IGPS基站網絡時鐘同步及複雜網絡同步（簡體書）

本書主要研究IGPS基站網絡間時鐘同步及其他網絡同步問題，共分為6章。第1章為緒論，詳細綜述了時鐘同步國外和國內的研究現狀以及時鐘同步算法的研究現狀，並概述複雜網絡同步和當前研究存在的問題。第2章給出了本書用到的符號、一些基本概念和重要的引理。第3章介紹了IGPS的組成結構以及定位原理，分析了IGPS與定位誤差之間的關係，並總結出影響IGPS定位精度的因素。第4章主要研究了IGPS基站網絡的時鐘同步問題。第5章主要針對兩種不同類型的節點構成的複雜網絡同步問題進行研究,並通過數值仿真實例進一步解釋了理論結果。第6章在總結全書內容基礎上，提出了有待進一步研究的課題。

于淼，2010年7月碩博連讀畢業於北京理工大學自動化學院，2012年11月從清華大學電機工程與應用電子技術系電氣工程博士後流動站出站，2018年3月國家留學基金委公派澳大利亞科廷大學數學與統計系訪問學者，現任北京建築大學機電學院機械電子工程系黨支部書記兼副系主任。主要從事複雜網絡分析與控制、電力系統辨識與智能控制理論及應用方面的科學研究工作。曾作為負責人負責第50批全國博士後基金面上項目，主持並參與完成多項國家自然科學基金項目、國家留學基金項目、973項目和南方電網公司橫向研究項目等。擔任《Electronics
Letters》《AsianResearchJournalofMathematics》《JournalofControlandDecision》《電力自動化設備》《控制工程》《系統仿真學報》《電力系統及其自動化學報》《可再生能源》等國際國內期刊特約審稿人。近三年來在國際、國內刊物及國際學術會議上發表論文20餘篇，獲發明專利3項，並多次參加國內外學術會議的組織工作。

近年來， 越來越多的學者對時鐘同步問題的研究產生了濃厚興趣，並取得了一系列令人矚目的成果， 時鐘同步也已成為分布式網絡中的重要研究課題。作者在北京建築大學機電與車輛工程學院機械電子工程系複雜系統建模與控制團隊從事複雜系統同步與控制研究已有多年時間。隨著時鐘同步技術的不斷發展，作者敏銳地發現其在IGPS基站網絡間的廣闊應用前景， 從基本理論研究開始到實際應用， 均取得了一系列的成果； 同時，作者針對一些其他複雜網絡同步問題也進行了探索與研究。本書結合作者十餘年的理論研究成果和工程應用體會， 系統地介紹了IGPS基站網絡時鐘同步以及其他複雜網絡同步問題方面的基礎知識和最新進展。
本書第1章是相關背景和基礎知識的介紹，包括時鐘同步研究概況以及複雜網絡同步研究概況等。
第2章主要介紹本書中涉及的一些基本概念和主要引理，包括常用記號和特殊矩陣、圖的基本概念和圖的Laplacian矩陣。
第3章針對IGPS的組成結構以及定位原理進行了描述， 並詳細分析了系統的定位精確度。其中主要分析了IGPS乘性誤差因素最小邊界值，並通過仿真實驗， 總結出IGPS基站佈局和信號接收機高度對定位精度的影響以及此套IGPS的定位性能。
第4章針對IGPS基站網絡時鐘同步問題提出了兩種時鐘同步的算法。一種是自適應離散卡爾曼濾波方法， 該方法利用測量新息信息和狀態修正序列在估計窗內分段靜止的特性，
克服了傳統卡爾曼濾波過程過分依賴於數學模型和統計模型正確性的問題。使用這種方法可以在線實時修正和轉換IGPS基站間的時鐘相位偏差和時鐘偏移，找出最佳時鐘適應曲線， 並估計過程噪聲和測量噪聲的協方差矩陣。另一種是借助多智能體一致性理論思想的快速平均同步算法（FASA）來實現處於複雜網絡中時鐘節點之間具有通信延遲的同步。首先詳細闡述了實現FASA 的過程， 並從數學角度分析了此算法的收斂性，通過魯棒最優設計的方法來證明FASA 的收斂速率。通過與其他時鐘同步算法比較後， 得出FASA 在時間上達到了快速一致， FASA 已成功應用到具有延遲結構的IGPS基站網絡中， 同步時間可達到納秒級別， 數值仿真和實驗結果說明了FASA 的正確性和有效性。
第5章針對一類具有時滯節點和耦合延遲結構的網絡同步問題，
將自適應同步方法應用到該網絡中， 設計了自適應控制器。利用Lyapunov穩定性理論證明複雜網絡節點狀態局部或全域地漸近同步在網絡中獨立的節點狀態，並在由M－G系統組成的環狀網絡上證明了該自適應控制器的有效性。針對智能體慣性節點是二階系統且具有時變通信延遲和切換通信拓撲結構的網絡，研究了其指數同步問題。採用分解變化技術將網絡中每個節點的慣性作用合成到控制器的設計中， 對具有任意切換通信拓撲、拓撲圖為平衡圖且考慮通信延遲的分布式智能體慣性節點組成的網絡， 給出了實現指數二階同步控制的充分條件。
本書在系統介紹理論和方法的同時， 也結合了IGPS基站時鐘同步網絡的應用案例， 可供從事相關工作的高校師生、研究人員或相關部門工程師參考。

目錄
第１ 章緒論
１.１引言
１.２時鐘同步研究概況
１.２.１時鐘同步國外研究概況
１.２.２時鐘同步國內研究概況
１.２.３時鐘同步算法研究概況
１.３複雜網絡同步研究概況
１.４時鐘同步以及網絡同步問題研究的難點
１.５本書的結構安排
第２ 章基本概念和主要引理
２.１常用記號和特殊矩陣
２.２圖記的基本概念
２.３圖的Laplacian矩陣
２.４主要引理
第３ 章IGPS 定位精確度研究
３.１引言
３.２IGPS 組成結構及其定位原理
３.２.１IGPS 組成結構
３.２.２IGPS 定位原理
３.３IGPS 定位精確度研究
３.３.１IGPS 乘性誤差GDOP最小邊界
３.３.２IGPS 加性誤差因素
３.４仿真實驗
３.５本章小結
第４ 章IGPS基站網絡的時鐘同步
４. １引言
４. ２IGPS基站時鐘模型建立
４. ３一種新的自適應離散卡爾曼濾波時鐘同步方法
４. ３. １IGPS基站網絡時鐘同步分析
４. ３. ２一種新的自適應離散卡爾曼濾波時鐘同步方法
４. ３. ３實驗和仿真
４. ４一種時鐘快速平均同步算法（FASA）
４. ４. １問題描述和數學預備知識
４. ４. ２一種快速平均同步算法（FASA）
４. ４. ３FASA 收斂性分析
４. ４. ４FASA 收斂速度分析
４. ４. ５仿真與實驗
４. ５本章小結
第５ 章一些不同類型節點的網絡同步問題
５. １引言
５. ２自適應同步分析與控制器設計
５. ２. １含時滯節點和耦合延遲網絡模型描述
５. ２. ２含時滯節點和耦合延遲網絡的局部同步結果
５. ２. ３含時滯節點和耦合延遲網絡的全域同步結果
５. ２. ４數值仿真
５. ３含二階節點的帶通信延遲和切換拓撲結構的複雜網絡指數同步研究
５. ３. １數學模型及其網絡同步問題
５. ３. ２二階智能體慣性節點的分解變換
５. ３. ３含二階節點的任意切換拓撲結構的時滯複雜網絡同步
５. ３. ４仿真研究
５. ４本章小結
第６ 章總結與展望
６. １本書創新點
６. ２未來研究展望
參考文獻