CN110149197A - 一种用于时钟同步系统的高精度同步方法及同步系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于时钟同步系统的高精度同步方法及同步系统，该方法包括：发射机对同步信号进行过采样、低通滤波，发送至接收机；接收机对接收的同步信号进行正交下变频和低通滤波，并进行载波频偏估计和频偏校正、矩形滤波、与本地同步码进行滑动相关，获取同步信号相关峰值点；提取同步信号相关峰值点的多个相邻点，计算小数修正数值，获取最佳采样点；对该最佳采样点进行平滑滤波，获取平滑滤波后的最佳采样点，并判断最佳采样点是否超过平滑滤波后的最佳采样点预定门限；若是，则弃掉该最佳采样点；若否，则平滑滤波后的最佳采样点与本地时间计数器一起进行时间参数测量控制，层层管控，以降低时钟同步系统中主站与从站之间的精同步误差。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种用于时钟同步系统的高精度同步方法及同步系统。
背景技术
时钟同步系统总体方案设计，整个系统由4个同步站组成，1个基准基站(地面站，下文简称为A)，3个目标基站(流动站，下文简称为B1、B2、B3)。4站同时产生秒脉冲，主站产生100MHz时钟信号，要求主站与从站在不低于10km距离时守时精度不低于4ns。
时钟同步系统总体架构图1所示：
时钟同步技术方案：
目前成熟的时间同步技术有单向定时技术、双向定时技术、定位授时技术及双向时间对比技术等，其中双向时间对比技术具有实时性好、初始化时间短、环境适应性好等特点，尤其双向时间对比技术守时精度较高，从技术上比较符合该项目的实际需要，因此选择双向时间对比技术作为本项目的主要技术实现路线。
双向时间对比示意图如图2所示，双向时间对比方案主要原理如下。
这里用1个基准基站和1个目标基站的时钟同步过程来简要描述双向时间对比技术的工作原理。基准基站和目标基站通过晶振时钟产生各自的时间标准，并在独立的时间标准下产生的时间工作。假设A和B1晶振时钟的时间差为Δt，通过时间比对信号，如果能精准的测出Δt并修正自身的晶振时钟，即可实现A和B1之间的时间同步。
假设A在自己时间为t0时刻发送时间对比信号，B1在自己时间为t1时刻接收到主站的时间比对信号，测量差时间差为Δt1＝t1-t0。假设从A到B1的传输时延为τ，则Δt1＝t1-t0＝τ+Δt。同理，B1在自己时间为时刻发送时间对比信号，B1在自己时间为时刻接收到主站的时间比对信号，测量差时间差为假设从A到B1的传输时延为τ，当选取同样的传输频率和合适的信号体制，则可以认为传输时间在双向时间比对信号的传输过程中完全一样，则两时间差相减可得求出A与B1之间的时间同步误差，从而修正时间各自的晶振时钟，达到比较高的同步精度。
高精度定位技术方案：
目前，卫星导航单点定位精度在95％的置信区间可达到20m以内(这里20m指我国自主研发的北斗卫星导航系统，GPS可达到15m以内)，但是这还远未达到航空导航等一些应用系统对米级甚至米内级定位精度的要求。影响卫星导航定位精度的因素之一是接收机测量误差，这些误差包括卫星星历误差，电离层延时和对流层延时等误差成分。目前，差分GPS技术可以有效的消除或大大降低GPS测量误差，从而使差分定位精度要明显高于单点定位精度。
假设某颗卫星(编号为i)在t时刻的地心地固位置坐标为(xi，yi，zi)，而一般由测绘得到的基准站(编号为r)接收天线的位置坐标为(xr，yr，zr)，那么从基准站r到卫星i的几何距离为：
如果基准站接收机对该卫星的伪距测量值为则可以表达成：
这里，上标i代表卫星编号，下标r代表地面基准站。其中为卫星距离接收机的真实距离；C为真空中的光速；δtr为卫星钟差；δtr为接收机钟差；为卫星距离接收机的电离层延时和对流程延时；代表着其他测量误差。
因为基准站r的距离是已知的，并且卫星的位置又可以根据星历准确的计算出来，所以任意一时刻基准站r至卫星i的几何距离可以被精确的计算出来，如果计算所得的真实几何距离为而伪距测量值为那么他们两只之间的差异应当就是伪距测量误差，而这个测量误差值正是差分系统的基准站所要播发的关于卫星i的伪距差分校正量
由定义，伪距差分校正量可以表示成如下形式：
计算出后，基准站将播发给位于其差分服务范围内的所有用户接收机。
在这里，高精度定位技术方案中所描述的“基准站”指的是广域差分系统或局域差分系统中用于伪距差分校正量计算和播发的地面增强设施，与本系统中的“基准基站”是两个概念。一般而言，基准站在播发伪距差分校正量之前需要得到自身高精度定位信息，所以初始化时间一般较长，本系统要求有较为便捷的即时架设功能，因此基准基站不宜直接作为差分技术中伪距差分校正量的产生部分。本系统中的基准基站在正常工作时须承担两方面的任务：1.在基准基站自身定位时利用伪距差分技术，承担“接收机”任务，获取自身定位信息，同时计算自身差分定位与单点定位的差分校正量；2.在目标基站定位时利用位置差分技术，工作时充当“基准站”任务，将差分校正量播发给目标基站，使得目标基站可完成自身的高精度定位数据解算。
细分起来，差分技术除了上述的伪距差分和位置差分之外，还包括载波相位平滑伪距差分和载波相位差分等，其中载波相位差分还包括单差、双差、三差等几种。
然而，目前定时同步方案的精同步误差无法控制在2ns之内，需要可根据系统具体的工作环境，进一步确定技术方案。
因此，提供一种用于时钟同步系统的高精度同步方法及同步系统。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的用于时钟同步系统的高精度同步方法及同步系统，能够解决目前定时同步方案的精同步误差无法控制在2ns之内的问题。
根据本发明的一个方面，提供一种用于时钟同步系统的高精度同步方法，包括：
S1，发射机对同步信号进行过采样，并对过采样的同步信号进行低通滤波，发送至接收机；
S2，接收机对接收的同步信号进行正交下变频和低通滤波，获取含数据信息和载波频偏的同步信号，并根据含数据信息和载波频偏的同步信号进行载波频偏估计和频偏校正；
S3，对载波频偏估计和频偏校正后的同步信号进行矩形滤波，获取矩形滤波后的同步信号；
S4，矩形滤波后的同步信号与本地同步码进行滑动相关，获取同步信号相关峰值点；
S5，提取同步信号相关峰值点的多个相邻点，计算并根据多个相邻点的相关数值计算小数修正数值，获取最佳采样点；
S6，对该最佳采样点进行平滑滤波，获取平滑滤波后的最佳采样点，并判断最佳采样点是否超过平滑滤波后的最佳采样点预定门限；
S7，若最佳采样点超过平滑滤波后的最佳采样点预定门限，则弃掉该最佳采样点；
S8，若最佳采样点未超过平滑滤波后的最佳采样点预定门限，平滑滤波后的最佳采样点与本地时间计数器一起进行时间参数测量控制。
进一步地，在步骤S1和S2中，通过低通滤波器进行低通滤波，该低通滤波器的带宽大于2fb，fb是物理层扩频之后信号的速率。
进一步地，在步骤S2中，通过基于最大似然估计的导频相关算法根据含数据信息和载波频偏的同步信号进行载波频偏估计和频偏校正。
进一步地，在步骤S3中，通过矩形滤波器对载波频偏估计和频偏校正后的同步信号进行矩形滤波，根据载波频偏估计和频偏校正后的同步信号的内插倍数获取矩形滤波器系数，当同步信号的内插倍数为N时，该矩形滤波器系数为N个1/N，其中，N为大于1的整数。
进一步地，通过以下公式矩形滤波后的同步信号与本地同步码进行滑动相关：
其中，R为滑动相关值，r(n)为同步信号，p(n)为本地同步码，N为同步信号长度。
进一步地，在步骤S5中，提取同步信号相关峰值点的多个相邻点，计算并根据多个相邻点的相关数值计算小数修正数值，获取最佳采样点，具体实现如下：
提取在时域波形图中离同步信号相关峰值点最近的三个相邻点；
该三个相邻点按照横坐标从前到后依次为P1点、P2点和P3点；
分别计算P1点、P2点和P3点与本地同步码的滑动相关值；
根据P1点、P2点和P3点与本地同步码的滑动相关值获取小数修正数值；
根据小数修正数值与P2点获取最佳采样点。
进一步地，通过以下公式对最佳采样点进行平滑滤波：
flat_bestPOSi＝γ*best_POSi+(1-γ)*last_flat_bestPOSi
其中，flat_bestPOSi为平滑滤波后的最佳采样点，γ为平滑因子，best_POSi为最佳采样点，last_flat_bestPOSi为上一次测试的平滑滤波后的最佳采样点，0＜γ≤1。
根据本发明的另一方面，提供一种用于时钟同步系统的高精度同步系统，包括发射机和接收机，
发射机包括：
同步信号过采样模块，用于对同步信号进行过采样；
低通滤波器，用于对同步信号进行低通滤波，获取低通滤波后的同步信号；
同步信号发送模块，用于将低通滤波后的同步信号发送至接收机；
接收机包括：
同步信号接收模块，用于接收同步信号；
同步信号下变频模块，用于对接收的同步信号进行正交下变频；
低通滤波器，用于对下变频后的同步信号进行低通滤波，获取含数据信息和载波频偏的同步信号；
同步信号频偏估计校正模块，用于根据含数据信息和载波频偏的同步信号进行载波频偏估计和频偏校正；
同步信号过滤模块，用于对载波频偏估计和频偏校正后的同步信号进行矩形滤波，获取矩形滤波后的同步信号；
同步信号滑动相关模块，用于矩形滤波后的同步信号与本地同步码进行滑动相关，获取同步信号相关峰值点；
最佳采样点获取模块，用于提取同步信号相关峰值点的多个相邻点，计算并根据多个相邻点的相关数值计算小数修正数值，获取最佳采样点；
最佳采样点判定模块，用于对该最佳采样点进行平滑滤波，获取平滑滤波后的最佳采样点，并判断最佳采样点是否超过平滑滤波后的最佳采样点预定门限；若最佳采样点超过平滑滤波后的最佳采样点预定门限，则弃掉该最佳采样点；若最佳采样点未超过平滑滤波后的最佳采样点预定门限，平滑滤波后的最佳采样点与本地时间计数器一起进行时间参数测量控制。
进一步地，在发射机和接收机中，低通滤波器的带宽大于2fb，fb是物理层扩频之后信号的速率。
进一步地，在同步信号频偏估计校正模块中，通过基于最大似然估计的导频相关算法根据含数据信息和载波频偏的同步信号进行载波频偏估计和频偏校正。
本发明与现有技术相比具有以下的优点：
1.本发明的用于时钟同步系统的高精度同步方法及同步系统通过载波频偏估计和频偏校正、矩形滤波、滑动相关和最佳采样点判定层层管控，以降低时钟同步系统中主站与从站之间的精同步误差；
2.本发明的用于时钟同步系统的高精度同步方法及同步系统进行频偏测量并修正本次信号的残留频偏，频偏完成修正之后，使得后续的小数修正数值能够更加准确；
3.本发明的用于时钟同步系统的高精度同步方法及同步系统对最佳采样点进行判定，减少个别采样点抖动对整体最佳采样点的影响。
附图说明
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为现有技术中时钟同步系统总体架构；
图2为现有技术中主站与从站双向时间对比示意图；
图3是本发明的用于时钟同步系统的高精度同步方法步骤图；
图4是本发明的过采样的同步信号的低通滤波图像效果图；
图5是本发明的基于频偏估计与补偿算法的载波同步结构；
图6是本发明的匹配滤波后的时域波形；
图7是本发明的相关峰值点位置与相关信号幅度的理想关系图；
图8是本发明的最佳采样点及其两边共3点在时域波形图上的示意图；
图9是本发明的第一次测试下相关峰值点位置与相关信号幅度的关系图；
图10是本发明的第二次测试下相关峰值点位置与相关信号幅度的关系图；
图11是本发明的用于时钟同步系统的高精度同步方法实现流程图；
图12是本发明的最佳采样点超过平滑滤波后的最佳采样点预定门限时，相关峰值点位置与相关信号幅度的关系图；
图13是有滑动相关的同步位置示意图；
图14是从站捕获比对信号后与本地时间计数器共同进行时间参数测量控制图；
图15是本发明的用于时钟同步系统的高精度同步系统框图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
高精度时间差的确定是实现双向时间比对技术的关键和基础。只有确定了对方发送时刻和本地接收时刻的时间差才能确定两地的时间同步误差，并且时间差确定的精度也直接影响了最终两地的同步误差精度，因此，本发明的方法及系统在设计中需要尽可能的提高时间差的测量精度。工程上一般使用时间间隔计数器测量时间差，由于使用了伪随机码作为时间比对信号的起始脉冲，可大大提高时间差的测量精度。
图3是本发明的用于时钟同步系统的高精度同步方法步骤图，参见图3，本发明提供的用于时钟同步系统的高精度同步方法，包括：
S1，发射机对同步信号进行过采样，并对过采样的同步信号进行低通滤波，发送至接收机。
具体地，过采样采用重复方式，特别地，不是填充零值方式。采用普通低通滤波器对过采样的同步信号进行低通滤波，然后向信道发送同步信号，特别地，不采用RRC滤波器。低通滤波器带宽大于2fb，fb是物理层扩频之后信号的速率，例如图4示意fs＝100MHZ，fb＝10MHZ时，过采样的同步信号的低通滤波图像效果图。
S2，接收机对接收的同步信号进行正交下变频和低通滤波，获取含数据信息和载波频偏的同步信号，并根据含数据信息和载波频偏的同步信号进行载波频偏估计和频偏校正。
具体地，接收机对接收的信号首先通过低通滤波器滤除带外噪声，并对同步信号进行频率校准。低通滤波器带宽大于2fb，fb是物理层扩频之后信号的速率。在这里，进行频偏测量并修正本次信号的残留频偏，频偏完成修正之后，使得后续的小数修正数值能够更加准确；当后续测量的整数频偏误差过大时，本次的频偏修正也作废。
在同步信号的传输过程中，由于多普勒频移和振荡器的精确度等因素，使得同步信号的载波和本地载波不完全同步，有一定的偏差，并导致相位急剧变化，严重影响了解调器的性能，因此必须在接收机中进行载波同步。输入的中频信号经数字下变频后，变到零频，由于收发载波之间不完全匹配，因此这一零频不是真正意义上的零频，而是收发载波间有一个较小的频差，需要进行载波频偏估计和载波校正，以消除载波偏差的影响。
在实际的通信系统中，接收信号经过下变频变到基带后，总是存在一个小频偏Δf的，载波同步的目的就是要估计出这个Δf值。实际的系统中Δf都是有一定的范围的，如分布在-fmax～+fmax之间，如果在-fmax～+fmax之间对Δf采用一定的算法进行搜索，定义一个似然度，只有当搜索的频率离实际的频偏最近时，似然度值最大，因此便可以得到频偏的估值。
本发明采用基于频偏估计与补偿的载波同步算法，该算法首先将频偏估计出来，再对原始信号进行补偿，该操作在解调的过程中始终进行。基于频偏估计与补偿算法的载波同步结构如图5所示。
经过数字下变频及低通滤波处理后，得到含数据信息和载波频偏的信号，可表示为
修正频偏可以采用接收的r(k)和本地的导频相关来计算，因为记录了每一次滑动相关的结果，所以上次滑动相关和本次相差不会超过一个采样周期10ns，故此利用上一次的位置来继续通过相关或者最大似然来计算和修正频偏。优选地，基于最大似然估计的导频相关算法来计算和修正频偏。
S3，对载波频偏估计和频偏校正后的同步信号进行矩形滤波，获取矩形滤波后的同步信号。
通过矩形滤波器对载波频偏估计和频偏校正后的同步信号进行矩形滤波，根据载波频偏估计和频偏校正后的同步信号的内插倍数获取矩形滤波器系数，当同步信号的内插倍数为N时，该矩形滤波器系数为N个1/N，其中，N为大于1的整数。例如，当信号的内插倍数为IPOINT时，例如IPOINT＝10，则矩形滤波器系数为10个1/10。
在工作时钟fs＝100MHz，伪码速率fb＝10MHz，内插倍数IPOINT＝10，接收的中频信号经过正交下变频、低通滤波后，再经过匹配滤波，由于本系统为矩形脉冲成形，因此匹配滤波器也为矩形滤波器，即其系数为10个1/10(0增益)。匹配滤波后，其时域波形具有三角特性，如图6所示，后面相关峰值点三角的顶点处即为最佳采样点的位置。
S4，矩形滤波后的同步信号与本地同步码进行滑动相关，获取同步信号相关峰值点。
具体地，通过以下公式矩形滤波后的同步信号与本地同步码进行滑动相关：
其中，R为滑动相关值，r(n)为同步信号，p(n)为本地同步码，N为同步信号长度。
信号滑动相关捕获同步序列，以半码片的间隔进行搜索，即每半个码片用同步信号数据与本地同步码滑动进行相关，相关可用FIR滤波器来实现，滤波器的系数为NL个伪码值倒序，只有1和-1两种取值。相关峰值点位置与相关信号幅度的理想关系图如图7所示。
S5，提取同步信号相关峰值点的多个相邻点，计算并根据多个相邻点的相关数值计算小数修正数值，获取最佳采样点。
具体地，在步骤S5中，提取同步信号相关峰值点的多个相邻点，计算并根据多个相邻点的相关数值计算小数修正数值，获取最佳采样点，具体实现如下：
提取在时域波形图中离同步信号相关峰值点最近的三个相邻点；
该三个相邻点按照横坐标从前到后依次为P1点、P2点和P3点；
分别计算P1点、P2点和P3点与本地同步码的滑动相关值；
根据P1点、P2点和P3点与本地同步码的滑动相关值获取小数修正数值；
根据小数修正数值与P2点获取最佳采样点。
更详细地，信号滑动相关捕获同步序列，可以提取相关峰值附近的3个点P1，P2，P3，相关数值是R1，R2，R3，计算小数修正数值fracT0，记录最佳采样点：记录最佳采样点位置(包括整数P2和小数部分fracT0)best_POS＝P2+fracT0。最佳采样点及其两边共3点在时域波形图上的示意图如图8所示。
参见图8，T为码片周期，Ts为采样周期，τ为实际的最佳采样点与捕获时得到的最佳采样点的时间差(小数时间差)，若实际的最佳采样点在捕获时得到的最佳采样点之前，则τ为负，反之τ为正(即图8中所示)。τ为需要估计的量。
若同步信号为r(n)，本地伪随机码为p(n)，则相关过程的表达式为
由此解得：
在本实施例中，1/fs＝Ts＝T/10＝T/IPOINT，则归一化时间差fracT0为0.0045，说明小数定时延时很小，从图9中spline3内插来看，采样的峰值点也的确最高。那么此时best_POS1＝P2+fracT0＝9+0.0045＝9.0045。
第二次测量best_POS1＝P2+fracTao＝9+0.4312＝9.431，如图10所示。
后面依次类推，综上，仿真的无滑动相关的同步位置，理想最佳采样点在第9点，没有平滑只能控制在0.5小数同步点之内。
S6，对该最佳采样点进行平滑滤波，获取平滑滤波后的最佳采样点，并判断最佳采样点是否超过平滑滤波后的最佳采样点预定门限。
具体地，对最佳采样点进行IIR平滑滤波：平滑因子0＜γ≤1，默认数值γ＝1/8
flat_bestPOSi＝γ*best_POSi+(1-γ)*last_flat_bestPOSi
last_flat_bestPOSi＝flat_bestPOSi
进一步地，通过以下公式对最佳采样点进行平滑滤波：
flat_bestPOSi＝γ*best_POSi+(1-γ)*last_flat_bestPOSi
其中，flat_bestPOSi为平滑滤波后的最佳采样点，γ为平滑因子，best_POSi为最佳采样点，last_flat_bestPOSi为上一次测试的平滑滤波后的最佳采样点，0＜γ≤1。
由于需要剔除由于噪声抖动对最佳采样点波动的影响，故此，参见图11，当本次最佳采样点超过当前平滑后最佳采样点预定门限后，这次测试结果就不参与后续的滑动，返回等待下一次相关峰值的计算，只有满足Abs(best_POS–flat_bestPOS)<TH0，例如设置TH0＝0.5，进行后续处理，减少个别采样点抖动对整体最佳采样点的影响。
S7，若最佳采样点超过平滑滤波后的最佳采样点预定门限，则弃掉该最佳采样点。
图12示意了最佳采样点在第P2＝8点，fracT0＝0.47，这样和前面平滑采样点超过0.5个采样周期，这样此时跳过这次同步不处理，开始后续点的处理。
S8，若最佳采样点未超过平滑滤波后的最佳采样点预定门限，平滑滤波后的最佳采样点与本地时间计数器一起进行时间参数测量控制。
图13为有滑动相关的同步位置示意图，参见图13，理想最佳采样点在第9点，平滑后误差控制在0.15小数同步点之内，故此精度能够控制在2ns之内。
具体地，参见图11，根据时间参数测量，得到修正参数控制锁相环，达到对本地晶体振荡器的控制，完成最终主站和从站的同步。
图14为从站捕获比对信号后与本地时间计数器共同进行时间参数测量控制图，参见图14，当主站和从站每隔离1/64秒同步一次，100MHZ的采样时钟，那么同步一次的时间计数器是Idealcount＝100M/64＝1,562,500。当然还要计算主站和从站的距离，剔除距离的延时后，每一次测距计算时延只能达到比较粗劣的时延。更细致的时延通过相关峰值来计算，上面的步骤就完成上面的相关。从捕获到相关峰值点的位置开始重新计数。下一次的相关峰值点的位置也应该是1562500点。但是有可能在Mcount＝1562499.5或者Mcount＝1562501.2得到最佳的采样点，提前或者延时一定的时间fcw＝Mcount-Idealcount。通过上面的步骤不断修正主站和从站的同步时间。例如主站和从站的相对运动速度小于30m/s,此时产生的码偏移较小，频偏也不大，这样的相对运动速度对计算影响不大。
本发明的用于时钟同步系统的高精度同步方法通过载波频偏估计和频偏校正、矩形滤波、滑动相关和最佳采样点判定层层管控，以降低时钟同步系统中主站与从站之间的精同步误差。
对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。
图15是本发明的用于时钟同步系统的高精度同步系统框图，参见图15，本发明提供的用于时钟同步系统的高精度同步系统，包括发射机和接收机，
发射机包括：
同步信号过采样模块，用于对同步信号进行过采样；
低通滤波器，用于对同步信号进行低通滤波，获取低通滤波后的同步信号；
同步信号发送模块，用于将低通滤波后的同步信号发送至接收机；
接收机包括：
同步信号接收模块，用于接收同步信号；
同步信号下变频模块，用于对接收的同步信号进行正交下变频；
低通滤波器，用于对下变频后的同步信号进行低通滤波，获取含数据信息和载波频偏的同步信号；
同步信号频偏估计校正模块，用于根据含数据信息和载波频偏的同步信号进行载波频偏估计和频偏校正；
同步信号过滤模块，用于对载波频偏估计和频偏校正后的同步信号进行矩形滤波，获取矩形滤波后的同步信号；
同步信号滑动相关模块，用于矩形滤波后的同步信号与本地同步码进行滑动相关，获取同步信号相关峰值点；
最佳采样点获取模块，用于提取同步信号相关峰值点的多个相邻点，计算并根据多个相邻点的相关数值计算小数修正数值，获取最佳采样点；
最佳采样点判定模块，用于对该最佳采样点进行平滑滤波，获取平滑滤波后的最佳采样点，并判断最佳采样点是否超过平滑滤波后的最佳采样点预定门限；若最佳采样点超过平滑滤波后的最佳采样点预定门限，则弃掉该最佳采样点；若最佳采样点未超过平滑滤波后的最佳采样点预定门限，平滑滤波后的最佳采样点与本地时间计数器一起进行时间参数测量控制。
在这里，通常情况下，发射机是主站，接收机是从站。
本发明的用于时钟同步系统的高精度同步系统通过载波频偏估计和频偏校正、矩形滤波、滑动相关和最佳采样点判定层层管控，以降低时钟同步系统中主站与从站之间的精同步误差。
进一步地，在发射机和接收机中，低通滤波器的带宽大于2fb，fb是物理层扩频之后信号的速率。
进一步地，在同步信号频偏估计校正模块中，通过基于最大似然估计的导频相关算法根据含数据信息和载波频偏的同步信号进行载波频偏估计和频偏校正。
对于系统实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种用于时钟同步系统的高精度同步方法，其特征在于，包括：
S1，发射机对同步信号进行过采样，并对过采样的同步信号进行低通滤波，发送至接收机；
S2，接收机对接收的同步信号进行正交下变频和低通滤波，获取含数据信息和载波频偏的同步信号，并根据含数据信息和载波频偏的同步信号进行载波频偏估计和频偏校正；
S3，对载波频偏估计和频偏校正后的同步信号进行矩形滤波，获取矩形滤波后的同步信号；
S4，矩形滤波后的同步信号与本地同步码进行滑动相关，获取同步信号相关峰值点；
S5，提取同步信号相关峰值点的多个相邻点，计算并根据多个相邻点的相关数值计算小数修正数值，获取最佳采样点；
S6，对该最佳采样点进行平滑滤波，获取平滑滤波后的最佳采样点，并判断最佳采样点是否超过平滑滤波后的最佳采样点预定门限；
S7，若最佳采样点超过平滑滤波后的最佳采样点预定门限，则弃掉该最佳采样点；
S8，若最佳采样点未超过平滑滤波后的最佳采样点预定门限，平滑滤波后的最佳采样点与本地时间计数器一起进行时间参数测量控制。
2.根据权利要求1所述的用于时钟同步系统的高精度同步方法，其特征在于，在步骤S1和S2中，通过低通滤波器进行低通滤波，该低通滤波器的带宽大于2fb，fb是物理层扩频之后信号的速率。
3.根据权利要求2所述的用于时钟同步系统的高精度同步方法，其特征在于，在步骤S2中，通过基于最大似然估计的导频相关算法根据含数据信息和载波频偏的同步信号进行载波频偏估计和频偏校正。
4.根据权利要求3所述的用于时钟同步系统的高精度同步方法，其特征在于，在步骤S3中，通过矩形滤波器对载波频偏估计和频偏校正后的同步信号进行矩形滤波，根据载波频偏估计和频偏校正后的同步信号的内插倍数获取矩形滤波器系数，当同步信号的内插倍数为N时，该矩形滤波器系数为N个1/N，其中，N为大于1的整数。
5.根据权利要求4所述的用于时钟同步系统的高精度同步方法，其特征在于，通过以下公式矩形滤波后的同步信号与本地同步码进行滑动相关：
其中，R为滑动相关值，r(n)为同步信号，p(n)为本地同步码，N为同步信号长度。
6.根据权利要求5所述的用于时钟同步系统的高精度同步方法，其特征在于，在步骤S5中，提取同步信号相关峰值点的多个相邻点，计算并根据多个相邻点的相关数值计算小数修正数值，获取最佳采样点，具体实现如下：
提取在时域波形图中离同步信号相关峰值点最近的三个相邻点；
该三个相邻点按照横坐标从前到后依次为P1点、P2点和P3点；
分别计算P1点、P2点和P3点与本地同步码的滑动相关值；
根据P1点、P2点和P3点与本地同步码的滑动相关值获取小数修正数值；
根据小数修正数值与P2点获取最佳采样点。
7.根据权利要求6所述的用于时钟同步系统的高精度同步方法，其特征在于，通过以下公式对最佳采样点进行平滑滤波：
flat_bestPOSi＝γ*best_POSi+(1-γ)*last_flat_bestPOSi
其中，flat_bestPOSi为平滑滤波后的最佳采样点，γ为平滑因子，best_POSi为最佳采样点，last_flat_bestPOSi为上一次测试的平滑滤波后的最佳采样点，0＜γ≤1。
8.一种用于时钟同步系统的高精度同步系统，包括发射机和接收机，其特征在于，
发射机包括：
同步信号过采样模块，用于对同步信号进行过采样；
低通滤波器，用于对同步信号进行低通滤波，获取低通滤波后的同步信号；
同步信号发送模块，用于将低通滤波后的同步信号发送至接收机；
接收机包括：
同步信号接收模块，用于接收同步信号；
同步信号下变频模块，用于对接收的同步信号进行正交下变频；
低通滤波器，用于对下变频后的同步信号进行低通滤波，获取含数据信息和载波频偏的同步信号；
同步信号频偏估计校正模块，用于根据含数据信息和载波频偏的同步信号进行载波频偏估计和频偏校正；
同步信号过滤模块，用于对载波频偏估计和频偏校正后的同步信号进行矩形滤波，获取矩形滤波后的同步信号；
同步信号滑动相关模块，用于矩形滤波后的同步信号与本地同步码进行滑动相关，获取同步信号相关峰值点；
最佳采样点获取模块，用于提取同步信号相关峰值点的多个相邻点，计算并根据多个相邻点的相关数值计算小数修正数值，获取最佳采样点；
最佳采样点判定模块，用于对该最佳采样点进行平滑滤波，获取平滑滤波后的最佳采样点，并判断最佳采样点是否超过平滑滤波后的最佳采样点预定门限；若最佳采样点超过平滑滤波后的最佳采样点预定门限，则弃掉该最佳采样点；若最佳采样点未超过平滑滤波后的最佳采样点预定门限，平滑滤波后的最佳采样点与本地时间计数器一起进行时间参数测量控制。
9.根据权利要求8所述的用于时钟同步系统的高精度同步系统，其特征在于，在发射机和接收机中，低通滤波器的带宽大于2fb，fb是物理层扩频之后信号的速率。
10.根据权利要求9所述的用于时钟同步系统的高精度同步系统，其特征在于，在同步信号频偏估计校正模块中，通过基于最大似然估计的导频相关算法根据含数据信息和载波频偏的同步信号进行载波频偏估计和频偏校正。
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