1-3开题报告-河北科技大学

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1、毕业设计开题报告题目：基于卡尔曼滤波的授时算法仿真研究学生姓名：王朝广学号：0090701214专业：电子信息工程指导教师：安国臣2013年3月25口1.结合毕业设计课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述:1.1引言时间作为一个基木物理量，其产生由来已久。随着社会的发展和科技的不断进步，人类对时间的精度要求也越来越高,而且国民经济建设、国防建设以及许多工程应用也都对时间的精度提出了更高的要求。随着全球定位系统的逐步建立，使得利用卫星上的高精度原子钟来获取高精度的时间成为可能。随着

2、通信网络技术的发展，航空、金融、铁路运输等业务系统的开展都实现了自动化、网络化，要确保这些业务系统协同工作，必须拥有一个准确、统一的基准时间，称为标准时钟。目前获取标准时钟授时的途径有：星信号授时、CCTV电视信号授时、W家授时中心（NTSC）长短波等多种方式［12］。在一个业务系统中，各个业务节点上的各种通信设备或计算机设备的时间信息（年月日时分秒）与基于UTC（协调世界时）的时间偏差需要限定在足够小的范围内（如100mS），这种同步过程叫时间同步。通常，业务系统中首节点获取的授时吋间（即基准钟）与标准

3、时间相比误差小、精度高，然而首节点将标准吋间利用冇线或者无线网络分发到其他下级节点时，会存在偏差，即时延［5］。这些时延包括：信号的处理时延、信号的传输时延、介质访问时延、噪声干扰时延等，使得发送端与接收端存在时间不同步，或荞存在时间精度不高的问题。为了提高这种基于通信网络中端到端模式下时间传输的精度，本文提出了一种采用卡尔曼滤波的修正方案，使其能进一步提高授时精度。1.2网络授时精度分析系统时M疗节点时间用户时间图1时间关系在通信网络授时屮，用户级节点获得授时时间tu、首节点获取的基准时间to与系统吋间

4、TQ（NTSC提供UTC标准吋间）都存在偏差。它们之间的吋间偏差情况如图1所示。首节点获取的基准时间t。与系统时间T。会存在的时间偏差，但是t0的获取一般通过卫星授时或者长短波授时完成，通过修正可获得精度很高的时间，因此可以将这个时间偏差是由于通信网络传输时产生的时延，这种时延受到网路传输质量影响很大，对传输的时间精度会产生严重影响。对于通信网络传输标准时间产生的时间偏差可以分解为同有时延、时延抖动和突发时延3部分构成，其中固冇吋延是由于信号在硬件环境处理、传输中固有存在的;时延抖动是由于环境噪声干扰产生

5、，具有波动性；突发时延是由于突发性因素造成，具有不确定性［7］。为了提高用户端的时间精度，必须精确地计算出时间偏差。因此，在首节点采用定时发送时间片，用户端接收从首节点发出的时间片信息，并根据这些接收的信息和本地时间信息建立一个线性数学模型，然后系统再根据这个数学模型得到木地时钟与参考时钟的时间偏差，利用卡尔曼滤波对固有时延进行估计，减小时延抖动和突发时延的影响，通过当前采样点的时延估计来对下一采样点的时延进行预测，然后由下一采样点的量测时延对预测时延进行更新，修正当前用户端吋间tu。这是一个连续的过程，

6、随着采样点的增多，所建立的数学模型也变得越来越准确，此时它所获得的精度差也将越来越准确。其卡尔曼滤波修正时间原理如图2所示。图2卡尔曼滤波修正时间原理1.3卡尔曼滤波器的设计卡尔曼滤波为线性时变系统的一种线性无偏最小均方误差估计，它根据噪声的统计特性和当前的测量值对状态量做出最优估计。卡尔曼滤波器实质上是一套数字计算机实现的递推算法，每个递推周期中包含对被估计量的时间更新和测量更新2个过程。时间更新由上一步的测量数据更新结果和设计卡尔曼滤波器时的先验信息确定，量测更新则在时间更新的基础上根据实时获得的测量

7、数据确定。卡尔曼滤波器给出了一个应用状态变量概念的公式。而且，不同于其他的递归滤波器结构，它只需要记住一步的估计结果。考虑过程噪声和测量噪声两个随机变量的状态模型称为随机状态模型。用下而两个方程描述离散状态模型：1)过程方程：x{k+1)=Av(A)+Bu{k)+rr(A)其中，WA)是由于过程模型的不确定性而产生的模型噪声，它可能是最难量化的参数。2)输出方程：y(A)=Cx(A)+k(A)其中，r(々)是测量噪声。1)过程状态估计：状态估计分为两步，如图2所示。一个是两个采样周期之间的状态转移阶段，这

8、个阶段叫做TU(TimeUpdate)阶段：xf(A

9、A-1)二Ax/(A-1)+Bu(k-1)；另一个是获得/(A)的t时刻过程状态更新阶段，这个阶段叫MU(MeasurementUpdate)阶段.2)噪声过程卡尔曼估计滤波器可以根据控制信号〃(A)和测量输出()byk,來估计过程输出/(A)和状态变化WA)。需要的先验知识包括噪声WA)、「(/<)的方差，以及如果不为零时它的互相关性。过程描述(见下图)x=Ax+b(