原创《基于改进TPSN和卡尔曼滤波时间同步算法》：该文是关于卡尔曼滤波论文范文，为你的论文写作提供相关论文资料参考。
摘 要： 给出一种基于改进TPSN和卡尔曼滤波提高TDOA定位中时间同步精度的方法.TDOA定位中,信号接收设备之间的时间不一致性,最终将反映到定位解算方程中的距离测量上,因此,信号接收设备之间的精确时间同步成为基于TDOA定位的核心技术之一.在比较了多种网络同步协议的基础上,改进主从节点间的TPSN同步协议.另外,针对定位系统中各时钟存在时钟偏移和时钟偏移率的缺陷问题,结合时钟偏移和时钟偏移率的分布特性,利用卡尔曼滤波算法进行时间同步误差的纠正.仿真结果表明,该算法能明显降低主从时钟之间的时间偏差.
关键词： 时间同步； TDOA； 时钟偏移； TPSN； 卡尔曼滤波； 同步精度
中图分类号： TN92?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2018）13?0005?05
Abstract： A method based on improved TPSN and Kalman filtering is presented to improve the time synchronization accuracy in TDOA location. Time inconsistency between signal receiving devices will ultimately influence on the range measurement in positioning resolving equation, so the precise time synchronization between signal receiving devices becomes one of the core technologies based on TDOA location. On the basis of comparing several network synchronous protocols, the TPSN synchronous protocol between master and slave nodes was improved. The method of estimating the clock skew and clock drift rate is studied to overcome the defects existing in each clock in location system. The Kalman filtering algorithm is used to correct the time synchronization error in combination with the distribution characteristics of clock skew and clock drift rate. The simulation results show that the proposed algorithm can obviously reduce the time deviation between master and slave clocks.
Keywords： time synchronization； TDOA； clock skew； TPSN； Kalman filtering； synchronization precision
0 引 言
基于目標辐射源的无线通信定位系统是由空间独立的信号接收设备（实现三维定位至少需要4台接收设备）、实现定位解算的中心控制系统和实现各接收设备之间通信的无线通信单元.其总体架构如图1所示.为实现移动通信用户的定位,必须实现以下几部分的技术研究：高灵敏度信号接收技术、接收设备之间的高精度同步技术和TDOA（Time Difference of Arrival）位置估计解算技术.基于TDOA的定位精度一方面取决于参考点的位置检测可靠性,另一方面取决于信号到达接收设备时间的测量精度.如果一个基于TDOA的无线定位系统不能实现各个接收设备之间的高精度时间同步,就不可能获得准确的由各接收设备发送的用于TDOA解算的到达时间值,也就不能获得准确的被测目标的位置解算.信号接收设备之间的时间不一致性最终将反映到定位解算方程中的距离测量上.信号接收设备之间的精确时间同步成为基于TDOA定位的核心技术之一,各信号接收设备间的低成本ns级的时间同步是高精度定位的难点之一.
传统的时间同步方法有自由同步和分布式同步两种.自由同步一般采用原子钟,具有高精度、不受干扰的优点,但是设备复杂、价格昂贵.分布式同步又可分为主从同步和转发同步[1].主从同步是主设备发射信号,从设备收到主设备信号后发射带有接收发射时间信息的信号,采用锁相环等技术,具有一定的抗干扰能力.转发同步是从设备直接转发主设备发射的信号,受传播路径的影响较严重.本文研究的系统采用主从同步方式.
1 相关研究
时间同步的本质是通过牺牲通信带宽和计算功耗来提高时间精度.由于通信带宽产生通信延迟抖动,CPU（Central Processing Unit）处理能力决定时间戳精度,因此,基于时间信息包交换的时间同步精度主要由两个方面决定：有偏差的物理时钟和时间信息交换协议（即时间同步算法）[2?3].
1.1 无线分布式网络的时间同步
基于有线网络的传统时间同步技术在不改变其低功耗等特征时很难应用到无线网络[4?6].关于无线通信网络时间同步已有多种协议得到广泛应用,主要可分为以下几类：
1） 基于发送者?接收者的双向同步,典型算法如TPSN（Timing?Sync Protocol for Sensor Networks）算法[2,4,7?8].
卡尔曼滤波论文参考资料：
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