CN115226198B - 一种基于白光led的移动目标时间同步系统和方法 - Google Patents

一种基于白光led的移动目标时间同步系统和方法 Download PDF

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CN115226198B CN202211058695.XA CN202211058695A CN115226198B CN 115226198 B CN115226198 B CN 115226198B CN 202211058695 A CN202211058695 A CN 202211058695A CN 115226198 B CN115226198 B CN 115226198B
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Abstract

本发明公开了一种基于白光LED的移动目标时间同步系统和方法，所述时间同步系统包括用于安装在移动目标顶部的第一设备和用于与外部的时间基准源通信连接的第二设备；第二设备包括接入模块、编码模块、调制模块和白光光源，第一设备包括APD探测模块和解码模块，白光光源设置在APD探测模块的正上方。本发明基于与外部时间基准源连接的第二设备，且第二设备通过白光光源进行时间标准信号的无线传输，通过在移动目标上安装可对白色光信号进行探测的APD探测模块以及从APD探测模块生成的电脉冲信号中恢复出标准时间信号，实现了可靠且灵活度高的移动目标时间同步系统，在移动目标的时间同步方面具有很强的应用价值。

Description

一种基于白光LED的移动目标时间同步系统和方法
技术领域
本发明属于时间同步技术领域，具体涉及一种基于白光LED的移动目标时间同步系统和方法。
背景技术
移动通信终端数量快速增长，可用射频频谱资源已日渐枯竭。白光LED作为绿色光源，具有转化效率高、使用寿命长等优点，已在生产生活中被广泛使用。相比于射频，白光的频段的带宽大，能满足高速、大容量通信需求。近年来，借助白光LED和传统通信技术发展起来的可见光通信技术逐渐成为研究热点并走向实用化。在作用距离较短的环境下，如室内、车库等，曼彻斯特编码的高速信息比特流直接调制LED的光强，接收端进行信号检测和处理即可获取信息，为移动终端提供绿色、高效、便捷的无线接入技术。与可见光通信技术紧密联系的是低噪声和高灵敏度的光电探测技术。以雪崩光电二极管（APD）为核心的光电探测器为基于白光LED的可见光通信技术铺平了道路。APD内部的碰撞电离过程使其相比于其它光电二极管具有很高的电流增益，这使其具有较高的响应度或灵敏度。目前对于白光（波长为400 nm~700 nm）探测，主要使用的是硅基雪崩光电探测器，已被验证能够满足大部分光电探测需求。
高精度的时间同步对于信息传输、比对、存储等活动具有重要意义。时间频率传递与同步本质上也是一种通信过程。目前的时间同步通信主要基于光纤网络、卫星和移动通信网等进行，他们的系统结构、特点、适用场景和同步精度具有较大差异。光纤时间同步技术具有精度高、作用距离长和可靠性高等特点，目前技术成熟度很高。卫星和移动通信网时间同步技术主要针对移动目标，具有较高的灵活性，但相比于光纤时间同步技术，其同步精度和可靠性处于劣势。
虽然卫星时间同步技术和移动通信网时间同步技术已在移动目标（如汽车、移动工作站、移动测试平台）的时间同步方面成功运用，例如基于1550nm激光器的移动目标时间同步系统，该系统采用1550nm激光器，以及自由空间链路实现移动目标间的时间同步，但是该系统中两个同步站点之间由准直器和扩束镜组成的空间光路极难准直，调节过程也复杂耗时，致使空间光路可靠性不高，振动、机械蠕变均可引起光学元件的位置偏移，从而导致空间光路脱离准直状而导致光电探测器无法恢复标准时间信号，此外，系统含有体光学元件（扩束镜），这将增加系统尺寸和光损耗，自由空间链路易受环境因素的影响。除此之外，移动目标高速运动造成的多普勒效应，以及恶劣环境引起的通信中断等也致使卫星时间同步技术和移动通信网时间同步技术的时间同步精度较差，目前移动目标对时间同步的精度要求也在日与俱增，因此卫星时间同步技术和移动通信网时间同步技术的时间同步精度逐渐地不再满足移动目标的时间同步精度要求。
虽然光纤时间同步技术精度高，但其灵活性较差，移动目标如果想通过接入光纤同步网络完成时间同步，则必须停止运动后再接入光纤同步网络。长此以往，移动目标的光纤接口出现损坏，且增加了反复铺设光纤这一冗余工作。因此，提出一种灵活可靠的移动目标时间同步方案具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的一项或多项不足，提供一种基于白光LED的移动目标时间同步系统和方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
第一部分
第一部分提供了一种基于白光LED的移动目标时间同步系统，包括用于安装在移动目标顶部的第一设备和用于与外部的时间基准源通信连接的第二设备；所述第二设备包括接入模块、编码模块、调制模块和白光光源，所述第一设备包括APD探测模块和解码模块，所述白光光源设置在所述APD探测模块的正上方；所述APD探测模块为雪崩光电二极管探测模块；
所述接入模块用于从所述时间基准源接入标准时间信号，并将所述标准时间信号发送至编码模块；
所述编码模块用于对所述标准时间信号进行编码，并将编码后的标准时间信号发送至调制模块；
所述调制模块用于根据编码后的标准时间信号调节所述白光光源的光强；
所述APD探测模块用于接收所述白光光源的光信号，并根据接收到的光信号生成电脉冲信号，然后将所述电脉冲信号发送至解码模块；
所述解码模块用于对所述电脉冲信号进行解码，解码后生成所述标准时间信号，并将所述标准时间信号发送至移动目标。
优选地，所述白光光源为多个，所述APD探测模块包括多个APD探测器，各个所述APD探测器构成阵列分布，每列APD探测器的正上方均设置有至少一个所述白光光源。
优选地，所述第一设备还包括延迟估计补偿模块、时间估计模块和预处理模块，所述预处理模块分别与各个所述APD探测器和解码模块连接，所述时间估计模块分别与解码模块和所述延迟估计补偿模块连接；
所述预处理模块用于对各个APD探测器生成的所述电脉冲信号进行预处理，并将预处理后的各个电脉冲信号发送至解码模块；
解码模块对预处理后的各个电脉冲信号进行解码，解码后生成与各个电脉冲信号一一对应的时间实测值；
所述时间估计模块用于对所有时间实测值进行自适应加权平均处理，自适应加权平均后生成加权时间估计值，然后将所述加权时间估计值发送至延迟估计补偿模块；
所述延迟估计补偿模块用于获取前后两个时刻的加权时间估计值，并将获取的前后两个时刻的加权时间估计值输入已构建的LMS自适应时延估计算法模型，前后两个时刻的加权时间估计值之间的延迟值为预设延迟值，经LMS自适应时延估计算法模型得到所述预设延迟值的标准值，并根据所述标准值对经LMS自适应时延估计算法模型滤波且时延后输出的在前时刻的加权时间估计值进行补偿，补偿后的加权时间估计值作为标准时间信号发送至移动目标；所述LMS自适应时延估计算法模型为基于最小均方差（Least MeanSquares）的自适应时延估计算法模型；
优选地，所述预处理包括噪声抑制、脉冲判决与检测和整形去抖。优选地，所述对所有时间实测值进行自适应加权平均处理，自适应加权平均后生成加权时间估计值，具体为：
将第一加权系数置为预设的初始值，然后执行第一加权系数取值步骤，所述第一加权系数取值步骤具体为：计算n时时间实测值的加权时间估计值
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
，其中
Figure 702430DEST_PATH_IMAGE002
表示第i个APD探测器获取的n时时间实测值，i表示APD探测器序号，M表示APD探测器的总数量，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE003
表示第i个APD探测器的第一加权系数；计算第i个APD探测器获取的时间实测值的相对误差
Figure 548942DEST_PATH_IMAGE004
，其中
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE005
表示n-k时的加权时间估计值，
Figure 306814DEST_PATH_IMAGE006
表示第i个APD探测器获取的n-k时时间实测值，k表示扩展时间数；计算第i个APD探测器获取的时间实测值的动态误差
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE007
；若大于第一预设数量的APD探测器的所述动态误差均小于第一阈值或均在第一预设范围内，则根据最新的第一加权系数生成最终的n时时间实测值的加权时间估计值，否则执行下一步；计算第一加权系数
Figure 800243DEST_PATH_IMAGE008
；
基于计算得到的第一加权系数再次执行第一加权系数取值步骤。
优选地，所述LMS自适应时延估计算法模型包括自适应滤波器单元、LMS算法单元和误差计算单元；
所述自适应滤波器单元的输入信号端用于输入在前时刻的加权时间估计值，所述误差计算单元的参考信号端用于输入在后时刻的加权时间估计值，在前时刻的加权时间估计值表示为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE009
，在后时刻的加权时间估计值表示为
Figure 273950DEST_PATH_IMAGE010
，其中
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE011
表示在前时刻的加权时间估计值中包含的时间值，τ表示预设延迟值，
Figure 587251DEST_PATH_IMAGE012
和
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE013
均表示传输信道噪声；
所述误差计算单元用于比较在后时刻的加权时间估计值和经自适应滤波器单元滤波且时延后输出的在前时刻的加权时间估计值，形成误差项，在后时刻的加权时间估计值和经自适应滤波器单元滤波且时延后输出的在前时刻的加权时间估计值之间的关系表达式为
Figure 145883DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE015
为自适应滤波器单元内第j阶滤波器的第二加权系数，
Figure 759398DEST_PATH_IMAGE016
为所述误差项，m表示自适应滤波器单元的总阶数，且m阶的自适应滤波器单元的总延迟大于所述预设延迟值；
所述LMS算法单元用于计算预设延迟值的标准值，具体为：
将第二加权系数置为预设的初始值后输入自适应滤波器单元，然后执行第二加权系数取值步骤，所述第二加权系数取值步骤具体为：接收误差计算单元发送的所述误差项；若所述误差项的方差取得最小值，则确定第二加权系数
Figure 685897DEST_PATH_IMAGE015
的最大值所对应的j值，根据得到的j值计算预设延迟值的标准值
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE017
，其中
Figure 876707DEST_PATH_IMAGE018
为自适应滤波器单元每一阶滤波器的运算时间，否则执行下一步；根据梯度下降法，生成下一个第二加权系数；
将生成的下一个第二加权系数输入自适应滤波器单元，然后执行第二加权系数取值步骤。
优选地，所述编码模块用于对所述标准时间信号进行曼彻斯特编码，所述解码模块用于对所述电脉冲信号进行曼彻斯特解码。
第一部分带来的有益效果如下：
（1）、基于与外部时间基准源连接的第二设备，且第二设备通过白光光源进行时间标准信号的无线传输，白光光源直接照射到APD探测模块上，不需要经过准直过程，通过在移动目标上安装可对白色光信号进行探测的APD探测模块以及从APD探测模块生成的电脉冲信号中恢复出标准时间信号，有效地避免了自由空间激光时间同步技术和光纤时间同步所面临的诸多问题，实现了可靠且灵活度高的移动目标时间同步系统，在移动目标的时间同步方面具有很强的应用价值；
（2）、白光光源，例如白光LED等属于发散型面光源，通过设置多个白光光源以及APD阵列，提高了系统的功能可靠性；
（3）、通过基于动态误差的自适应加权平均算法，得到基于加权的时间估计值，以及通过LMS自适应时延估计算法模型，实现不需要信号和噪声的先验统计知识，在输入统计特性未知的情形下，达到时间估计值的最佳滤波，等效于消除了信道的影响，起到自适应信号均衡的作用，上述两种算法结合，使得第一设备最终恢复出的标准时间信号更准确，提高了系统的同步精度。
第二部分
第二部分提供了一种基于白光LED的移动目标时间同步方法， 所述移动目标时间同步方法基于第一部分所述的一种基于白光LED的移动目标时间同步系统，所述移动目标顶部安装有第一设备。
所述移动目标时间同步方法包括如下步骤：
S1、将移动目标停靠至第二设备位置处，且第二设备内白光光源处于第一设备内APD探测模块的正上方；
S2、白光光源发送包含有标准时间信息的光信号；
S3、第一设备内APD探测模块对所述光信号进行接收，恢复出包含有该标准时间信息的标准时间信号，并将恢复出的标准时间信号发送至移动目标；
S4、移动目标根据标准时间信号进行时间调整，所述时间调整包括对时，和/或，秒时钟校正，和/或，参考时钟校正。
优选地，所述S3具体包括如下子步骤：
S31、APD探测模块内的各个APD探测器分别接收其正上方的白光光源发送的光信号，并分别根据接收到的光信号生成对应的电脉冲信号，然后将各个所述电脉冲信号发送至预处理模块；
S32、预处理模块对各个APD探测器生成的所述电脉冲信号进行预处理，预处理后的电脉冲信号发送至解码模块；
S33、解码模块对预处理后的各个电脉冲信号进行解码，解码后生成与各个电脉冲信号一一对应的时间实测值；
S34、时间估计模块对所有时间实测值进行自适应加权平均处理，自适应加权平均后生成加权时间估计值，然后将所述加权时间估计值发送至延迟估计补偿模块；
S35、延迟估计补偿模块获取前后两个时刻的加权时间估计值，并将获取的前后两个时刻的加权时间估计值输入已构建的LMS自适应时延估计算法模型，前后两个时刻的加权时间估计值之间的延迟值为预设延迟值，经LMS自适应时延估计算法模型得到所述预设延迟值的标准值，并根据所述标准值对经LMS自适应时延估计算法模型滤波且时延后输出的在前时刻的加权时间估计值进行补偿，补偿后的加权时间估计值作为标准时间信号发送至移动目标。
优选地，所述S2具体包括如下子步骤：
S21、接入模块从外部的时间基准源接入标准时间信号，并将标准时间信号发送至编码模块；
S22、编码模块对标准时间信号进行编码，并将编码后的标准时间信号发送至调制模块；S23、调制模块根据编码后的标准时间信号调节白光光源的光强。
第二部分带来的有益效果与第一部分相同，在此不再赘述。
附图说明
图1为基于白光LED的移动目标时间同步系统的一种结构示意图；
图2为第一设备的一种逻辑框图；
图3为LMS自适应时延估计算法模型的一种结构框图。
具体实施方式
下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
参阅图1-图3，本实施例提供了一种基于白光LED的移动目标时间同步系统，包括用于安装在移动目标顶部的第一设备和用于与外部的时间基准源通信连接的第二设备；第二设备包括接入模块、编码模块、调制模块和白光光源，第一设备包括APD探测模块和解码模块，白光光源设置在APD探测模块的正上方。
接入模块用于从时间基准源接入标准时间信号，并将标准时间信号发送至编码模块。本实施例中标准时间信号包括1PPS+TOD、参考频率等。
编码模块用于对标准时间信号进行曼彻斯特编码，并将编码后的标准时间信号发送至调制模块。
调制模块用于根据编码后的标准时间信号调节白光光源的光强。具体地，调制模块将编码后的标准时间信号加载到白光光源上以调制白光光源的光强，并且由于调制频率达到MHz量级，人眼无法分辨光强变化，不会造成闪烁效果，因此白光光源兼顾了照明功能，绿色、环保、经济且安全。
APD探测模块用于接收白光光源的光信号，并根据接收到的光信号生成电脉冲信号，然后将电脉冲信号发送至解码模块。
解码模块用于对电脉冲信号进行曼彻斯特解码，解码后生成标准时间信号，并将标准时间信号发送至移动目标。
进一步地，白光光源为多个，APD探测模块包括多个APD探测器，各个APD探测器构成阵列分布，每列APD探测器的正上方均设置有至少一个白光光源。如图1所示，本实施例中白光光源采用白色LED，数量为三个，APD阵列包括两行两列，每列的两个APD探测器的正上方设置一个白光LED，可根据实际需要增加白色LED数量和APD探测器的数量。
进一步地，如图2所示，第一设备还包括延迟估计补偿模块、时间估计模块和预处理模块，预处理模块分别与各个APD探测器和解码模块连接，时间估计模块分别与解码模块和延迟估计补偿模块连接。
预处理模块用于对各个APD探测器生成的电脉冲信号进行预处理，并将预处理后的各个电脉冲信号发送至解码模块，解码模块对预处理后的各个电脉冲信号进行解码，解码后生成与各个电脉冲信号一一对应的时间实测值。此时间实测值表征带有延迟的时间信息。本实施例中预处理包括噪声抑制、脉冲判决与检测和整形去抖。噪声抑制、脉冲判决与检测以及整形去抖均采用普通实施例中的处理方案。
时间估计模块用于对所有时间实测值进行自适应加权平均处理，自适应加权平均后生成加权时间估计值，然后将加权时间估计值发送至延迟估计补偿模块。
延迟估计补偿模块用于获取前后两个时刻的加权时间估计值，并将获取的前后两个时刻的加权时间估计值输入已构建的LMS自适应时延估计算法模型，前后两个时刻的加权时间估计值之间的延迟值为预设延迟值，经LMS自适应时延估计算法模型得到预设延迟值的标准值，并根据预设延迟值的标准值对经LMS自适应时延估计算法模型滤波且时延后输出的在前时刻的加权时间估计值进行补偿，补偿后的加权时间估计值作为标准时间信号发送至移动目标。对在前时刻的加权时间估计值进行补偿，具体包括：
补偿经LMS自适应时延估计算法模型计算得到的预设延迟值的标准值；
补偿白光光源发出的光信号至APD探测器的自由空间路径延迟，该自由空间路径延迟可根据自由空间的距离预先设定，且各个APD探测器与白光光源之间的信号传输路径的距离基本一致，因此预先设定的自由空间路径延迟相同；
补偿第一设备和第二设备的硬件延迟。
可选地， 对所有时间实测值进行自适应加权平均处理，自适应加权平均后生成加权时间估计值，具体为：
将第一加权系数置为预设的初始值，然后执行第一加权系数取值步骤，第一加权系数取值步骤具体为：
A01、计算n时时间实测值的加权时间估计值
Figure 179644DEST_PATH_IMAGE001
，其中
Figure 303457DEST_PATH_IMAGE002
表示第i个APD探测器获取的n时时间实测值，i表示APD探测器序号，M表示APD探测器的总数量，
Figure 397928DEST_PATH_IMAGE003
表示第i个APD探测器的第一加权系数；
A02、计算第i个APD探测器获取的时间实测值的相对误差
Figure 872772DEST_PATH_IMAGE004
，其中
Figure 979399DEST_PATH_IMAGE005
表示n-k时的加权时间估计值，
Figure 957719DEST_PATH_IMAGE006
表示第i个APD探测器获取的n-k时时间实测值，k表示扩展时间数；
A03、计算第i个APD探测器获取的时间实测值的动态误差
Figure 491600DEST_PATH_IMAGE007
；
A04、若大于第一预设数量的APD探测器的动态误差均小于第一阈值或均在第一预设范围
内，则根据最新的第一加权系数生成最终的n时时间实测值的加权时间估计值，否则执行下一步；
A05、计算第一加权系数
Figure 453740DEST_PATH_IMAGE008
；
基于计算得到的第一加权系数再次执行第一加权系数取值步骤。
上述基于动态误差的自适应加权平均算法，即根据动态误差的大小来确定第一加权系数，动态误差大的项应给予更小的加权系数，使得加权平均值更接近真实值。
可选地，如图3所示，LMS自适应时延估计算法模型包括自适应滤波器单元、LMS算法单元和误差计算单元。其中自适应滤波器单元优选为FIR型自适应滤波器单元，通过FIR型自适应滤波器单元来模拟时间延迟滤波器。
自适应滤波器单元的输入信号端用于输入在前时刻的加权时间估计值，误差计算单元的参考信号端用于输入在后时刻的加权时间估计值，在前时刻的加权时间估计值表示为
Figure 832900DEST_PATH_IMAGE009
，在后时刻的加权时间估计值表示为
Figure 337830DEST_PATH_IMAGE010
，其中
Figure 367579DEST_PATH_IMAGE011
表示在前时刻的加权时间估计值中包含的时间值，τ表示预设延迟值，
Figure 817015DEST_PATH_IMAGE012
和
Figure 390078DEST_PATH_IMAGE013
均表示传输信道噪声。
误差计算单元用于比较在后时刻的加权时间估计值和经自适应滤波器单元滤波且时延后输出的在前时刻的加权时间估计值，形成误差项，在后时刻的加权时间估计值和经自适应滤波器单元滤波且时延后输出的在前时刻的加权时间估计值之间的关系表达式为
Figure 93723DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure 218674DEST_PATH_IMAGE015
为自适应滤波器单元内第j阶滤波器的第二加权系数，
Figure 906138DEST_PATH_IMAGE016
为误差项，m表示自适应滤波器单元的总阶数，且m阶的自适应滤波器单元的总延迟大于预设延迟值。
LMS算法单元用于计算预设延迟值的标准值，具体为：
将第二加权系数置为预设的初始值后输入自适应滤波器单元，然后执行第二加权系数取值步骤，第二加权系数取值步骤具体为：
B1、接收误差计算单元发送的误差项。
B2、若误差项的方差取得最小值，则确定第二加权系数
Figure 407527DEST_PATH_IMAGE015
的最大值所对应的j值，根据得到的j值计算预设延迟值的标准值
Figure 621471DEST_PATH_IMAGE017
，其中
Figure 668055DEST_PATH_IMAGE018
为自适应滤波器单元每一阶滤波器的运算时间，否则执行下一步。误差项的方差达到最小值时，自适应滤波器单元收敛，此时识别出第二加权系数
Figure 357662DEST_PATH_IMAGE015
（权矢量）的峰值位置，根据此峰值位置所对应的j值计算出前后两个时刻的加权时间估计值之间预设延迟值的精准值，即为预设延迟值的标准值。
B3、根据梯度下降法，生成下一个第二加权系数。本实施例中采用最速下降法进行梯度下降，完成迭代过程。
将生成的下一个第二加权系数输入自适应滤波器单元，然后执行第二加权系数取值步骤。
上述基于自适应FIR滤波器和LMS算法的时延估计过程，将对延迟值的估计转化为对FIR滤波器参数的估计，求得的预设延迟值的标准值为精确的延迟值，同时实现了不需要信号和噪声的先验统计知识，在输入统计特性未知的情形下，达到时间估计值的最佳滤波，等效于消除了信道的影响，因此极大地提高了移动目标时间同步系统的同步精度。
实施例二
第二部分提供了一种基于白光LED的移动目标时间同步方法，基于实施例一的基于白光LED的移动目标时间同步系统。移动目标的顶部安装有第一设备。
基于白光LED的移动目标时间同步方法包括如下步骤：
S1、将移动目标停靠至第二设备位置处，且第二设备内白光光源处于第一设备内APD探测模块的正上方。
S2、白光光源发送包含有标准时间信息的光信号。
可选地，S2具体包括如下子步骤：
S21、接入模块从外部的时间基准源接入标准时间信号，并将标准时间信号发送至编码模块。
S22、编码模块对标准时间信号进行编码，并将编码后的标准时间信号发送至调制模块。S23、调制模块根据编码后的标准时间信号调节白光光源的光强。
S3、第一设备内APD探测模块对光信号进行接收，恢复出包含有该标准时间信息的标准时间信号，并将恢复出的标准时间信号发送至移动目标。
可选地，S3具体包括如下子步骤：
S31、APD探测模块内的各个APD探测器分别接收其正上方的白光光源发送的光信号，并分别根据接收到的光信号生成对应的电脉冲信号，然后将各个电脉冲信号发送至预处理模块。
S32、预处理模块对各个APD探测器生成的电脉冲信号进行预处理，预处理后的电脉冲信号发送至解码模块。
S33、解码模块对预处理后的各个电脉冲信号进行解码，解码后生成与各个电脉冲信号一一对应的时间实测值。
S34、时间估计模块对所有时间实测值进行自适应加权平均处理，自适应加权平均后生成加权时间估计值，然后将加权时间估计值发送至延迟估计补偿模块。
S35、延迟估计补偿模块获取前后两个时刻的加权时间估计值，并将获取的前后两个时刻的加权时间估计值输入已构建的LMS自适应时延估计算法模型，前后两个时刻的加权时间估计值之间的延迟值为预设延迟值，经LMS自适应时延估计算法模型得到预设延迟值的标准值，并根据预设延迟值的标准值对经LMS自适应时延估计算法模型滤波且时延后输出的在前时刻的加权时间估计值进行补偿，补偿后的加权时间估计值作为标准时间信号发送至移动目标。
S4、移动目标根据标准时间信号进行时间调整，时间调整包括对时，和/或，秒时钟校正，和/或，参考时钟校正。
本发明具有如下显著优势：
1）白光LED广泛应用于照明，选用此光源可同时兼顾照明和通信功能，且白光对人体和环境是无害的，可做到绿色、环保、低碳。
2）相比于红外激光器，白光LED成本更低廉、可靠性更高、寿命更长。相比于常规时间同步系统中使用的砷镓铟（InGaAs）探测器，APD探测器灵敏度高、固有噪声小，能有效提高系统的检测信噪比和可靠性。
3）白光LED属于发散型面光源，其光线可直接照射到接收端的探测器上，而无需经过准直，提升了系统的可操作性和可靠性。
4）借助无线光通信原理实现了时间同步，避免了采用光纤时间同步所面临的光纤铺设、接口失效等问题。由于作用距离短，有效的避免了采用卫星/移动通信网授时所面临的强环境干扰和通信中断的问题。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于白光LED的移动目标时间同步系统，其特征在于，包括用于安装在移动目标顶部的第一设备和用于与外部的时间基准源通信连接的第二设备；所述第二设备包括接入模块、编码模块、调制模块和白光光源，所述第一设备包括APD探测模块和解码模块，所述白光光源设置在所述APD探测模块的正上方；所述APD探测模块为雪崩光电二极管探测模块；
所述接入模块用于从所述时间基准源接入标准时间信号，并将所述标准时间信号发送至编码模块；
所述编码模块用于对所述标准时间信号进行编码，并将编码后的标准时间信号发送至调制模块；
所述调制模块用于根据编码后的标准时间信号调节所述白光光源的光强；
所述APD探测模块用于接收所述白光光源的光信号，并根据接收到的光信号生成电脉冲信号，然后将所述电脉冲信号发送至解码模块；
所述解码模块用于对所述电脉冲信号进行解码，解码后生成所述标准时间信号，并将所述标准时间信号发送至移动目标；
所述白光光源为多个，所述APD探测模块包括多个APD探测器，各个所述APD探测器构成阵列分布，每列APD探测器的正上方均设置有至少一个所述白光光源；
所述第一设备还包括延迟估计补偿模块、时间估计模块和预处理模块，所述预处理模块分别与各个所述APD探测器和解码模块连接，所述时间估计模块分别与解码模块和所述延迟估计补偿模块连接；
所述预处理模块用于对各个APD探测器生成的所述电脉冲信号进行预处理，并将预处理后的各个电脉冲信号发送至解码模块；
解码模块对预处理后的各个电脉冲信号进行解码，解码后生成与各个电脉冲信号一一对应的时间实测值；
所述时间估计模块用于对所有时间实测值进行自适应加权平均处理，自适应加权平均后生成加权时间估计值，然后将所述加权时间估计值发送至延迟估计补偿模块；
所述延迟估计补偿模块用于获取前后两个时刻的加权时间估计值，并将获取的前后两个时刻的加权时间估计值输入已构建的LMS自适应时延估计算法模型，前后两个时刻的加权时间估计值之间的延迟值为预设延迟值，经LMS自适应时延估计算法模型得到所述预设延迟值的标准值，并根据所述标准值对经LMS自适应时延估计算法模型滤波且时延后输出的在前时刻的加权时间估计值进行补偿，补偿后的加权时间估计值作为标准时间信号发送至移动目标；所述LMS自适应时延估计算法模型为基于最小均方差的自适应时延估计算法模型；
所述对所有时间实测值进行自适应加权平均处理，自适应加权平均后生成加权时间估计值，具体为：
将第一加权系数置为预设的初始值，然后执行第一加权系数取值步骤，所述第一加权系数取值步骤具体为：计算n时时间实测值的加权时间估计值
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，其中
Figure 26527DEST_PATH_IMAGE002
表示第i个APD探测器获取的n时时间实测值，i表示APD探测器序号，M表示APD探测器的总数量，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
表示第i个APD探测器的第一加权系数；计算第i个APD探测器获取的时间实测值的相对误差
Figure 416051DEST_PATH_IMAGE004
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE005
表示n-k时的加权时间估计值，
Figure 277172DEST_PATH_IMAGE006
表示第i个APD探测器获取的n-k时时间实测值，k表示扩展时间数；计算第i个APD探测器获取的时间实测值的动态误差
Figure DEST_PATH_IMAGE007
；若大于第一预设数量的APD探测器的所述动态误差均小于第一阈值或均在第一预设范围内，则根据最新的第一加权系数生成最终的n时时间实测值的加权时间估计值，否则执行下一步；计算第一加权系数
Figure 966911DEST_PATH_IMAGE008
；
基于计算得到的第一加权系数再次执行第一加权系数取值步骤；
所述LMS自适应时延估计算法模型包括自适应滤波器单元、LMS算法单元和误差计算单元；
所述自适应滤波器单元的输入信号端用于输入在前时刻的加权时间估计值，所述误差计算单元的参考信号端用于输入在后时刻的加权时间估计值，在前时刻的加权时间估计值表示为
Figure DEST_PATH_IMAGE009
，在后时刻的加权时间估计值表示为
Figure 133581DEST_PATH_IMAGE010
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE011
表示在前时刻的加权时间估计值中包含的时间值，τ表示预设延迟值，
Figure 10401DEST_PATH_IMAGE012
和
Figure DEST_PATH_IMAGE013
均表示传输信道噪声；
所述误差计算单元用于比较在后时刻的加权时间估计值和经自适应滤波器单元滤波且时延后输出的在前时刻的加权时间估计值，形成误差项，在后时刻的加权时间估计值和经自适应滤波器单元滤波且时延后输出的在前时刻的加权时间估计值之间的关系表达式为
Figure 691525DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure DEST_PATH_IMAGE015
为自适应滤波器单元内第j阶滤波器的第二加权系数，
Figure 157141DEST_PATH_IMAGE016
为所述误差项，m表示自适应滤波器单元的总阶数，且m阶的自适应滤波器单元的总延迟大于所述预设延迟值；
所述LMS算法单元用于计算预设延迟值的标准值，具体为：
将第二加权系数置为预设的初始值后输入自适应滤波器单元，然后执行第二加权系数取值步骤，所述第二加权系数取值步骤具体为：接收误差计算单元发送的所述误差项；若所述误差项的方差取得最小值，则确定第二加权系数
Figure 619347DEST_PATH_IMAGE015
的最大值所对应的j值，根据得到的j值计算预设延迟值的标准值
Figure DEST_PATH_IMAGE017
，其中
Figure 780201DEST_PATH_IMAGE018
为自适应滤波器单元每一阶滤波器的运算时间，否则执行下一步；根据梯度下降法，生成下一个第二加权系数；
将生成的下一个第二加权系数输入自适应滤波器单元，然后执行第二加权系数取值步骤。
2.根据权利要求1所述的一种基于白光LED的移动目标时间同步系统，其特征在于，所述预处理包括噪声抑制、脉冲判决与检测和整形去抖。
3.根据权利要求1所述的一种基于白光LED的移动目标时间同步系统，其特征在于，所述编码模块用于对所述标准时间信号进行曼彻斯特编码，所述解码模块用于对所述电脉冲信号进行曼彻斯特解码。
4.一种基于白光LED的移动目标时间同步方法，其特征在于，所述移动目标时间同步方法基于权利要求1至3任一项所述的一种基于白光LED的移动目标时间同步系统，所述移动目标顶部安装有第一设备，所述移动目标时间同步方法包括如下步骤：
S1、将移动目标停靠至第二设备位置处，且第二设备内白光光源处于第一设备内APD探测模块的正上方；
S2、白光光源发送包含有标准时间信息的光信号；
S3、第一设备内APD探测模块对所述光信号进行接收，恢复出包含有该标准时间信息的标准时间信号，并将恢复出的标准时间信号发送至移动目标；
S4、移动目标根据标准时间信号进行时间调整，所述时间调整包括对时，和/或，秒时钟校正，和/或，参考时钟校正。
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