一种补偿水声通信时延的uuv分布式控制系统时间对准方法
【专利摘要】一种补偿水声通信时延的UUV分布式控制系统时间对准方法，涉及一种UUV分布式控制系统时间对准方法。为了解决UUV水声通信时延给时间对准带来的影响的问题。所述方法包括如下步骤：步骤一、水下的UUV使命控制计算机与水面监控系统进行时间对准，利用水声通信时延对使命控制计算机的时间进行更新；步骤二、UUV分布式控制系统的所有网络节点与更新后的使命控制计算机的时间对准。考虑了水声传播速度随海洋的温度、盐度、密度等的变化情况，补偿了水声通信时延，消除了水声通信时延给精确时间对准带来的影响。具有高效性，对于军事用途的UUV可降低暴露的风险。
【专利说明】
_种补偿水声通信时延的u UV分布式控制系统时间对准方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种UUV分布式控制系统时间对准方法，特别涉及一种补偿水声通信时延的UUV分布式控制系统时间对准方法，该方法考虑了水声传播速度随海洋的温度、盐度、密度等的变化情况，补偿了水声通信时延，可实现对UUV分布式控制系统的准确对时。【背景技术】
[0002]水下无人航行器(Unmanned Underwater Vehicle，UUV)执行高精度海底观测、军事侦察等任务时，要求将观测数据、侦察情报准确地进行空间/时间四维标图，因此要求在 UUV到达任务区域并开始执行任务前对其分布式控制系统进行准确对时。
[0003]UUV到达任务区域并开始执行任务前，通过水声通信与水面监控系统进行对时。由于水声传播速度随海洋的温度、盐度、密度等的变化而发生改变，由水声通信引起的通信时延具有不确定性，会对时间对准精度产生影响，因此在精确对时时需要补偿水声通信时延。
[0004]对现有的技术文献检索发现，目前国内外在时间对准方面的研究大多应用于陆地;在较少的水下系统时间对准方法中，通常假设水声传播速度为固定值1450m/s，但该速度实际上随海洋的温度、盐度、密度等的变化而发生复杂的变化。文献《T i m e Synchronizat1n for High Latency Acoustic Networks,高延迟声学网络的时间同步》 (25th IEEE Internat1nal Conference on Computer Communicat1ns,April 23,2006-April 29，2006)与文南犬《Mob1-sync:Efficient Time Synchronizat1n for Mobile Underwater Sensor Networks,运动同步:水下运动传感器网络的高效时间同步》(53rd IEEE Global Communicat1ns Conference,GL0BEC0M 2010,December 6,2010-December 10,2010)中提出的时间同步算法均假设水声传播速度为固定值，具有局限性。洪峰等在文献《水下传感器网络时间同步技术综述》(电子学报，2013年5月，P960-965)中提到了陆地传感器网络时间同步算法用于水下环境的不足以及水下传感器网络同步的几个关键问题，但并未针对UUV给出具体的时间对准方法。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为了解决UUV水声通信时延给时间对准带来的影响的问题，本发明提供一种补偿水声通信时延的UUV分布式控制系统时间对准方法。
[0006]本发明的一种补偿水声通信时延的UUV分布式控制系统时间对准方法，
[0007]所述方法包括如下步骤:
[0008]步骤一、水下的UUV使命控制计算机与水面监控系统进行时间对准，利用水声通信时延对使命控制计算机的时间进行更新；
[0009]步骤二、UUV分布式控制系统的所有网络节点与更新后的使命控制计算机的时间对准。
[0010]所述步骤一具体包括:
[0011]使命控制计算机主动向水面监控系统发送时间对准请求信号，水面监控系统接收到时间对准请求信号后立即将当前时间t回传至使命控制计算机，使命控制计算机通过计算水声通信时延对接收到的时间t进行补偿修正，并以补偿修正后的时间对自身时间进行校正更新，获得更新后的当前时间。
[0012]所述水声通信时延为td=( At-AtO/2, Ati为水面监控系统从接收水声通信信号到回传信号所需的处理时间，A t为使命控制计算机发送时间对准请求信号到接收回传 f目号的时间差。[0〇13] 所述步骤一中，获得更新1后的当前时间为tmissi〇n=t+td。
[0014]所述步骤二具体包括:
[0015]UUV分布式控制系统的所有网络节点通过网络交换器与使命控制计算机相连，使命控制将当前时间Ulsslcin通过网络通信广播同时发送至UUV分布式控制系统的所有网络节点，各网络节点收到时间tmiss1n后，再将各节点的时间更新为=A t2, A t2为补偿的网络通信时延。[001 6]本发明的有益效果在于，考虑了水声传播速度随海洋的温度、盐度、密度等的变化情况，补偿了水声通信时延，消除了水声通信时延给精确时间对准带来的影响。时间对准的时机由水下UUV根据任务进展情况主动发起，只需一次水声通信即可完成时间对准，具有高效性，对于军事用途的UUV可降低暴露的风险。【附图说明】[〇〇17]图1为UUV分布式控制系统空间示意图。
[0018]图2为使命控制计算机与水面监控系统时间对准示意图。【具体实施方式】
[0019]结合图1，本实施方式为一种补偿水声通信时延的UUV分布式控制系统时间对准方法，包括:
[0020]步骤一、实现水下的UUV使命控制计算机与水面监控系统的时间对准:
[0021]结合图2,使命控制计算机与水面监控系统时间对准示意图，可以分析使命控制计算机与水面监控系统时间对准的具体实现过程。UUV到达任务区域并开始执行任务前，使命控制计算机通过通信声纳主动向水面监控系统发送时间对准请求信号的同时，记录使命控制计算机当前时间t1;水面监控系统接收到时间对准请求信号后，立即将当前标准时间t通过通信声纳回传至使命控制计算机，使命控制计算机记录通信声纳的接收回传信号时间 t2;计算从使命控制计算机发送时间对准请求信号到接收回传信号的时间差A tits-ti。若水面监控系统从接收水声通信信号到回传信号所需的处理时间为A tl，则水声通信信号从水面监控系统传输到使命控制计算机的通信时延td= ( A t-A tl)/2。根据水面监控系统回传的标准时间t对使命控制计算机进行时间校准，将使命控制计算机的当前时间更新为 tmissicin=t+td。此过程完成了使命控制计算机与水面监控系统的时间对准。[〇〇22]步骤二、实现UUV分布式控制系统的所有网络节点与使命控制计算机的时间对准:
[0023] UUV分布式控制系统的所有网络节点通过网络交换器与使命控制计算机相连，使命控制计算机按照步骤一完成时间对准后，将当前时间Ulsslcin通过网络通信广播同时发送至UUV分布式控制系统的所有网络节点，各网络节点收到时间tmisslcin后首先补偿网络通信时延A t2,再将各节点的时间更新为tn〇de = tmiss1n+ A t2〇
【主权项】
1.一种补偿水声通信时延的UUV分布式控制系统时间对准方法，其特征在于，所述方法 包括如下步骤:步骤一、水下的UUV使命控制计算机与水面监控系统进行时间对准，利用水声通信时延 对使命控制计算机的时间进行更新；步骤二、UUV分布式控制系统的所有网络节点与更新后的使命控制计算机的时间对准。2.根据权利要求1所述的一种补偿水声通信时延的UUV分布式控制系统时间对准方法， 其特征在于，所述步骤一具体包括:使命控制计算机主动向水面监控系统发送时间对准请求信号，水面监控系统接收到时 间对准请求信号后立即将当前时间t回传至使命控制计算机，使命控制计算机通过计算水 声通信时延对接收到的时间t进行补偿修正，并以补偿修正后的时间对自身时间进行校正 更新，获得更新后的当前时间。3.根据权利要求2所述的一种补偿水声通信时延的UUV分布式控制系统时间对准方法， 其特征在于，所述水声通信时延为td=(At-At1)/2，At1为水面监控系统从接收水声通信 信号到回传信号所需的处理时间，At为使命控制计算机发送时间对准请求信号到接收回 传信号的时间差。4.根据权利要求3所述的一种补偿水声通信时延的UUV分布式控制系统时间对准方法， 其特征在于，所述步骤一中，获得更新后的当前时间为tmisslcin=t+td。5.根据权利要求4所述的一种补偿水声通信时延的UUV分布式控制系统时间对准方法， 其特征在于，所述步骤二具体包括:UUV分布式控制系统的所有网络节点通过网络交换器与使命控制计算机相连，使命控 制将当前时间tmisslcin通过网络通信广播同时发送至UUV分布式控制系统的所有网络节点， 各网络节点收到时间，再将各节点的时间更新为At2，At2为补偿的 网络通信时延。
【文档编号】H04J3/06GK106027188SQ201610317265
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月12日
【发明人】徐健, 胡志坚, 田国强, 张耕实, 汪慢
【申请人】哈尔滨工程大学