申请/专利权人：中国电子科技集团公司第十四研究所

申请日：2024-02-07

公开（公告）日：2024-04-30

公开（公告）号：CN117956566A

主分类号：H04W56/00

分类号：H04W56/00

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2024.05.17#实质审查的生效;2024.04.30#公开

摘要：本发明涉及信号处理领域，具体涉及一种基于随机信号源的多无人机同步方法、装置、无人机。方法用于在具有N个外部随机信号源的环境下，对n台无人机进行同步，具体包括以下步骤：将第2台至第n台无人机收到的原始信号通过单向通讯传输到第1台无人机，第1台如人机作为处理节点；以第1台无人机为基准，计算其他无人机的总频率差，完成频率同步；完成频率同步后，再遍历所有无人机，计算每台无人机相对第1台无人机的时钟差、相对相位以及所有无人机的三维坐标，最终完成时、空、相位同步。本发明不依赖卫星导航、不需要时钟同步的辅助站、不增加额外双向链路的条件下，同时实现了无人机集群时间、空间、频率、相位同步。

主权项：1.一种基于随机信号源的多无人机同步方法，用于在具有N个外部随机信号源的环境下，对n台无人机进行同步，其特征在于，具体包括以下步骤：S1：将第2台至第n台无人机收到的原始信号通过单向通讯传输到第1台无人机，第1台如人机作为处理节点；S2：将rt与at均通过滤波，滤出一个外部随机信号源的信号得到r′t和a′t，rt与at滤出的是同一个外部随机信号源的信号，这个外部随机信号源的信号为第1个至第N个外部随机信号源中的任意一个；其中，t为时间；rt为第1台无人机接收到的原始信号；at为第2台无人机接收到的原始信号；r′t为rt通过滤波滤出一个外部随机信号源得到的信号；a′t为at通过滤波滤出一个外部随机信号源得到的信号；S3：尝试不同的额外频移Δf，并将使得a′t，Δf与r′t之间的互相关函数峰值最高时的Δf取值，作为粗略频差Δf1；其中，a′t，Δf＝a′tei2πΔft；Δf的取值范围为间隔预设数值的离散点；将a′t，Δf1与r′t之间互相关函数峰值所处位置的时间偏移量记为粗略延时差Δt1；其中，S4：将a′t-Δt1，Δf1和r′t均匀的切分成M1段，每段的时间长度为T，M1为任意正整数，对每段a′t-Δt1，Δf1和r′t分别做共轭积分，进而算出每段的相位，计算公式如下： 其中，Φm表示第m段的相位；Φm中的m的取值范围为1，2，3...，M1；arg.表示求括号内的复数的相位；r′*t表示r′t的共轭函数；计算残余频率差Δf2，公式为： 计算第2台无人机的总频差Δfc2，1，公式为：Δfc2，1＝Δf1-Δf2根据同样的方法，得到第3台至第n台无人机的总频差，完成频率同步，完成频率同步后，所有无人机的本振频率均为fc；S5：对每台无人机接收到的外部随机信号源的信号进行滤波，得到：r1t，r2t，......，rkt，......，rNt …… …… 其中，rkt表示从第1台无人机接收到的外部随机信号源的信号中过滤出的第k个外部随机信号源信号； 表示从第l台无人机接收到的外部随机信号源的信号中过滤出的第k个外部随机信号源信号；l的取值范围为2至n；S6：将rkt与之间互相关函数峰值所处位置的时间偏移量，记为第l台无人机使用第k个外部随机信号源信号得到的粗略时延差将rkt与的互相关函数峰值的相位，记为第l台无人机使用第k个外部随机信号源信号得到互相关峰相位S7：通过傅里叶变换得到和rkt的频谱Aklf、Rkf；其中，Aklf为通过傅立叶变换得到的结果；Rkf为rkt通过傅立叶变换得到的结果；f为频率；将Aklf与Rkf均匀分为M2段，M2为任意正整数，根据如下公式计算每一段频谱的相对相位： 其中，表示第l台无人机使用第k个外部随机信号源信号得到的第m段的相对相位； 中的m的取值范围为1，2，3...，M2；fs是无人机的采样频率，所有的无人机设置相同的采样频率；Akl*f表示Aklf的共轭函数；计算除第1台以外的每台无人机的精密时延差： 其中，表示第l台无人机使用第k个外部随机信号源信号得到的精密时延差；计算除第1台以外的每台无人机的总时延差： 其中，表示第l台无人机使用第k个外部随机信号源信号得到的总时延差；建立时空耦合方程组，并求解，得到所有无人机的三维坐标以及除第1台无人机以外的每台无人机的时钟差，根据时空耦合方程组求解的结果，完成空间和时间同步；时空耦合方程组具体为： 其中，l的取值为2至n共n-1个，k的取值为1至N，共N个，因此时空耦合方程组共有Nn-1个方程；c为光速；x1，y1，z1为待求的第1台无人机的三维坐标xl，yl，zl为待求的第l台无人机的三维坐标；Δtl，1为待求的第l台无人机的时钟差；xs，k，ys，k，zs，k为第k个外部随机信号源的三维坐标；N以及外部随机信号源的已知坐标个数P，需满足下式：Nn-1-4n-1-3N-P≥0计算除第1台无人机以外的其他无人机的相对相位： 其中，表示第l台无人机的相对相位；函数mod，表示取余数；计算时，k取1至N中的任意值；根据完成无人机的相位同步。

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