面，当前时间偏移是由式4表示的时间偏移(tom)的平均值：
Figure GDA0004051046650000091
在式4中，时间to是先前测量的时间偏移，时间tr1是在第二平台处接收到第一光脉冲(第二平台可向第一平台发送)的时间，频率fo是利用式3测量的瞬时频率偏移，频率f1是用于输出第一光脉冲的频率，时间tce是完美反射镜脉冲时间与发送脉冲的实际时间之间的差。利用式4，第一平台可生成第一平台和第二平台中的时钟之间的平均当前时间偏移。在一个方面，式4假设时钟之间的线性偏移漂移。
在另一方面，代替使用式4，第一平台可使用下式来计算时间偏移tom：
Figure GDA0004051046650000092
在式5中，第一平台不需要来自第二平台的信息(例如，不使用时间tr1)来计算时间偏移tom。
当方法400第一次开始时，两个平台中的时钟可能最近已被同步到同一时间(或者在给定参考时间计算的时间和频率偏移，并且这可被重复)。因此，当在方框435第一次计算当前时间偏移时，先前时间偏移to可被假设为零(或者平台B上的时间相对于参考时间可为零，并且平台A上的时间为偏移时间)。在一个方面，式4和式5中的时间偏移tom是当第一平台上的时钟等于偏移时间并且第二平台上的时钟为零时的偏移。零时间可以是相对于给定参考时间的零时间。方法400可按照间隔重复，以便使用先前测量的时间偏移来更新当前时间偏移(例如，运行和)。这样，第一平台可不断更新时钟之间的时间偏移。
在一个方面，角色在两个平台之间反转，其中第二平台发送第一光脉冲，并且第一平台用作虚拟反射镜。例如，在第一时段期间第二平台用作虚拟反射镜，因此第一平台可利用方法400计算时间偏移，而在第二时段期间第一平台用作虚拟反射镜，因此第二平台可计算时间偏移。在另一示例中，如果使用不同波长的光，则两个平台均可用作虚拟反射镜，以使得平台可并行地计算时间偏移。
图5是比较使用虚拟反射镜和双向时间传递技术生成的时间偏移的方法500的流程图。例如，使用两种不同的技术来计算两个移动平台中的时钟之间的时间偏移可提供更精确的时间偏移以及检测无效数据。在方框505，第一平台发送与从第一移动平台至第二移动平台发送和接收的光信号对应的第一时间戳。在一个方面，第一平台存储在时间td1从其界面发射各个光脉冲时的时间戳并记录每当在时间tr2从第二平台接收到光脉冲时的时间戳。第一平台可使用光通信手段或RF通信手段来将这些时间戳发送到第二平台。
在方框510，第二平台在用作虚拟反射镜时向第一平台发送与发送和接收的光信号对应的第二时间戳。即，第二平台存储在时间tr1在其界面处接收到各个光脉冲时的时间戳并记录每当在时间td2从虚拟反射镜向第一平台发送光脉冲时的时间戳。第一平台可使用光通信手段或RF通信手段来将这些时间戳发送到第二平台。
在方框515，第一平台和第二平台可利用TWTT技术使用共享的时间戳来确定时间偏移。式5中示出使用共享的时间戳计算时间偏移(tom)的一个示例：
Figure GDA0004051046650000101
在式5中，时间tr2是在第一平台处接收到光脉冲时的时间，时间td1是由第一平台发送光脉冲时的时间，时间tr1是在第二平台处接收到光脉冲的时间，时间td2是由第二平台发送光脉冲的时间。由于两个平台均具有这些共享的时间戳值，所以第一平台和第二平台可计算时间偏移tom。
在方框520，平台中的一者或二者将在方框515确定的时间偏移与使用方法400生成的时间偏移进行比较。与使用方法400确定的时间偏移相比，利用TWTT技术确定的时间偏移在较长时段内可更精确，因为方法400具有积分行为(因为其考虑了过去的时间偏移值)，这可能随时间过去引入误差。然而，使用方法400确定的时间偏移(以及基于在移动平台之间发送第一和第二多个光脉冲的往返传播时间，移动平台之间的频率偏移和距离)可生成瞬时距离测量和时间采样同步性(不管总时间偏移如何，时钟脉冲同时出现)，其在短期内比利用TWTT技术计算的时间偏移更精确。
在方框525，平台确定时间偏移之间的差是否在阈值内。如果是，则在方框530，平台将时间偏移验证为精确。然而，如果否，则在方框535，平台使时间偏移无效(例如，使数据无效)。即，使用两种不同的技术计算时间偏移提供可用于验证偏移的冗余。
在一个方面，平台可对使用两种不同的技术确定的时间偏移值取平均。例如，如果时间偏移被认为有效，则平台在共享传感器数据、位置数据以及依赖于精确时间戳和相对位置的其它信息时可选择使用两个时间偏移的平均值(或者与GPS可如何约束时钟类似，使用TWTT来约束或指导虚拟反射镜计算)。在另一方面，平台可根据平台已确定时间偏移的时间长度来选择使用哪一个时间偏移值，因为使用方法400在短期内更精确，但是使用TWTT技术在长期内可更精确。
此外，本公开包括根据以下条款的示例：
条款1.一种方法，该方法包括以下步骤：接收由第一移动平台(105A)发送的第一光信号，该第一光信号包括第一多个脉冲(130)；在第二移动平台(105B)处调节命令信号(260)，使得所接收的第一多个脉冲与在第二移动平台处生成的第二多个脉冲(135)交叠；从第二移动平台向第一移动平台发送包括第二多个脉冲的第二光信号，其中，在第二移动平台处接收到第一多个脉冲中的每一个的同时从第二移动平台发送第二多个脉冲中的每一个；以及基于在第一移动平台处接收的第二多个脉冲来确定第一移动平台中的第一时钟(205)与第二移动平台中的第二时钟(250)之间的第一时间偏移(235)。
条款2.根据条款1所述的方法，其中，确定第一时间偏移的步骤包括：基于从第一移动平台发送第一多个脉冲第一频率和在第一移动平台处接收第二多个脉冲的第二频率来确定第一和第二移动平台之间的多普勒频移(225)。
条款3.根据条款2所述的方法，其中，确定第一时间偏移的步骤包括：在第一移动平台处接收用于在第二移动平台处使第一多个脉冲和第二多个脉冲交叠的命令信号的值；以及基于多普勒频移和命令信号的值来确定第一和第二时钟之间的频率偏移(227)。
条款4.根据条款3所述的方法，其中，确定第一时间偏移的步骤包括：基于先前测量的时间偏移(230)和频率偏移来确定第一时间偏移，其中，第一时间偏移是平均时间偏移。
条款5.根据条款1所述的方法，其中，调节命令信号的步骤包括：利用命令信号来操作脉冲重复频率(PRF)调节器(255)直到第二多个脉冲与第一多个脉冲交叠为止。
条款6.根据条款1所述的方法，操作PRF调节器的步骤包括：在光域和电域中的一个中利用外差将第二多个脉冲锁定到第一多个脉冲。
条款7.根据条款1所述的方法，该方法还包括步骤：在第一和第二移动平台之间共享与接收和发送第一和第二多个脉冲时的时间对应的时间戳；基于双向时间传递(TWTT)技术来确定第二时间偏移；将第二时间偏移与第一时间偏移进行比较；以及基于第一和第二多个脉冲的传播时间来确定第一和第二移动平台之间的距离。
条款8.根据条款1所述的方法，其中，第二移动平台包括虚拟反射镜(125)的电路，其用于调节命令信号，使得所接收的第一多个脉冲与第二多个脉冲交叠。
条款9.一种第一平台(105B)，该第一平台(105B)包括：光接收器(245)，其被配置为接收由第二平台(105A)通过自由空间发送的第一光信号，该第一光信号包括第一多个脉冲(130)；以及电路，其形成虚拟反射镜(125)，该电路包括PRF调节器(255)和脉冲激光源(270)，PRF调节器(255)被配置为调节命令信号(260)，使得所接收的第一多个脉冲与第二多个脉冲(135)交叠，脉冲激光源(270)被配置为向第二平台发送包括第二多个脉冲的第二光信号，其中，在第一平台处接收到第一多个脉冲中的每一个的同时从第一平台发送第二多个脉冲中的每一个。
条款10.根据条款9所述的平台，其中，PRF调节器被配置为在光域和电域中的一个中利用外差将第二多个脉冲锁定到第一多个脉冲。
条款11.根据条款9所述的平台，其中，脉冲激光源包括飞秒激光器.
条款12.根据条款9所述的平台，其中，脉冲激光源包括连续波激光器和光调制器。
条款13.根据条款9所述的平台，其中，形成虚拟反射镜的电路被配置为记录与在平台处接收到第一多个脉冲时对应的时间戳，其中，所述时间戳被发送到第二平台。
条款14.一种方法，该方法包括以下步骤：从第一移动平台(105A)向第二平台(105B)发送第一多个光脉冲(130)，其中，所述第二平台被配置成虚拟反射镜(125)以向所述第一移动平台发送第二多个脉冲(135)，其中，在第二平台处接收到第一多个光脉冲中的每一个的同时从第二平台发送第二多个脉冲中的每一个；以及基于在第一移动平台处接收的第二多个脉冲来确定第一移动平台中的第一时钟(205)与第二平台中的第二时钟(250)之间的第一时间偏移(235)。
条款15.根据条款14所述的方法，其中，确定第一时间偏移的步骤包括：基于从第一移动平台发送第一多个光脉冲的第一频率和在第一移动平台处接收第二多个脉冲的第二频率来确定第一平台和第二平台之间的多普勒频移(225)。
条款16.根据条款15所述的方法，其中，确定第一时间偏移的步骤包括：在第一移动平台处接收用于在第二平台处使第一多个光脉冲和第二多个脉冲交叠的命令信号(260)的值；以及基于多普勒频移和命令信号的值来确定第一时钟与第二时钟之间的频率偏移(227)。
条款17.根据条款16所述的方法，其中，确定第一时间偏移的步骤包括：基于先前测量的时间偏移(230)和频率偏移来确定第一时间偏移，其中，第一时间偏移是平均时间偏移。
条款18.根据条款14所述的方法，该方法还包括以下步骤：在第一平台和第二平台之间共享与接收和发送第一多个脉冲和第二多个脉冲时的时间对应的时间戳；基于双向时间传递(TWTT)技术来确定第二时间偏移；以及将第二时间偏移与第一时间偏移进行比较。
条款19.根据条款14所述的方法，其中，第一移动平台是第一飞机。
条款20.根据条款19所述的方法，其中，第二平台第二飞机。
本发明的各方面的描述为了例示目的而呈现，而并非旨在为穷尽性的或者限于所公开的各方面。对于本领域普通技术人员而言在不脱离所描述的各方面的范围和精神的情况下，许多修改和变化将显而易见。本文中所使用的术语被选择以最佳地说明各方面的原理、实际应用或者对市场上已有技术的改进，或者使得本领域普通技术人员能够理解本文所公开的各方面。
本领域技术人员将理解，本发明的各方面可被具体实现为一种系统、方法或计算机程序产品。因此，本发明的各方面可采取完全硬件示例、完全软件示例(包括固件、常驻软件、微码等)或者将软件和硬件方面组合的示例的形式，其在本文中通常都可称为“电路”、“模块”或“系统”。另外，本发明的各方面可采取在具体实现有计算机可读程序代码的一个或更多个计算机可读介质中具体实现的计算机程序产品的形式。
可使用一个或更多个计算机可读介质的任何组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是(例如，但不限于)电子、磁、光、电磁、红外或半导体系统、设备或装置，或者前述的任何合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的示例(非穷尽列表)将包括下列项：具有一个或更多个导线的电连接、便携式计算机软盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪速存储器)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储装置、磁存储装置或者前述的任何合适的组合。在本文献的上下文中，计算机可读存储介质可以是可包含或存储由指令执行系统、设备或装置使用或者与指令执行系统、设备或装置相连使用的程序的任何有形介质。
计算机可读信号介质可包括其中具体实现有计算机可读程序代码的传播数据信号(例如，在基带中或作为载波的一部分)。这种传播信号可采取各种形式中的任何形式，包括(但不限于)电磁、光或其任何合适的组合。计算机可读信号介质可以是非计算机可读存储介质并且可通信、传播或传输由指令执行系统、设备或装置使用或者与指令执行系统、设备或装置相连使用的程序的任何计算机可读介质。
在计算机可读介质上具体实现的程序代码可使用任何适当的介质来发送，包括(但不限于)无线、有线、光纤线缆、RF等或者前述的任何合适的组合。
用于实现本发明的各方面的操作的计算机程序代码可按照一个或更多个编程语言的任何组合编写，包括面向对象的编程语言(例如，Smalltalk、C++等)以及传统过程编程语言(例如，“C”编程语言或相似的编程语言)。程序代码可完全在用户的计算机上执行，部分地在用户的计算机上执行，作为独立软件包执行，部分地在用户的计算机上并且部分地在远程计算机上执行，或者完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种情形中，远程计算机可通过任何类型的网络(包括局域网(LAN)或广域网(WAN))连接至用户的计算机，或者可对外部计算机(例如，利用互联网服务提供商通过互联网)进行连接。
本发明的各方面下面参照根据本发明的各方面的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图来描述。将理解，流程图和/或框图的各个方框以及流程图和/或框图中的方框的组合可由计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可被提供给通用计算机、专用计算机或者其它可编程数据处理设备的处理器以生成机器，使得经由计算机或其它可编程数据处理设备的处理器执行的指令创建用于实现流程图和/或框图方框中所指定的功能/行为的手段。
这些计算机程序指令也可被存储在计算机可读介质中，其可指导计算机、其它可编程数据处理设备或其它装置按照特定方式起作用，使得存储在计算机可读介质中的指令生成包括实现流程图和/或框图方框中所指定的功能/行为的指令的制品。
计算机程序指令也可被加载到计算机、其它可编程数据处理设备或其它装置上以使得在计算机、其它可编程设备或其它装置上执行一系列操作步骤以生成计算机实现的处理，使得在计算机或其它可编程设备上执行的指令提供用于实现流程图和/或框图方框中所指定的功能/行为的步骤。
本发明可以是一种系统、方法和/或计算机程序产品。该计算机程序产品可包括具有用于使得处理器实现本发明的各方面的计算机可读程序指令的计算机可读存储介质。
计算机可读存储介质可以是可保持并存储便于指令执行装置使用的指令的有形装置。计算机可读存储介质可以是(例如，但不限于)电子存储装置、磁存储装置、光存储装置、电磁存储装置、半导体存储装置或者上述装置的任何合适的组合。计算机可读存储介质的更具体示例的非穷尽性列表包括：便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪速存储器)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码的装置(例如，记录有指令的穿孔卡片或凹槽中的突起结构)以及上述装置的任何合适的组合。如本文所用，计算机可读存储介质不应被解释为本质上是暂时性信号，例如无线电波或其它自由传播的电磁波、通过波导或其它传输介质传播的电磁波(例如，穿过光纤线缆的光脉冲)、或者通过导线发送的电信号。
本文所述的计算机可读程序指令可从计算机可读存储介质被下载到各个计算/处理装置或者经由网络(例如，互联网、局域网、广域网和/或无线网络)被下载到外部计算机或外部存储装置。网络可包括铜传输线缆、传输光纤、无线传输、路由器、防火墙、开关、网关计算机和/或边缘服务器。各个计算/处理装置中的网络适配卡或网络接口从网络接收计算机可读程序指令并且转发计算机可读程序指令以用于存储在各个计算/处理装置内的计算机可读存储介质中。
用于实现本发明的操作的计算机可读程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)机器指令、依赖机器的指令、微码、固件指令、状态设置数据、或者以一个或更多个编程语言的任何组合编写的源代码或对象代码，包括面向对象的编程语言(例如，Smalltalk、C++等)以及传统过程编程语言(例如，“C”编程语言或相似的编程语言)。计算机可读程序指令可完全在用户的计算机上执行，部分地在用户的计算机上执行，作为独立软件包执行，部分地在用户的计算机上并且部分地在远程计算机上执行，或者完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种情形中，远程计算机可通过任何类型的网络(包括局域网(LAN)或广域网(WAN))连接至用户的计算机，或者可对外部计算机(例如，利用互联网服务提供商通过互联网)进行连接。在一些方面，包括例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)的电子电路可通过利用计算机可读程序指令的状态信息将电子电路个性化来执行计算机可读程序指令，以便执行本发明的各方面。
本文中参照根据本发明的各方面的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图来描述本发明的各方面。将理解，流程图和/或框图中的各个方框以及流程图和/或框图中的方框的组合可由计算机可读程序指令来实现。
这些计算机可读程序指令可被提供给通用计算机、专用计算机或者其它可编程数据处理设备的处理器以生成机器，使得经由计算机或其它可编程数据处理设备的处理器执行的指令创建用于实现流程图和/或框图方框中所指定的功能/行为的手段。这些计算机可读程序指令也可被存储在计算机可读存储介质中，其可指导计算机、可编程数据处理设备和/或其它装置按照特定方式起作用，使得存储有指令的计算机可读存储介质包括制品，该制品包括实现流程图和/或框图方框中所指定的功能/行为的方面的指令。
计算机可读程序指令也可被加载到计算机、其它可编程数据处理设备或其它装置上以使得在计算机、其它可编程设备或其它装置上执行一系列操作步骤以生成计算机实现的处理，使得在计算机、其它可编程设备或其它装置上执行的指令实现流程图和/或框图方框中所指定的功能/行为。
附图中的流程图和框图示出根据本发明的各方面的系统、方法和计算机程序产品的可能实现方式的架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的各个方框可表示模块、段或指令部分，其包括用于实现指定的逻辑功能的一个或更多个可执行指令。在一些另选实现方式中，方框中标明的功能可不按图中所标明的次序发生。例如，根据所涉及的功能，连续示出的两个方框实际上可基本上同时执行，或者方框有时可按照相反的次序执行。还要注意的是，框图和/或流程图中的各个方框以及框图和/或流程图中的方框的组合可由执行指定的功能或行为或者实现专用硬件和计算机指令的组合的基于专用硬件的系统来实现。
尽管前述内容涉及本发明的各方面，但是在不脱离其基本范围的情况下，可想出本发明的其它另外的方面，并且其范围由所附权利要求书确定。

Claims (8)

1.一种确定第一移动平台和第二移动平台中的时钟之间的时间偏移的方法，该方法包括以下步骤：
接收由所述第一移动平台发送的第一光信号，该第一光信号包括第一多个脉冲(130)；
在所述第二移动平台处调节命令信号(260)，使得所接收的第一多个脉冲与在所述第二移动平台处生成的第二多个脉冲(135)交叠；
从所述第二移动平台向所述第一移动平台发送包括所述第二多个脉冲的第二光信号，其中，在所述第二移动平台处接收到所述第一多个脉冲中的每一个的同时从所述第二移动平台发送所述第二多个脉冲中的每一个；以及
基于在所述第一移动平台处接收的所述第二多个脉冲来确定所述第一移动平台中的第一时钟(205)与所述第二移动平台中的第二时钟(250)之间的第一时间偏移(235)，
其中，确定所述第一时间偏移的步骤包括：
基于从所述第一移动平台发送所述第一多个脉冲的第一频率和在所述第一移动平台处接收所述第二多个脉冲的第二频率来确定所述第一移动平台和所述第二移动平台之间的多普勒频移(225)；
在所述第一移动平台处接收用于在所述第二移动平台处使所述第一多个脉冲与所述第二多个脉冲交叠的所述命令信号的值；以及
基于所述多普勒频移和所述命令信号的所述值来确定所述第一时钟与所述第二时钟之间的频率偏移(227)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述第一时间偏移的步骤包括：
基于先前测量的时间偏移(230)和所述频率偏移来确定所述第一时间偏移，其中，所述第一时间偏移是平均时间偏移。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，调节所述命令信号的步骤包括：
利用所述命令信号来操作脉冲重复频率PRF调节器(255)，直到所述第二多个脉冲与所述第一多个脉冲交叠为止。
4.根据权利要求1所述的方法，操作PRF调节器的步骤包括：
在光域和电域中的一个中利用外差将所述第二多个脉冲锁定到所述第一多个脉冲。
5.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括以下步骤：
在所述第一移动平台和所述第二移动平台之间共享与接收和发送所述第一多个脉冲和所述第二多个脉冲时的时间对应的时间戳；
基于双向时间传递TWTT技术来确定第二时间偏移；
将所述第二时间偏移与所述第一时间偏移进行比较；以及
基于所述第一多个脉冲和所述第二多个脉冲的传播时间来确定所述第一移动平台和所述第二移动平台之间的距离。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二移动平台包括虚拟反射镜(125)的电路，该电路用于调节所述命令信号，使得所接收的第一多个脉冲与所述第二多个脉冲交叠。
7.一种第一移动平台，该第一移动平台包括：
脉冲激光器，该脉冲激光器被配置为通过自由空间向第二移动平台发送第一光信号，该第一光信号包括第一多个脉冲；
接收器，该接收器被配置为从所述第二移动平台接收包括第二多个脉冲的第二光信号，其中，所述第二多个脉冲与所述第一多个脉冲交叠，并且所述接收器还被配置为从所述第二移动平台接收命令信号的值，所述命令信号被用于使所述第一多个脉冲与所述第二多个脉冲交叠；以及
控制逻辑，所述控制逻辑被配置为基于在所述第一移动平台处接收的所述第二多个脉冲来确定所述第一移动平台中的第一时钟与所述第二移动平台中的第二时钟之间的第一时间偏移，其中，确定所述第一时间偏移的操作包括：基于从所述第一移动平台发送所述第一多个脉冲的第一频率和在所述第一移动平台处接收所述第二多个脉冲的第二频率来确定所述第一移动平台和所述第二移动平台之间的多普勒频移；以及基于所述多普勒频移和所述命令信号的所述值来确定所述第一时钟与所述第二时钟之间的频率偏移。
8.根据权利要求7所述的第一移动平台，其中，所述控制逻辑还被配置为基于先前测量的时间偏移和所述频率偏移来确定所述第一时间偏移，其中，所述第一时间偏移是平均时间偏移。
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