CN111614454B - 一种高精度的同步时钟修正方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及同步时钟修正技术领域，提供了一种高精度的同步时钟修正方法及系统，其方法为：S1：将水下设备设置为同步模式，周期性的发射水下声学信号；S2：获取水面设备的时间基准和大地坐标，采用广义互相关算法，实时监测水下设备的水下声学信号，并估计时延；S3：建立水下设备的时钟模型为线性模型；S4：利用水面设备的大地坐标对水下设备进行标定，加入钟差模型修正量作为钟差参数，组成非线性方程组，计算出修正参数；S5：对水下设备的时延完成修正，对水下设备再次标定，完成斜距误差的估计，并统计其分布特性。解决了现有的海洋声由于采用时频双扩展信道，带宽窄、多普勒频移大和背景噪声强，影响到水声定位信号的时延估计精度的问题。

Description

一种高精度的同步时钟修正方法及系统

技术领域

本发明涉及同步时钟修正技术领域，尤其涉及一种高精度的同步时钟修 正方法及系统，特别适用于水声环境下，水面设备与水下设备的时钟同步中。

背景技术

伴随新型海洋技术的发展，海洋物探开发、海洋矿产开采和水下基准点 的建设，都需要高精度的定位导航系统，其水下位置的精度要求优于分米级， 达到厘米级的水平。高精度的定位导航系统需要解决位置安装误差、声速误 差和时延估计误差。其中高精度的时延估计需要水面定位系统和水下设备间 完全同步，系统时钟实现锁频和锁相，进而提高定位精度。

海洋声信道是典型的时频双扩展信道，其特点有带宽窄、多普勒频移大 和背景噪声强，这严重影响到水声定位信号的时延估计精度。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种高精度的同步时钟修正方法 及系统，检测信号并估计时延，长期监测信号时延；采用了时钟模型，引起 时钟漂移量和时钟固有误差两个参数，联合建立带有时钟模型参数的定位解 算方程，采用递归最小二乘法，完成位置标定和时钟参数估计。

为提高时延估计精度，减少时延估计误差，在水下设备位置精确标定时， 采用同步信标标定的方案，该方案只需要水面设备检测声学信号，并估计时 延，减少了时延估计误差对定位标定结果的影响。同步信标采用高精度的GPS 时钟源对系统时钟驯服，然后按照设定好同步发射起点和同步周期，发射合 作信号，用于水面系统接收和检测。

同步信标采用高精度的时钟守时，驯服后的高精度时钟其依然存在残差， 为修正系统时钟误差，本专利建立了时钟模型，引起时钟漂移量和时钟固有 误差两个参数。在标定观测方程中，代入时钟模型的两个参数，采用递归最 小二乘法，精确计算出时钟模型，解决了水下同步信标时钟不准的难题，并 且在海上对同步信标进行标定，验证时钟模型的精度。在观测方程中解算出 来的时钟稳定度与长期观测量吻合，验证了时钟模型的准确度。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种高精度的同步时钟修正方法，包括以下步骤：

S1：将水下设备在水下进行固定，确保所述水下设备的位置固定不发生 偏移，同时将所述水下设备的工作模式设置为同步模式，周期性的发射水下 声学信号；

S2：采用高精度差分GPS获取水面设备的时间基准和大地坐标，并采用 广义互相关算法，实时监测所述水下设备发送的所述水下声学信号，并估计 时延；

S3：建立所述水下设备的时钟模型为线性模型,f_sys＝k×f_set+Δf,其中 f_sys是系统工作时钟，f_set是系统设定时钟，即所述系统设定时钟与所述系统 工作时钟，存在一个线性偏差和绝对偏差两部分；

S4：利用所述水面设备的所述大地坐标对所述水下设备进行标定，并加 入钟差模型修正量作为钟差参数，组成非线性方程组，完成所述水下设备的 绝对位置和时钟误差的估计，计算出修正参数k,Δf；

S5：采用修正过的所述时钟模型，对所述水下设备的时延完成修正，采 用新的时延参数，对所述水下设备再次标定，完成斜距误差的估计，并统计 其分布特性。

进一步地，将所述水下设备的工作模式设置为同步模式，周期性的发射 声学信号，具体为：

在所述水下设备上配置定时器，按照预先设定的同步周期，对所述定时 器设定一个定时时间，通过所述定时器控制所述水下设备周期性的发送所述 水下声学信号。

进一步地，在步骤S2中，采用广义互相关算法，实时监测所述水下设 备发送的所述水下声学信号，并估计时延，具体为：

S21：将接收到的所述水下声学信号与已知样本信号进行广义互相关运 算，计算公式为：

其中x(n)表示接收到的声学信号， y(n)是已知的参考样本，*表示复共轭，N是每帧数据的长度，n表示当前时 刻，m表示回溯长度；

S22：根据计算得到的相关峰信号R(m),计算在短时间内的极大值A_R，确 定回溯数据帧的时间Th，当A_R(t₀)＞K₁×A_R(t₀-Th)时，满足直达声包络检测条 件，其中K₁是设定的包络门限系数；

S23:针对于所述水下声学信号进行分帧处理，划分为不同的时间段，每 段时间的信号长度为N，每一帧的能量具体计算公式为：

S24：当当前帧能量与前一帧的能量满足门限要求，即E_framne＜K₂×E_framne-1时， 满足包络短时能量比检测条件，并当所述水下声学信号同时满足所述直达声 包络检测条件和是所述包络短时能量比检测条件时，完成所述水下声学信号 的监测和时延估计。

进一步地，所述步骤S4，具体的过程为：

S41：根据时延观测量，建立时钟修正系统的观测方程：

(x_i-x)²+(y_i-y)²+(z_i-z)²-Δt_i×c＝ε_i

其中x,y,z是水下设备位置，xi,yi,zi是第i时刻水面设备位置，Δt_i是 第i个估计时延，c是声速；

S42：Δt_i的计算公式为：Δt_i＝((k×f_set+Δf)/f_set)×T_i-T_i-1，其中Δt_i是第i个估计时延，T_i是第i个周期的设定时间，T_i-1是第i-1个周期的设定时间；

S43：按照递归最小二乘法，

解算出x,y,z,k,Δf。

进一步地，所述步骤S5，具体的过程为：

S51：采用修正过的所述时钟模型，修正所述水下设备的检测时延，按照 所述水面设备的所述大地坐标标定水下位置，并计算所述斜距，具体的计算 公式为：

其中，L_i是第i个位置的所述斜距；

S52：计算所述斜距与时延声速乘积的斜距残差，并统计所述斜距残差的 分布特性，当其分布特性满足正态分布时，则时钟模型校准结束，具体的公 式为：

Δε_i＝L_i-c×Δt_ci

其中，Δε_i表示测量斜距残差，Δt_ci是修正时延。

一种高精度的同步时钟修正系统，包括：水下声学信号发射模块，时延 估计模块，线性模型建立模块，修正参数计算模块，时延修正模块；

水下声学信号发射模块，用于将水下设备在水下进行固定，确保所述水 下设备的位置固定不发生偏移，同时将所述水下设备的工作模式设置为同步 模式，周期性的发射水下声学信号；

时延估计模块，用于采用高精度差分GPS获取水面设备的时间基准和大 地坐标，并采用广义互相关算法，实时监测所述水下设备发送的所述水下声 学信号，并估计时延；

线性模型建立模块，用于建立所述水下设备的时钟模型为线性模 型,f_sys＝k×f_set+Δf,其中f_sys是系统工作时钟，f_set是系统设定时钟，即所述 系统设定时钟与所述系统工作时钟，存在一个线性偏差和绝对偏差两部分；

修正参数计算模块，用于利用所述水面设备的所述大地坐标对所述水下 设备进行标定，并加入钟差模型修正量作为钟差参数，组成非线性方程组， 完成所述水下设备的绝对位置和时钟误差的估计，计算出修正参数k,Δf；

时延修正模块，用于采用修正过的所述时钟模型，对所述水下设备的时 延完成修正，采用新的时延参数，对所述水下设备再次标定，完成斜距误差 的估计，并统计其分布特性。

进一步地，所述水下声学信号发射模块，还包括：

定时器建立单元，用于在所述水下设备上配置定时器，按照预先设定的 同步周期，对所述定时器设定一个定时时间，通过所述定时器控制所述水下 设备周期性的发送所述水下声学信号。

进一步地，所述时延估计模块，还包括：

广义互相关运算单元，用于将接收到的所述水下声学信号与已知样本信 号进行广义互相关运算，计算公式为：

其中x(n) 表示接收到的声学信号，y(n)是已知的参考样本，*表示复共轭，N是每帧 数据的长度，n表示当前时刻，m表示回溯长度；

直达声包络检测条件确定单元，用于根据计算得到的相关峰信号R(m), 计算在短时间内的极大值A_R，确定回溯数据帧的时间Th，当 A_R(t₀)＞K₁×A_R(t₀-Th)时，满足直达声包络检测条件，其中K₁是设定的包络门 限系数；

分帧能量计算单元，用于针对于所述水下声学信号进行分帧处理，划分 为不同的时间段，每段时间的信号长度为N，每一帧的能量具体计算公式为：

时延估计单元，用于当当前帧能量与前一帧的能量满足门限要求，即 E_framne＜K₂×E_framne-1时，满足包络短时能量比检测条件，并当所述水下声学信号 同时满足所述直达声包络检测条件和是所述包络短时能量比检测条件时，完 成所述水下声学信号的监测和时延估计。

进一步地，所述修正参数计算模块，还包括：

观测方程建立单元，用于根据时延观测量，建立时钟修正系统的观测方 程：

(x_i-x)²+(y_i-y)²+(z_i-z)²-Δt_i×c＝ε_i

其中x,y,z是水下设备位置，x_i,y_i,z_i是第i时刻水面设备位置，Δt_i是 第i个估计时延，c是声速；

估计时延计算单元，用于计算估计时延Δt_i，Δt_i的计算公式为： Δt_i＝((k×f_set+Δf)/f_set)×T_i-T_i-1，其中Δt_i是第i个估计时延，T_i是第i个周期的 设定时间，T_i-1是第i-1个周期的设定时间；

修正参数求解单元，用于按照递归最小二乘法，

解算出 x,y,z,k,Δf。

进一步地，所述时延修正模块，还包括：

斜距计算单元，用于采用修正过的所述时钟模型，修正所述水下设备的 检测时延，按照所述水面设备的所述大地坐标标定水下位置，并计算所述斜 距，具体的计算公式为：

其中，L_i是第i个位置的所述斜距；

斜距残差计算单元，用于计算所述斜距与时延声速乘积的斜距残差，并 统计所述斜距残差的分布特性，当其分布特性满足正态分布时，则时钟模型 校准结束，具体的公式为：

Δε_i＝L_i-c×Δt_ci

其中，Δε_i表示测量斜距残差，Δt_ci是修正时延。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

通过采用时钟模型修正同步信标的时钟误差，在长时间观测方程组中， 加入时钟修正参数，用于减少系统时钟的影响，提高了定位系统在复杂水声 衰落信道下的时延估计准确性和可靠性，提高标定精度。适用于水面设备与 水下设备、水面设备与水面设备、水下设备与水下设备的时钟修正。

附图说明

图1为本发明一种高精度的同步时钟修正方法的整体流程图；

图2为本发明一种高精度的同步时钟修正方法的处理框图；

图3为本发明同步信标声学时域波形图；

图4为本发明同步信标信号时频图；

图5为本发明未加入时钟修正的残差曲线；

图6为本发明加入时钟修正的残差曲线；

图7为本发明一种高精度的同步时钟修正系统的整体结构图；

图8为本发明一种高精度的同步时钟修正系统中的水下声学信号发射模 块的结构图；

图9为本发明一种高精度的同步时钟修正系统中的时延估计模块的结构 图；

图10为本发明一种高精度的同步时钟修正系统中的修正参数计算模块的 结构图；

图11为本发明一种高精度的同步时钟修正系统中的时延修正模块的结构 图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申 请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述， 显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性工作前提下所获 得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

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/或它们的组合。

本发明的应用场景是：海洋物探开发、海洋矿产开采和水下基准点的建 设，都需要高精度的定位导航系统，其水下位置的精度要求优于分米级，达 到厘米级的水平。高精度的定位导航系统需要解决位置安装误差、声速误差 和时延估计误差。其中高精度的时延估计需要水面定位系统和水下设备间完 全同步，系统时钟实现锁频和锁相，进而提高定位精度。海洋声信道是典型 的时频双扩展信道，其特点有带宽窄、多普勒频移大和背景噪声强，这严重 影响到水声定位信号的时延估计精度。因此，必须找到一种高精度的同步时 钟修正方法，能够提高时延估计精度，减少时延估计误差。

基于以上应用场景，本发明的核心思路为：以高精度的差分GPS的秒脉 冲作为时钟基准源，以其大地坐标的位置作为水面设备的绝对位置。在水面 实时监测水下设备的脉冲信号，并对其做长时间的精确测量。建立水下设备 的时钟漂移模型，加入时钟误差修正量，并将其代入数据解算方程，按照递 归最小二乘法，计算时钟偏移量，并按照时钟漂移规律完成水下设备绝对时 间的更新。以修正时间重新计算水下设备的监测量，统计监测量的分布特性， 如果监测量满足高斯分布，时钟模型建立，并按照该模型完成时钟修正。

本发明已经在中国南海做过试验，在中国南海海试中定位导航系统接收 到的通信信标声波信号。水下设备布放深度水下3000米，水声信号采用相位 调制信号，脉宽T，带宽8KHz。系统的采样率是f_s。水面系统的声学换能器 安装在水下3米，采用高精度的GPS和姿态修正水下换能器的位置，水面设 备航速6节。通过同步发射的方法，采用多个换能器按照设定的周期发射声 波信号，水面设备精确估计相对时延，代入已知的声速剖面，完成斜距的长 时间测量。

实施例一

S1：将水下设备在水下进行固定，确保所述水下设备的位置固定不发生 偏移，同时将所述水下设备的工作模式设置为同步模式，周期性的发射水下 声学信号。

具体地，在本实施例中，在对同步时钟进行修正之前，需要布置好水面 设备和水下设备，并且将水下设备在水下进行固定。

将所述水下设备的工作模式设置为同步模式，周期性的发射声学信号， 具体为：在所述水下设备上配置定时器，按照预先设定的同步周期，对所述 定时器设定一个定时时间，通过所述定时器控制所述水下设备周期性的发送 所述水下声学信号。

S2：采用高精度差分GPS获取水面设备的时间基准和大地坐标，并采用 广义互相关算法，实时监测所述水下设备发送的所述水下声学信号，并估计 时延。

采用广义互相关算法，实时监测所述水下设备发送的所述水下声学信号， 并估计时延，具体为：

S21：将接收到的所述水下声学信号与已知样本信号进行广义互相关运 算，计算公式为：

其中x(n)表示接收到的声学信号， y(n)是已知的参考样本，*表示复共轭，N是每帧数据的长度，n表示当前时 刻，m表示回溯长度；

S22：根据计算得到的相关峰信号R(m),计算在短时间内的极大值A_R，确 定回溯数据帧的时间Th，当A_R(t₀)＞K₁×A_R(t₀-Th)时，满足直达声包络检测条 件，其中K₁是设定的包络门限系数；

S23:针对于所述水下声学信号进行分帧处理，划分为不同的时间段，每 段时间的信号长度为N，每一帧的能量具体计算公式为：

S24：当当前帧能量与前一帧的能量满足门限要求，即E_framne＜K₂×E_framne-1时， 满足包络短时能量比检测条件，并当所述水下声学信号同时满足所述直达声 包络检测条件和是所述包络短时能量比检测条件时，完成所述水下声学信号 的监测和时延估计。

S3：建立所述水下设备的时钟模型为线性模型,f_sys＝k×f_set+Δf,其中 f_sys是系统工作时钟，f_set是系统设定时钟，即所述系统设定时钟与所述系统 工作时钟，存在一个线性偏差和绝对偏差两部分。

S4：利用所述水面设备的所述大地坐标对所述水下设备进行标定，并加 入钟差模型修正量作为钟差参数，组成非线性方程组，完成所述水下设备的 绝对位置和时钟误差的估计，计算出修正参数k,Δf，具体为：

S41：根据时延观测量，建立时钟修正系统的观测方程：

(x_i-x)²+(y_i-y)²+(z_i-z)²-Δt_i×c＝ε_i

其中x,y,z是水下设备位置，x_i,y_i,z_i是第i时刻水面设备位置，Δt_i是 第i个估计时延，c是声速；

S42：Δt_i的计算公式为：Δt_i＝((k×f_set+Δf)/f_set)×T_i-T_i-1，其中Δt_i是第i个估计时延，T_i是第i个周期的设定时间，T_i-1是第i-1个周期的设定时间；

S43：按照递归最小二乘法，

解算出x,y,z,k,Δf。

S5：采用修正过的所述时钟模型，对所述水下设备的时延完成修正，采 用新的时延参数，对所述水下设备再次标定，完成斜距误差的估计，并统计 其分布特性，具体的过程为：

S51：采用修正过的所述时钟模型，修正所述水下设备的检测时延，按照 所述水面设备的所述大地坐标标定水下位置，并计算所述斜距，具体的计算 公式为：

其中，L_i是第i个位置的所述斜距；

S52：计算所述斜距与时延声速乘积的斜距残差，并统计所述斜距残差的 分布特性，当其分布特性满足正态分布时，则时钟模型校准结束，具体的公 式为：

Δε_i＝L_i-c×Δt_ci

其中，Δε_i表示测量斜距残差，Δt_ci是修正时延。

本发明充分利用海上试验数据对时钟精度进行验证，接收到声学信号时 域波形如图3所示，频域波形如图4所示。没有加入同步时钟修正时，标定 后系统残差分布结果如图5所示，本发明提出的同步时钟修正算处理结果如 图6所示。

实施例二

如图7所示为本发明一种高精度的同步时钟修正系统的整体流程图，包 括：水下声学信号发射模块1，时延估计模块2，线性模型建立模块3，修正 参数计算模块4，时延修正模块5；

水下声学信号发射模块1，用于将水下设备在水下进行固定，确保所述 水下设备的位置固定不发生偏移，同时将所述水下设备的工作模式设置为同 步模式，周期性的发射水下声学信号；

时延估计模块2，用于采用高精度差分GPS获取水面设备的时间基准和 大地坐标，并采用广义互相关算法，实时监测所述水下设备发送的所述水下 声学信号，并估计时延；

线性模型建立模块3，用于建立所述水下设备的时钟模型为线性模 型,f_sys＝k×f_set+Δf,其中f_sys是系统工作时钟，f_set是系统设定时钟，即所述 系统设定时钟与所述系统工作时钟，存在一个线性偏差和绝对偏差两部分；

修正参数计算模块4，用于利用所述水面设备的所述大地坐标对所述水 下设备进行标定，并加入钟差模型修正量作为钟差参数，组成非线性方程组， 完成所述水下设备的绝对位置和时钟误差的估计，计算出修正参数k,Δf；

时延修正模块5，用于采用修正过的所述时钟模型，对所述水下设备的 时延完成修正，采用新的时延参数，对所述水下设备再次标定，完成斜距误 差的估计，并统计其分布特性。

进一步地，如图8所示，所述水下声学信号发射模块1，还包括：

定时器建立单元11，用于在所述水下设备上配置定时器，按照预先设定 的同步周期，对所述定时器设定一个定时时间，通过所述定时器控制所述水 下设备周期性的发送所述水下声学信号。

进一步地，如图9所示，所述时延估计模块2，还包括：

广义互相关运算单元21，用于将接收到的所述水下声学信号与已知样本 信号进行广义互相关运算，计算公式为：

其中x(n) 表示接收到的声学信号，y(n)是已知的参考样本，*表示复共轭，N是每帧 数据的长度，n表示当前时刻，m表示回溯长度；

直达声包络检测条件确定单元22，用于根据计算得到的相关峰信号R(m), 计算在短时间内的极大值A_R，确定回溯数据帧的时间Th，当 A_R(t₀)＞K₁×A_R(t₀-Th)时，满足直达声包络检测条件，其中K₁是设定的包络门 限系数；

分帧能量计算单元23，用于针对于所述水下声学信号进行分帧处理，划 分为不同的时间段，每段时间的信号长度为N，每一帧的能量具体计算公式 为：

时延估计单元24，用于当当前帧能量与前一帧的能量满足门限要求，即 E_framne＜K₂×E_framne-1时，满足包络短时能量比检测条件，并当所述水下声学信号 同时满足所述直达声包络检测条件和是所述包络短时能量比检测条件时，完 成所述水下声学信号的监测和时延估计。

进一步地，如图10所示，所述修正参数计算模块4，还包括：

观测方程建立单元41，用于根据时延观测量，建立时钟修正系统的观测 方程：

(x_i-x)²+(y_i-y)²+(z_i-z)²-Δt_i×c＝ε_i

其中x,y,z是水下设备位置，x_i,y_i,z_i是第i时刻水面设备位置，Δt_i是 第i个估计时延，c是声速；

估计时延计算单元42，用于计算估计时延Δt_i，Δt_i的计算公式为： Δt_i＝((k×f_set+Δf)/f_set)×T_i-T_i-1，其中Δt_i是第i个估计时延，T_i是第i个周期的 设定时间，T_i-1是第i-1个周期的设定时间；

修正参数求解单元43，用于按照递归最小二乘法，

解算出 x,y,z,k,Δf。

进一步地，如图11所示，所述时延修正模块5，还包括：

斜距计算单元51，用于采用修正过的所述时钟模型，修正所述水下设备 的检测时延，按照所述水面设备的所述大地坐标标定水下位置，并计算所述 斜距，具体的计算公式为：

其中，L_i是第i个位置的所述斜距；

斜距残差计算单元52，用于计算所述斜距与时延声速乘积的斜距残差， 并统计所述斜距残差的分布特性，当其分布特性满足正态分布时，则时钟模 型校准结束，具体的公式为：

Δε_i＝L_i-c×Δt_ci

其中，Δε_i表示测量斜距残差，Δt_ci是修正时延。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于 上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应 当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下 的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种高精度的同步时钟修正方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将水下设备在水下进行固定，确保所述水下设备的位置固定不发生偏移，同时将所述水下设备的工作模式设置为同步模式，周期性的发射水下声学信号；

S2：采用高精度差分GPS获取水面设备的时间基准和大地坐标，并采用广义互相关算法，实时监测所述水下设备发送的所述水下声学信号，并估计时延；

S3：建立所述水下设备的时钟模型为线性模型,f_sys＝k×f_set+Δf,其中f_sys是系统工作时钟，f_set是系统设定时钟，即所述系统设定时钟与所述系统工作时钟，存在线性偏差和绝对偏差两部分；

S4：利用所述水面设备的所述大地坐标对所述水下设备进行标定，并加入钟差模型修正量作为钟差参数，组成非线性方程组，完成所述水下设备的绝对位置和时钟误差的估计，计算出修正参数k,Δf；

S5：采用修正过的所述时钟模型，对所述水下设备的时延完成修正，采用新的时延参数，对所述水下设备再次标定，完成斜距误差的估计，并统计其分布特性；

其中，所述步骤S4，具体的过程为：

S41：根据时延观测量，建立时钟修正系统的观测方程：

(x_i-x)²+(y_i-y)²+(z_i-z)²-Δt_i×c＝ε_i

其中x,y,z是水下设备位置，x_i,y_i,z_i是第i时刻水面设备位置，Δt_i是第i个估计时延，c是声速；

S42：Δt_i的计算公式为：Δt_i＝((k×f_set+Δf)/f_set)×T_i-T_i-1，其中Δt_i是第i个估计时延，T_i是第i个周期的设定时间，T_i-1是第i-1个周期的设定时间；

S43：按照递归最小二乘法，

解算出x,y,z,k,Δf；

其中，所述步骤S5，具体的过程为：

S51：采用修正过的所述时钟模型，修正所述水下设备的检测时延，按照所述水面设备的所述大地坐标标定水下位置，并计算所述斜距，具体的计算公式为：

其中，L_i是第i个位置的所述斜距；

S52：计算所述斜距与时延声速乘积的斜距残差，并统计所述斜距残差的分布特性，当其分布特性满足正态分布时，则时钟模型校准结束，具体的公式为：

Δε_i＝L_i-c×Δt_ci

其中，Δε_i表示测量斜距残差，Δt_ci是修正时延。

2.根据权利要求1所述的高精度的同步时钟修正方法，其特征在于，将所述水下设备的工作模式设置为同步模式，周期性的发射声学信号，具体为：

在所述水下设备上配置定时器，按照预先设定的同步周期，对所述定时器设定一个定时时间，通过所述定时器控制所述水下设备周期性的发送所述水下声学信号。

3.根据权利要求1所述的高精度的同步时钟修正方法，其特征在于，在步骤S2中，采用广义互相关算法，实时监测所述水下设备发送的所述水下声学信号，并估计时延，具体为：

S21：将接收到的所述水下声学信号与已知样本信号进行广义互相关运算，计算公式为：

其中x(n)表示接收到的声学信号，y(n)是已知的参考样本，*表示复共轭，N是每帧数据的长度，n表示当前时刻，m表示回溯长度；

S22：根据计算得到的相关峰信号R(m),计算在短时间内的极大值A_R，确定回溯数据帧的时间Th，当A_R(t₀)＞K₁×A_R(t₀-Th)时，满足直达声包络检测条件，其中K₁是设定的包络门限系数,t₀代表时间，为时间变量参数；

S23:针对于所述水下声学信号进行分帧处理，划分为不同的时间段，每段时间的信号长度为N，每一帧的能量具体计算公式为：

S24：当当前帧能量与前一帧的能量满足门限要求，即E_framne＜K₂×E_framne-1时，满足包络短时能量比检测条件，并当所述水下声学信号同时满足所述直达声包络检测条件和是所述包络短时能量比检测条件时，完成所述水下声学信号的监测和时延估计，其中K₂是设定的包络门限系数。

4.一种高精度的同步时钟修正系统，其特征在于，包括：水下声学信号发射模块，时延估计模块，线性模型建立模块，修正参数计算模块，时延修正模块；

水下声学信号发射模块，用于将水下设备在水下进行固定，确保所述水下设备的位置固定不发生偏移，同时将所述水下设备的工作模式设置为同步模式，周期性的发射水下声学信号；

时延估计模块，用于采用高精度差分GPS获取水面设备的时间基准和大地坐标，并采用广义互相关算法，实时监测所述水下设备发送的所述水下声学信号，并估计时延；

线性模型建立模块，用于建立所述水下设备的时钟模型为线性模型,f_sys＝k×f_set+Δf,其中f_sys是系统工作时钟，f_set是系统设定时钟，即所述系统设定时钟与所述系统工作时钟，存在线性偏差和绝对偏差两部分；

修正参数计算模块，用于利用所述水面设备的所述大地坐标对所述水下设备进行标定，并加入钟差模型修正量作为钟差参数，组成非线性方程组，完成所述水下设备的绝对位置和时钟误差的估计，计算出修正参数k,Δf；

时延修正模块，用于采用修正过的所述时钟模型，对所述水下设备的时延完成修正，采用新的时延参数，对所述水下设备再次标定，完成斜距误差的估计，并统计其分布特性；

其中，所述修正参数计算模块，还包括：

观测方程建立单元，用于根据时延观测量，建立时钟修正系统的观测方程：

(x_i-x)²+(y_i-y)²+(z_i-z)²-Δt_i×c＝ε_i

其中x,y,z是水下设备位置，x_i,y_i,z_i是第i时刻水面设备位置，Δt_i是第i个估计时延，c是声速；

估计时延计算单元，用于计算估计时延Δt_i，Δt_i的计算公式为：

其中Δt_i是第i个估计时延，T_i是第i个周期的设定时间，T_i-1是第i-1个周期的设定时间；

修正参数求解单元，用于按照递归最小二乘法，

解算出x,y,z,k,Δf；

所述时延修正模块，还包括：

斜距计算单元，用于采用修正过的所述时钟模型，修正所述水下设备的检测时延，按照所述水面设备的所述大地坐标标定水下位置，并计算所述斜距，具体的计算公式为：

其中，L_i是第i个位置的所述斜距；

斜距残差计算单元，用于计算所述斜距与时延声速乘积的斜距残差，并统计所述斜距残差的分布特性，当其分布特性满足正态分布时，则时钟模型校准结束，具体的公式为：

Δε_i＝L_i-c×Δt_ci

其中，Δε_i表示测量斜距残差，Δt_ci是修正时延。

5.根据权利要求4所述的高精度的同步时钟修正系统，其特征在于，所述水下声学信号发射模块，还包括：

定时器建立单元，用于在所述水下设备上配置定时器，按照预先设定的同步周期，对所述定时器设定一个定时时间，通过所述定时器控制所述水下设备周期性的发送所述水下声学信号。

6.根据权利要求4所述的高精度的同步时钟修正系统，其特征在于，所述时延估计模块，还包括：

广义互相关运算单元，用于将接收到的所述水下声学信号与已知样本信号进行广义互相关运算，计算公式为：

其中x(n)表示接收到的声学信号，y(n)是已知的参考样本，*表示复共轭，N是每帧数据的长度，n表示当前时刻，m表示回溯长度；

直达声包络检测条件确定单元，用于根据计算得到的相关峰信号R(m),计算在短时间内的极大值A_R，确定回溯数据帧的时间Th，当

时，满足直达声包络检测条件，其中K₁是设定的包络门限系数,t₀代表时间，为时间变量参数；

分帧能量计算单元，用于针对于所述水下声学信号进行分帧处理，划分为不同的时间段，每段时间的信号长度为N，每一帧的能量具体计算公式为：

时延估计单元，用于当当前帧能量与前一帧的能量满足门限要求，即E_framne＜K₂×E_framne-1时，满足包络短时能量比检测条件，并当所述水下声学信号同时满足所述直达声包络检测条件和是所述包络短时能量比检测条件时，完成所述水下声学信号的监测和时延估计，其中K₂是设定的包络门限系数。

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