一种移动目标间的无线同步系统

技术领域

[0001]本实用新型涉及无线通信领域，特别涉及一种移动目标间的无线同步系统。

背景技术

[0002]移动目标间的时间同步对于多个目标组网协同工作至关重要。以无人机蜂群的时间同步为例 。无人机是一类无人驾驶的飞行器，它是在航空模型飞机的基础上演变而来的不载人飞机，所利用的是无线电遥控装置和本身自带的程控设备。伴随着微机电、微电子、光电子、隐身、通信与网络以及航空航天等高新技术的迅猛发展，无人机的技术发展和应用也取得了很大的进步，逐渐获得了研究人员的关注。由于各种前沿技术的发展和武器的应用，无人机将面临更加恶劣的战场环境、愈发艰难的作战任务、十分宽广的作战范围，这对传统的无人机控制技术提出了挑战。随着作战范围的日益扩大，作战难度和任务复杂程度的日益加强，一个无人机在执行任务就容易出现一些的问题，如单架无人机执行较为繁重的任务时时间过长，也可能受到观察角度的限制遗漏，可能造成不能够全方位的去监测侦察或者攻击目标；另外，万一单架无人机在飞行途中一旦出现问题，需要返航，这将耽搁完成任务的时间进度，影响全局，在作战过程中甚至可能破坏整体工作计划。由于这些原因，研究员们投入了更大的精力在多无人机协同完成任务这一问题上，多架共同执行任务的无人机构成了一个多无人机协同系统，通过利用生物群体的一些现象，来解决这一系列的问题。这种多无人机协同系统我们称之为无人机蜂群。

[0003]由于无人机蜂群中的无人机数量众多，无人机间既需要获得相对的位置、又需要能够准确地交互信息，这需要无人机间的时间能够精确地同步。因此，研究基于无人机蜂群的分布同步技术是十分必要的，且具有重要的科学意义和现实价值。

[0004]现在各国也对无人机的研究越来越重视，也将较大的人力以及财力投入到了多无人机协同控制理论的研究中，就是希望通过无人机的数据链进行相互通信，彼此协同，更加有效的完成各种任务。在国外，现在也已经展开了许多在多无人机协同控制领域的研究，其中具有代表性的项目有美国国防部高级研究计划局（DARPA）研究的自治编队混合主动控制项目（MICA）、欧洲EEC资助的实时定位和多机协同控制项目（COMETS）等。MICA项目是为了寻求一些新的方法去监视和控制目标，便于人可以更好地投入到整个战场的管理过程中，相对较少的工作人员就可以完成对较大型的无人机作战体系的指挥。COMETS主要的研究是针对多类无人机的协同监视与检测系统，研究目标是为系统设计并且实现集成分布式感知技术，实时图像处理能力和分布式控制结构，能够在森林火灾监视任务中，演示验证系统的能力。这些项目研究了多无人机协同系统的资源处理、调整措施、操作系统和多无人机协同航迹规划问题。

[0005]美国空军技术学院在“捕食者”和“全球鹰”无人侦察机的基础上，对多个无人机的协同控制同步侦察任务规划问题展开了许多的研究。Darin T．Brown把“捕食者”和“全球鹰”UAV作为背景，研究有关UAV的任务航线规划问题，把UAV航迹规划的任务问题抽象成为带路径长度和时间窗约束的VRP模型，VRP模型中的一个车辆对应一架UAV，VRP模型中的顾客对应所要侦察的任务目标，优化目标为最短航线距离，问题利用禁忌搜索算法进行解决。美军联合部队司令部通过“阿尔法计划”展开了关于UAV自主“集群”作战效能的研究。通过仿真结果，把装有武器以及传感器的无人机群与现存的某个可执行单元进行了对比分析。在霍普金斯大学，应用物理实验室对“集群”单元应用于搜索地面目标的两种算法进行了比较。这些国外的研究都无一例外的对飞人机群协同任务中的时间同步任了深入的和详细的研究。

[0006]国防科学技术大学的苏菲等人研究了有关无人机协同多任务分配的问题(CMTAP)，采用的是蚁群算法。在基本的CMTAP 模型基础上，建立了一种扩展的协同多任务时间同步分配模型，全方面地考虑了多类复杂约束条件，包括无人机任务能力的差别和动态任务时间约束，在多子群蚁群算法的基础上，采用基于分工原则的蚁群算法，解决了CMTAP 问题。根据多任务协同分配的特点，设计了一种状态转移规则，是基于任务代价和任务能力评估问题的解构造策略，也使算法的性能得到了提高。南京航空航天大学赵敏、姚敏将无人机群作为一个整体的研究对象，因为要提高效率、降低油耗，对任务和航线进行了综合规划。为了减少机群完成任务的时间和无人机飞行的航程，提出了新的方法即一种启发式的任务和轨迹综合规划方法。也为了能减小机群完成任务的总时间，使各无人机的任务执行时间基本均衡，让同一无人机执行多个任务事在路径上能够相邻。从以上可以看出，虽然国内对无人机的研究起步较晚，但国内对无人机群协同任务中的时间同步研究也已有了一定的研究基础。

[0007]目前亟需一种能够将多个移动目标之间的时间同步系统。

实用新型内容

[0008]本实用新型的目的在于：提供了一种移动目标间的无线同步系统，在主机和从机上设置不同频率的射频源A和射频源B，然后通过主机上的双工器A和从机上的双工器B，实现主机和从机上不同频率的射频源的收发，并且使用时间间隔测量器进行高精度时间对比，然后使用主机上的处理器A对时延误差进行计算处理，获得的处理结果反馈给从机的处理器B，进而调整从机的时间信号相位，达到本地和远端高精度时间同步，解决了上述问题。

[0009]本实用新型采用的技术方案如下：

[0010]一种移动目标间的无线同步系统，包括一个主机和至少一个从机，所述主机包括一个射频源A，每个从机内都设置有一个射频源B，所述射频源A和射频源B的频率不同；

[0011]所述主机还包括天线A、双工器A、解调器A、时间间隔测量器A和处理器A，所述每个从机都还包括天线B、双工器B、解调器B、时间间隔测量器B和处理器B；所述射频源A连接到时间间隔测量器A，所述射频源A还通过双工器A分别连接到天线A和解调器A，所述解调器A连接到时间间隔测量器A，所述时间间隔测量器A连接到处理器A；所述射频源B连接到时间间隔测量器B，所述射频源B还通过双工器B分别连接到天线B和解调器B，所述解调器B连接到时间间隔测量器B，所述时间间隔测量器B连接到处理器B。

[0012]为了更好地实现本方案，进一步地，所述时间间隔测量器A连接到射频源A，时间间隔测量器B连接到射频源B。

[0013]为了更好地实现本方案，进一步地，所述时间间隔测量器B通过时延器后作为从机输出信号输出。

[0014]为了更好地实现本方案，进一步地，所述时延器连接到处理器B。

[0015]为了更好地实现本方案，进一步地，所述射频源A的中心频率为1GHz，所述射频源B的中心频率为1.1GHz。

[0016]为了更好地实现本方案，进一步地，所述处理器A和处理器B均选用FPGA。

[0017]在本系统中，以主机作为系统的核心时间主站，从GPS或北斗卫星等外部获取绝对时间，再通过双向时间比对方式与各从机实现分布式时间同步。而主机与任一从机都采用独立微波信道，信道间互不干扰。这样可以保证分布式时间同步任何一路的精度。

[0018]为了实现双向时频对比，本方案在主机和从机内分别设置一台中心频率不同的高稳射频源A和射频源B作为载频信号。在主机和从机之间进行时间同步时，首先将主机的时间信号调制到射频源A上，将从机的时间信号调制到射频源B上，在主机和从机内，分别通过天线A、天线B接收对方发送来的微波信号，然后分别经过双工器A或双工器B输入到解调器A或解调器B恢复出来时频信号，将恢复出来的时频信号送入时间间隔测量器A或时间间隔测量器B进行时间比对，然后送入处理器A和处理器B分别计算出主机和从机的双向时频传递的时间误差，然后主机计算出的结果反馈到从机，驱动从机的射频源B和处理器B进行调整时间信号相位，最终实现自由空间时间传递链路的高精度时延补偿，达到本地和多个移动目标之间的高精度同步。

[0019]综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

[0020]

1.本实用新型所述的一种移动目标间的无线同步系统，在主机和从机上设置不同频率的射频源A和射频源B，然后通过主机上的双工器A和从机上的双工器B，实现主机和从机上不同频率的射频源的收发，并且使用时间间隔测量器进行高精度时间对比，然后使用主机上的处理器A对时延误差进行计算处理，获得的处理结果反馈给从机的处理器B，进而调整从机的时间信号相位，能够实现本地和远端高精度时间同步；

[0021]

2.本实用新型所述的一种移动目标间的无线同步系统，在主机和从机上设置不同频率的射频源A和射频源B，然后通过主机上的双工器A和从机上的双工器B，实现主机和从机上不同频率的射频源的收发，并且使用时间间隔测量器进行高精度时间对比，然后使用主机上的处理器A对时延误差进行计算处理，获得的处理结果反馈给从机的处理器B，进而调整从机的时间信号相位，实现本地和远端高精度时间同步，并且系统结构简单，对主机和从机的负担小。