CN101009544A - 自动锁相跟踪时钟同步的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动锁相跟踪时钟同步的系统及方法，所述系统包括：时钟源接收装置，用于接收时钟源的秒脉冲信号与状态数据；时钟锁相控制装置，与时钟源接收装置相连，读取时钟源的状态数据进行分析，以对接收到的秒脉冲信号选择出一路进行锁相跟踪，将跟踪后的信号以用户需要的频率输出。所述方法包括：a.接收时钟源的秒脉冲信号及状态数据；b.对时钟源状态数据进行分析，根据分析结果选择出一路秒脉冲信号；c.对选择出的秒脉冲信号进行锁相跟踪，以用户需要的频率输出锁相跟踪后的信号。以解决使用“北斗一号”接收单元中需要手动提供当地参数不足的问题；同时也解决使用GPS作为同步源的时钟同步系统又不可靠的问题。

Description

自动锁相跟踪时钟同步的系统及方法

技术领域

本发明涉及通信领域的时钟同步技术，特别是涉及一种利用卫星系统主备自动锁相跟踪时钟同步的系统及方法。

背景技术

数字同步网是通信网络的三大支撑网之一，是通信网必不可少的重要组成部分，是确保整个通信网时钟同步的关键。对于数字通信网来说，它需要提供多种不同应用的业务，从普通业务到智能增值业务，从语音到数据、图像等综合业务。所述这些综合业务的并存使得系统的同步问题显得越来越重要。

所述同步是通信网内各种设备之间相互通信的基础，如果没有良好的同步，数字信息在传递过程中就不可避免地会出现误码、滑码等现象，从而造成通信质量的下降。根据通信业务的不同，它的影响程度也不同。例如，对于语音通信来说会听到卡搭声；对于传真业务会造成信息不全；对于数据业务丢包率会增高；而对于图像传送会出现模糊不清等现象。因此为了确保业务的通信质量，高可靠的时钟同步系统在通信网中是必不可少的。从而引入时钟锁相环的概念。所述时钟锁相环指标的好坏直接关系到数字通信网能否正常工作，因此其实现方法至关重要。

目前，实现数字同步网的时钟同步主要通过三种方式：

第一种方式是依赖于全球定位系统。比如，我国数字同步网的时钟同步主要依赖于全球定位系统(GPS，Global Positioning System)，即数字同步网的时钟同步系统都以GPS作为同步时钟源，其系统缺点是不可靠，时钟精度与可靠性受制于美国的GPS政策(或由美国控制)。就目前来说，利用GPS作为同步源的时钟同步时钟加了扰动，并且存在严重的安全隐患。另外，对于GPS接收单元的参数不配置，这样接收精度就更低。

第二种方式是利用“北斗一号”卫星导航系统。所述“北斗一号”卫星导航系统在2003年5月25日是由我国自主研制的、全天候、区域性卫星导航定位系统，该系统具有定位、授时、通信三大功能。并于2004年正式向军、民用户开放。所述“北斗一号”卫星导航定位系统，简称BD，该系统不受他国控制和限制，其可用性、可依赖性和安全性更有保障，为中国人用自主的卫星系统建设我国数字同步网、确保通信网的安全运行提供了可靠的技术保障。从而弥补了GPS不具有可依赖性的问题。

但是，目前所有设备使用我国“北斗一号”时钟同步系统作为同步源的时钟同步系统，该系统的时钟精度虽然优于GPS。但是该系统需要手动提供当地的经度、纬度、海拔等参数，另外，因为考虑到成本和复杂性，使用的“北斗一号”时钟同步接收系统都是单向的，所以要根据不同的设备安装地点手动输入不同的参数，使用起来不方便，工程安装比较麻烦。

第三种方式是具备GPS和“北斗一号”卫星导航定位系统的两种时钟源，可以通过由人工进行切换，其随意性比较大，可以根据需要想使用什么系统就使用什么系统的时钟，假如该系统已经存在隐患，但是在手工切换该系统之前并不知道，但还是切换到该系统，其使用的可靠性不大，当选中上述系统中的一种时，具备该系统的缺点，同时使用时也比较复杂。

因此，现有技术的缺点是：1)若使用GPS系统作为同步源的时钟同步不具有可依赖性，以及存在严重的安全隐患；另外，对于GPS接收单元的参数不配置，影响接收精度。2)若使用北斗一号”卫星导航定位系统，随然弥补了GPS不具有可依赖性的问题，但是该系统需要根据不同的设备安装地点手动提供当地的经度、纬度、海拔等参数，其使用不方便，安装复杂。

发明内容

本发明技术问题是在于提供一种利用卫星系统主备自动锁相跟踪时钟同步的系统及方法，以解决单纯使用一种卫星系统作为时钟源而可能造成的需要手动提供当地参数不足的问题或时钟同步系统不可靠的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种自动锁相跟踪时钟同步的方法，所述方法包括：

a、接收时钟源的秒脉冲信号及状态数据；

b、对时钟源状态数据进行分析，根据分析结果选择出一路秒脉冲信号；

c、对选择出的秒脉冲信号进行锁相跟踪，以用户需要的频率输出锁相跟踪后的信号。

所述时钟源至少包括一主用时钟源和一备用时钟源。

所述步骤b包括：

b1、获取备用时钟源的数据信息，并将所述信息输入到主用时钟源接收系统中；

b2、读取所述主用时钟源的数据信息，若所述数据信息有效，则选择主用时钟源提供的秒脉冲信号；否则，切换到备用时钟源提供的秒脉冲信号；

b3、执行步骤c后返回步骤b2。

在时钟切换过程中为消除脉冲信号的抖动包括如下步骤，：

a、在控制系统还没有读取鉴相值之前，先判断所述时钟是否发生了切换，若没有，则读取该鉴相值，进行正常的锁相计算，结束；若切换，则执行步骤b；

b、读取该鉴相值，并将所述鉴相值与上次读取的鉴相值进行比较，如果发生突变，则不进行锁相计算，并将该鉴相值作为下次计算值保存；如果没有突变，进行正常的计算；

c、再次读取鉴相值，并将该鉴相值与上次保存的鉴相值进行比较，如果有突变，该读取鉴相值作为下次计算值保存；如果没有突变，进行正常的计算。

所述主用时钟源为北斗卫星系统，所述备用时钟源为全球定位系统，步骤b2中所述数据信息有效是指：所述数据信息中的接收卫星数大于或等于2颗，且接收有效位正确。

所述步骤b1中所述获取备用时钟源的数据信息为：

b11、对全球定位系统接收单元的数据信息进行初始配置；

b12、读取所述全球定位系统接收单元的接收时钟的有效位和接收卫星的数量；

b13、判断所述有效位是否正确，且所述接收卫星的数量是否大于或等于4颗；若有效位正确，且接收卫星的数量大于或等于4颗，则读取全球定位系统接收单元的数据信息；否则，执行步骤b14；

b14、判断是否有手动输入的坐标参数，若有，执行步骤b2；否则，修改锁向环的参数后执行步骤b2。

步骤b2中所述切换到备用时钟源提供的秒脉冲信号具体为：

判断所述全球定位系统接收单元的信息是否还有效，若有效，则将时钟切换到全球定位系统接收单元输出的秒脉冲信号；若无效，则判断所述信息无效的时间是否超时，若是，进入锁相环保持状态，输出时钟频率，返回步骤b2，否则，执行步骤b13。

另外，本发明还提供一种自动锁相跟踪时钟同步系统，所述系统包括：

时钟源接收装置，用于接收时钟源的秒脉冲信号与状态数据；

时钟锁相控制装置，与时钟源接收装置相连，读取时钟源的状态数据进行分析，以对接收到的秒脉冲信号选择出一路进行锁相跟踪，将跟踪后的信号以用户需要的频率输出。

所述时钟锁相控制装置包括：

时钟源选择电路，与时钟源相连，对接收到的秒脉冲信号进行选择输出；

鉴相电路，与时钟源选择电路相连，用于将选择出的秒脉冲信号与接收到的采样脉冲进行鉴相，并发送鉴相值；

时钟电路，与鉴相电路相连，向鉴相电路发送采样脉冲及以用户需求的频率输出秒脉冲信号；

控制电路，分别与时钟源选择电路、鉴相电路、时钟电路相连，用于配置时钟源、控制时钟源选择电路选择出一路秒脉冲信号，以及用于接收鉴相值并根据接收到的鉴相值来控制时钟电路以用户需要的频率输出秒脉冲信号。

所述控制电路还包括通信单元，其与时钟源相连，用于实现控制电路与时钟源的通信，以使控制电路对时钟源的状态数据进行分析，并根据所述分析结果向时钟源选择电路发出选择出一路秒脉冲信号的控制命令。

所述通信单元由专用的转换芯片或串口扩展芯片构成。

所述时钟电路包括：

数模转换器，与控制电路相连，用于将接收到的控制数据转换成模拟电压；

压控振荡器，分别与数模转换器和鉴相电路相连，根据系统的需求选择晶体振荡器的指标，并输出相应频率的采样脉冲；

频率合成器，与压控振荡器相连，用于将接收到的频率进行频率合成，以用户需求的频率输出秒脉冲信号。

所述时钟电路包括：

数字压控振荡器，分别与控制电路和鉴相电路相连，利用数字合成的方式输出相应频率的采样脉冲；

频率合成器，与数字压控振荡器相连，用于将接收到的频率进行频率合成，以用户需求的频率输出秒脉冲信号。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明所述方案主要是采用双模式的自动切换技术，以解决使用单一时钟源不可靠性或需要手动输入本地参数的不足，例如目前我国用户使用GPS系统作为时钟源不够可靠，使用“北斗一号”系统作为时钟源又存在需要手动输入本地参数的不足。该方案可以广泛应用于数字通信领域中需要同步功能的设备中，能高效提高业务传输的稳定性和准确性。采用本发明所述方案具有以下优点：1)实现装置稳定可靠，能保证时钟同步系统稳定地工作，其精度很高，可以应用在各种需要同步的场合。2)结构灵活，可以根据具体需要调整设计，控制系统成本。3)所述方案实现控制步骤简洁，即保证电路高效且计算量不大，又可以用低成本的处理器来实现。3)利用DDS所具有的高控制精度、高分辨率和输出频率范围宽的特性，可以很容易的提高时钟的精度。4)所述锁相输出频率的中心点可以任意设置，频率的变化范围宽、锁相的牵引范围也可以任意设置。5)系统设计灵活，可以采用DDS作为DCO，这样时钟控制频率变化的线性度好，克服了压控晶振的非线性所带来的控制精度差的问题。6)实现接收系统自动切换，无需人工干预，方便用户的使用。实现了根据环境对接收系统的配置，提供更高的时钟精度。7)所述两种接收系统的优先级可以根据用户方便的任意的设置，也可以应用在军用和民用的不同场合。

附图说明

图1是本发明所述自动锁相跟踪时钟同步的系统的示意图；

图2是本发明所述装置中时钟锁相控制电路的示意图；

图3是本发明所述装置中时钟电路的一种结构示意图；

图4是本发明所述装置中时钟电路的另一种结构示意图；

图5是本发明所述自动锁相跟踪时钟同步的方法的流程图；

图6是本发明所述自动锁相跟踪时钟同步的方法的一应用实施例；

图7是图6所述一应用实施例的具体实现流程图；

图8是本发明所述自动锁相跟踪时钟同步的方法的另一种应用实例。

具体实施方式

本发明的核心是对接收到的时钟源(比如全球定位系统(GPS，GlobalPositioning System)和我国的“北斗一号”卫星导航定位系统等)的秒脉冲信号及状态数据进行分析，并采用双系统自动切换技术，选择其中一路时钟的秒脉冲信号进行锁相跟踪，并将跟踪后的信号以用户所需要的频率输出。以解决目前接收系统(比如，“北斗一号”接收单元)需要手动干预的不足或不可靠的缺点(比如，GPS作为同步源的时钟同步系统)。本发明提供的同步时钟系统不但使用方便，而且提供更高的时钟精度，为各类通信系统提供一个高性能、高可靠的时钟同步系统，当然本发明所述方案也可以应用在与锁相有关的其他领域。

下面结合附图本发明做进一步的说明。本发明所述时钟源分别以GPS系统和“北斗一号”卫星导航定位系统为例来说明。

请参阅图1，为本发明所述自动锁相跟踪时钟同步系统的结构示意图。所述系统包括：时钟源接收装置1和时钟锁相控制装置2，所述时钟源接收装置1用于接收时钟源的秒脉冲信号与状态数据；所述时钟锁相控制装置2，与时钟源接收装置相连，读取时钟源的状态数据进行分析，以对接收到的秒脉冲信号选择出一路进行锁相跟踪，将跟踪后的信号以用户需要的频率输出。

本发明所述时钟源接收装置1分别为全球定位系统的GPS接收单元11和卫星导航定位系统的“北斗一号”接收单元12。所述GPS接收单元11用于输出该GPS的秒脉冲信号与状态数据；所述GPS的秒脉冲信号是从GPS接收单元中输出的秒脉冲。该秒脉冲信号在一般的GPS接收单元11中都提供。所述GPS状态数据是从GPS接收单元11输出的状态数据，该数据包括GPS系统的各种信息，比如：时间、位置、接收卫星的数量(如接收的卫星数是否大于等于4颗等)、接收数据的正确性等信息。其中，所述GPS系统的各种信息根据不同厂家，其数据格式不同，但是所包括的信息内容基本相同。所述”北斗一号”接收单元12主要用于输出北斗一号的秒脉冲信号与状态数据。其中，该秒脉冲信号在一般的”北斗一号”接收单元中都提供。所述“北斗一号”状态数据是从”北斗一号”接收单元中输出的状态数据，该数据包括“北斗一号”系统的各种信息，比如，时间、接收卫星的数量(比如接收的卫星数是否大于等于两颗等)、接收数据的正确性等信息。所述各种信息因不同厂家其数据格式不同，但是包括的信息内容基本相同。所述时钟锁相控制装置2，分别与外部时钟源1(如GPS接收单元11和“北斗一号”接收单元12)相连，分别读取GPS接收单元11和“北斗一号”接收单元输出的状态数据并对其进行分析，根据分析结果选择出一路秒脉冲信号进行锁相跟踪，将跟踪后的信号以用户需要的频率输出。

还请参考图2，为本发明所述装置中时钟锁相控制装置的示意图；所述时钟锁相控制装置2主要包括：通信单元21、时钟源选择电路22、鉴相电路23、控制电路24和时钟电路25。该装置的主要实现原理是：控制电路24首先对GPS接收单元11和“北斗一号”接收单元12进行初始配置，该配置包括是指所述接收单元的所处环境是森林、山区、海洋、空气等的参数校正、坐标位置、通信信息的配置等等。接着，控制电路24通过通信单元21读取所述GPS接收单元11或“北斗一号”接收单元12输出的状态数据，并对该状态数据进行分析，根据分析结果通过时钟源选择电路22选择一路秒脉冲信息输如到鉴相电路23中，同时所述鉴相电路23还接收到时钟电路25输如自身的时钟脉冲信号，所述鉴相电路23将所接收到的两路秒脉冲信息鉴相，并将鉴相值输入到控制电路24中，所述控制电路24根据鉴相值控制时钟电路25输出用户需求的频率。其中各个电路和单元的功能和作用具体为：

所述通信单元21，其可集成于控制电路24中，也可以分别与GPS接收单元11和“北斗一号”接收单元12相连，该单元主要完成的是控制电路24与GPS接收单元11、“北斗一号”接收单元12数据通信的功能。其实现方法一般是用专用的转换芯片和串口扩展芯片完成，其具体的实现原理对于本领域的技术人员来说已是公知技术，在此不再详细的描述。此外，也可以用其它方式实现，其目的主要是让控制电路能和GPS接收单元、”北斗一号”接收单元的正常通信。所述时钟源选择电路22，分别与GPS接收单元11和”北斗一号”接收单元12相连，对输入进来的GPS秒脉冲信号和”北斗一号”接收单元的秒脉冲信号进行选择或是屏蔽，并输出选择出的一种秒脉冲信号。其实现方法一般用逻辑电路完成，比如，利用复杂可编程逻辑器件CPLD、现场编程门阵列FPGA等实现。所述鉴相电路23，与时钟源选择电路22相连，用于将时钟源选择电路22输入进来的秒脉冲信号与时钟电路25送入的频率较高的脉冲采样脉冲进行鉴相，并向控制电路24发送鉴相值，使控制电路24获得时钟相差值。其中所述鉴相电路的实现方法很多，可以根据时钟电路24的锁相方式进行相应的选择。比如，可以使用通常的异或门或边沿控制鉴相器(ECPD)；也可以通过其他方式来实现。其主要是根据鉴相器的增益、环路带宽、相位裕度、稳态相位误差、锁定范围和系统实际工作中锁定的难易程度进行相应的选择。所述控制电路24，分别与通信单元21、时钟源选择电路22和鉴相电路23相连，通过通信单元21来配置GPS接收单元11和”北斗一号”接收单元12，并且读取两个接收系统的状态数据进行分析，将分析结果输入到控制时钟源选择电路22，所述控制时钟源选择电路22根据输入的分析结果选择出一路秒脉冲信号输出到鉴相电路23。最后，所述控制电路24通过读取鉴相电路输出的鉴相值(即时钟相差值)，以及根据鉴相的结果向时钟电路发送控制信息，来控制时钟电路25输出用户所需求的频率。其中，所述控制电路可以通过单片机、CPU、数字信号处理DSP或是其它逻辑电路来实现。所述时钟电路25，分别与控制电路24和鉴相电路23相连，用于接收控制电路24发送的控制信息，并根据该控制信息对输出的频率进行调整，以输出用户需求的频率。其具体的实现方式有多种，本发明主要提供两种实现方式，分别详见图3和图4。

还请参考图3，为本发明所述装置中时钟电路的一种结构示意图，所述时钟电路25包括：数模转换器251、压控振荡器252和频率合成器253。其中，所述数模转换器251，与控制电路相连24，用于将接收到的控制数据或信息转换成模拟电压，即可以使用专用的数/模转换芯片(D/A芯片)将控制电路送入的数字电压控制数据或信息转换成模拟电压信号；也可以使用一般的D/A芯片来实现，主要是根据系统的要求选用12位或是16位。如果系统对时钟精度要求很高，要更好的控制压控晶振，并且对成本要求不是很高的场合使用16位或更高的D/A转换器；如果对时钟的精度要求不高或不考虑使用成本，则使用12位的D/A转换器。所述数字控制数据可以是并行数据也可以是串行数据。所述压控振荡器252，分别与数模转换器251和鉴相电路23相连，根据系统的需求选择晶体振荡器的指标，一般选用短稳在10E-12数量极的晶振，并输出相应的频率。所述压控振荡器252是当频率是输入信号电压的函数时，称之为压控振荡器VCO。所述频率合成器253，与压控振荡器252相连，用于将压控振荡器252输出的频率进行频率合成，输出满足用户需求的频率。可以用专用的芯片完成，也可以用直接数字式频率合成器(DDS，Direct DigitalSynthesizer)的方式实现。所述DDS同DSP(数字信号处理)一样，也是一项关键的数字化技术，具有低成本、低功耗、高分辨率和快速转换时间等优点，广泛使用在电信与电子仪器领域，是实现设备全数字化的一个关键技术。

还请参考图4，为本发明所述装置中时钟电路的另一种结构示意图，所述时钟电路25包括：数字压控振荡器(DCO)254和频率合成器255。其中，所述数字压控振荡器(DCO)254分别与控制电路24和鉴相电路23相连，利用数字合成的原理输出频率，该实现原理可以用DDS的方法实现，也可以用其它方法实现。这对于本领域的技术人员来说是公知技术，在此不再赘述。所述频率合成器255，与数字压控振荡器254相连，用于将数字压控振荡器254的输出频率进行频率合成，输出满足用户需求的频率。该实现方式可以用专用的芯片完成，也可以用DDS的方法实现。

另外，本发明还提供一种自动锁相跟踪时钟同步的方法，该方法的流程图详见图5，所述方法包括步骤：

步骤R10：接收时钟源的秒脉冲信号及状态数据；

步骤R11：对时钟源状态数据进行分析，根据分析结果选择出一路秒脉冲信号；

步骤R12：对选择出的秒脉冲信号进行锁相跟踪，以用户需要的频率输出锁相跟踪后的信号。

所述时钟源包括一主用时钟源和一备用时钟源，为了便于描述，本发明分别以北斗卫星系统的“北斗一号”接收单元输出的秒脉冲信号作为主用时钟源，以GPS系统的GPS接收单元输出的秒脉冲信号作为备用时钟源，或者以“北斗一号”接收单元输出的秒脉冲信号作为备用时钟源，以GPS系统GPS接收单元输出的秒脉冲信号作为主用时钟源来说明。

请先参考图6，为本发明所述“北斗一号”接收单元为主用时钟源，GPS接收单元为备用时钟单元的具体实施步骤包括：

步骤S10：获取GPS接收单元的位置信息和时间信息，并自动将所述信息输入到“北斗一号”接收单元中；

步骤S11：读取所述“北斗一号”接收单元的数据信息，并判断所述数据信息中的卫星数量是否大于或等于2颗，且计算值是否有效，若是，则选择“北斗一号”接收单元输出的秒脉冲信号(步骤S12)；否则，则将时钟切换到GPS接收单元输出的秒脉冲信号(步骤S13)；

步骤S14：对接收到的秒脉冲信号进行锁相跟踪，以用户需要的频率输出锁相跟踪后的信号。

所述秒脉冲信号包括：“北斗一号”接收单元输出的秒脉冲信号或GPS接单元统输出的秒脉冲信号。

在步骤S10中所述获取GPS接收单元的位置信息和时间信息，并自动将所述信息输入到“北斗一号”接收单元的过程具体为：在系统上电后，控制电路先根据本地的参数先对GPS接收单元的数参数信息进行初始配置，即将环境变量的速度参数设置位0，地域变量参数设计为空气。因为一般的同步系统是固定的，接收环境是空气，当然，这样设置的目的是提高锁相的精度。如果本地的环境发生变化，同步系统将在该初始配置上(在一个运动的系统上就)根据变化的速度和环境重新来设置环境变量。在GPS接收单元正常运行后，读取GPS接收单元的接收时钟的有效位和接收卫星的数量；并判断所述GPS接收单元的接收时钟的有效位是否正确，且接收的卫星数是否大于或等于4颗，其判断的过程具体为：GPS接收单元的生产厂家都设计了一个数据接口，用户通过该接口可以读取GPS接收单元的各种工作信息，不同厂家的通讯协议有所区别，但是主要内容都是相同的，在读取到的信息中都有一个有效位，该有效位是接收系统供应厂家根据自己的算法进行计算，计算出当前接收的卫星数据是否可用，来通过所述有效位进行表示，如果当前接收的卫星数据可用，则有效位正确。若是，则读取GPS接收单元的位置信息和时间信息，并存储在控制系统中；以及将该存储的位置信息和时间信息通过通信单元写入到“北斗一号”接收单元中，这是因为所述“北斗一号”接收单元使用的是单向数据接收系统，现有技术是人工输入当地的参数信息，而本发明通过通信单元将从GPS接收单元中获取的位置信息和时间信息自动的输入到“北斗一号”接收单元，以便于能提供准确的时钟源。否则，也就是说，如果所述GPS接收单元的接收时钟的有效位不正确，且接收的卫星数小于4颗时，系统读取程序中的寄存器，确认是否有手动输入的坐标参数。如果有，自动将手动坐标输入到卫星导航定位接收系统中；如果没有手动参数，系统修改锁相环的锁相参数，以便于提高系统的时钟指标。

在步骤S11中，控制系统通过通信单元读取所述“北斗一号”接收单元的数据信息；如果经过一段时间后，读取“北斗一号”接收单元的数据信息，并判断所述数据信息中的卫星数是否大于或等于2颗，并且计算值是否有效，若数据信息中的卫星数大于或等于2颗，且计算值有效，则控制系统通过控制时钟选择电路选择出“北斗一号”接收单元输出的秒脉冲(步骤S12)。其中，所述计算值有效是指：“北斗一号”接收单元的生产厂家都设计了一个数据接口，用户通过该接口可以读取“北斗一号”接收单元的各种工作信息，不同厂家的通讯协议有所区别，但是主要内容都是相同的，在读取到的信息中都有一个标志位，该标志位是接收系统供应厂家根据自己的算法进行计算，计算出当前接收的卫星数据是否可用，来通过所述标志位进行表示，如果当前接收的卫星数数据可用，则计算值有效。否则，如果经过一段时间后，读取“北斗一号”接收单元的数据信息中的卫星数小于2颗，且计算值无效时，即在执行步骤S13之前，控制系统先读取GPS接收单元的接收时钟的有效位和接收卫星的数量，并判断接收时钟的有效位是否正确，且卫星数是否大于或等于4颗，若是，则通过控制时钟选择电路选择出GPS接收单元输出的秒脉冲。即将系统的时钟源有“北斗一号”接收单元输出的秒脉冲切换到GPS接收单元输出的秒脉冲(步骤S13)。若否，控制系统对GPS接收单元的接收信息无效进行计时，并判断是否超时，若超时，即说明所述GPS接收单元和“北斗一号”接收单元输出的秒脉冲信号都不满足要求，则，控制系统控制时钟选择电路输入时钟屏蔽，系统进入锁相环保持状态。之后，返回读取“北斗一号”接收单元的数据信息，进入下一次循环。即对原接收到的秒脉冲信号进行锁相跟踪，以用户需要的频率输出锁相跟踪后的信号；若不超时，则继续判断所述GPS接收单元接收时钟的有效位是否正确，且卫星数是否大于或等于4颗等步骤。为了便于本领域技术人员的理解，上述过程的具体实现过程还可以参考图7。

其中，在所述的切换过程中，通常要保证切换时脉冲信号的抖动问题，其实现方式有多种，而本发明主要是利用特殊算法(即软件算法)来保证切换过程中时钟不会出现抖动或突跳。所述特殊算法的实现原理主要包括：在锁相计算中，在控制电路读取鉴相器的值之前，先判断时钟是否发生了切换，如果没有切换，进行正常的计算；如果时钟发生了切换，那么对这次读取的鉴相值和上次读取的鉴相值进行比较，如果有突变，则将该值作为下次计算值保存，本次将不进行锁相计算。再次读取鉴相值，再和上次保存的鉴相值进行比较，如果有突变，将该值作为下次计算值保存，如果没有突变，进行正常的计算。该算法的优点比其它的实现算法相比，其实现简单，效果好，而不象其它算法为了滤除抖动需要对大量数据进行存储和复杂的计算等。另外，所述算法还可以很好的满足国标对系统时钟切换的抖动容限的要求。

最后，在步骤S14中，对“北斗一号”接收单元输出的秒脉冲信号或GPS接收单元输出的秒脉冲信号进行锁相计算，通过调整输出用户需求的频率。也就是，将所述选择的秒脉冲输入鉴相电路，控制系统通过读取鉴相器的值进行计算。其中，所述不同种类的鉴相器有不同的计算方法，但都可以实现低通滤波。所述时钟电路将内部输出的频率反馈到鉴相电路，在鉴相电路中分频成秒脉冲信号，并与鉴相电路输入进来的秒脉冲进行比相。最终通过时钟电路内部的频率合成，输出用户需求的频率。之后，返回步骤S11，即读取“北斗一号”接收单元的数据信息，进入下一次循环。

再请参考图8，为本发明以“北斗一号”接收单元为备用时钟源，以GPS系统的GPS接收单元为主用单元的具体实现步骤包括：

步骤T10：当“北斗一号”接收单元的接收信息中卫星数小于2颗，且计算值无效时，将时钟切换到GPS接收单元输出的秒脉冲信号；

步骤T11：定时读取所述GPS接收单元的接收时钟的有效位和接收卫星的数量，并判断若所述数据信息中的有效位是否正确，且卫星数是否大于或等于4颗，若是，则继续选择GPS接收单元输出的秒脉冲信号(步骤T12)；否则，将时钟切换到“北斗一号”接收单元输出的秒脉冲信号(步骤T13)；

步骤T14：对接收到的秒脉冲信号进行锁相计算，以用户需要的频率输出锁相跟踪后的信号。

该方法各个步骤的具体实现过程与上述方法的实现过程基本相同，其不同之处为以”北斗一号”接收单元输出的时钟为辅，以GPS接收单元输出的时钟为主，其主要的实现过程为：控制系统先对“北斗一号”接收单元的数据进行初始配置，并且将读取到“北斗一号”接收单元的有效数据信息写入到GPS接收单元中；然后读取GPS接收单元的数据信息，并判断所述数据信息中接收卫星的有效位是否正确，且接收卫星数是否大于或等于4颗，若是，则继续选择GPS接收单元输出的秒脉冲信号；否则，先判断所述“北斗一号”接收单元的数据信息是否有效，若有效，则将时钟切换到“北斗一号”接收单元输出的秒脉冲信号，其消除切换过程中的抖动也详见上述，在此不再描述；若没有效，则开始计时，若超过设定的时间，则将时钟进行锁向环保持状态，若没有超时，继续判断“北斗一号”接收单元的数据信息是否有效等步骤。最后，对接收到的秒脉冲进行锁相计算，输出用户需求的频率，其具体的锁相计算过程详见上述方法中的步骤S14，在此不再赘述。

因此，本发明所述方案主要是采用双模式的自动切换技术，以解决目前GPS时钟同步电路的不可靠性以及“北斗一号”时钟同步电路需要手动输入本地参数的不足。综合了两种系统的优点，将自动获取的GPS参数信息通过通信单元自动的将获取的参数信息输入到“北斗一号”接收单元，降低了该系统的成本。本发明可广泛应用于数字通信领域中需要同步功能的设备中，并有效的提高业务传输的稳定性和准确性。此外，本发明所述的外部时钟源也可以增加其它的同步系统的接收系统进行同步，比如俄罗斯的GLNOSS同步系统，其使用原理与上述方法相同，在此不再赘述。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (13)

1、一种自动锁相跟踪时钟同步的方法，其特征在于，包括：

a、接收时钟源的秒脉冲信号及状态数据；

b、对时钟源状态数据进行分析，根据分析结果选择出一路秒脉冲信号；

c、对选择出的秒脉冲信号进行锁相跟踪，以用户需要的频率输出锁相跟踪后的信号。

2、如权利要求1所述自动锁相跟踪时钟同步的方法，其特征在于，所述时钟源至少包括一主用时钟源和一备用时钟源。

3、如权利要求2所述自动锁相跟踪时钟同步的方法，其特征在于，所述步骤b包括：

b1、获取备用时钟源的数据信息，并将所述信息输入到主用时钟源接收系统中；

b2、读取所述主用时钟源的数据信息，若所述数据信息有效，则选择主用时钟源提供的秒脉冲信号；否则，切换到备用时钟源提供的秒脉冲信号；

b3、执行步骤c后返回步骤b2。

4、根据权利要求3所述自动锁相跟踪时钟同步的方法，其特征在于，在时钟切换过程中为消除脉冲信号的抖动包括步骤：

a、在控制系统还没有读取鉴相值之前，先判断所述时钟是否发生了切换，若没有，则读取该鉴相值，进行正常的锁相计算，结束；若切换，则执行步骤b；

b、读取该鉴相值，并将所述鉴相值与上次读取的鉴相值进行比较，如果发生突变，则不进行锁相计算，并将该鉴相值作为下次计算值保存；如果没有突变，进行正常的计算；

c、再次读取鉴相值，并将该鉴相值与上次保存的鉴相值进行比较，如果有突变，该读取鉴相值作为下次计算值保存；如果没有突变，进行正常的计算。

5、如权利要求3所述自动锁相跟踪时钟同步的方法，其特征在于，所述主用时钟源为北斗卫星系统，所述备用时钟源为全球定位系统，步骤b2中所述数据信息有效是指：所述数据信息中的接收卫星数大于或等于2颗，且接收有效位正确。

6、如权利要求5所述自动锁相跟踪时钟同步的方法，其特征在于，所述步骤b1中所述获取备用时钟源的数据信息为：

b11、对全球定位系统接收单元的数据信息进行初始配置；

b12、读取所述全球定位系统接收单元的接收时钟的有效位和接收卫星的数量；

b13、判断所述有效位是否正确，且所述接收卫星的数量是否大于或等于4颗；若有效位正确，且接收卫星的数量大于或等于4颗，则读取全球定位系统接收单元的数据信息；否则，执行步骤b14；

b14、判断是否有手动输入的坐标参数，若有，执行步骤b2；否则，修改锁向环的参数后执行步骤b2。

7、根据权利要求5所述自动锁相跟踪时钟同步的方法，其特征在于，步骤b2中所述切换到备用时钟源提供的秒脉冲信号具体为：

判断所述全球定位系统接收单元的信息是否还有效，若有效，则将时钟切换到全球定位系统接收单元输出的秒脉冲信号；若无效，则判断所述信息无效的时间是否超时，若是，进入锁相环保持状态，输出时钟频率，返回步骤b2，否则，执行步骤b13。

8、一种自动锁相跟踪时钟同步系统，其特征在于，包括：

时钟源接收装置，用于接收时钟源的秒脉冲信号与状态数据；

时钟锁相控制装置，与时钟源接收装置相连，读取时钟源的状态数据进行分析，以对接收到的秒脉冲信号选择出一路进行锁相跟踪，将跟踪后的信号以用户需要的频率输出。

9、如权利要求8所述的自动锁相跟踪时钟同步系统，其特征在于，所述时钟锁相控制装置包括：

时钟源选择电路，与时钟源相连，对接收到的秒脉冲信号进行选择输出；

鉴相电路，与时钟源选择电路相连，用于将选择出的秒脉冲信号与接收到的采样脉冲进行鉴相，并发送鉴相值；

时钟电路，与鉴相电路相连，向鉴相电路发送采样脉冲及以用户需求的频率输出秒脉冲信号；

控制电路，分别与时钟源选择电路、鉴相电路、时钟电路相连，用于配置时钟源、控制时钟源选择电路选择出一路秒脉冲信号，以及用于接收鉴相值并根据接收到的鉴相值来控制时钟电路以用户需要的频率输出秒脉冲信号。

10、如权利要求9所述自动锁相跟踪时钟同步系统，其特征在于，所述控制电路还包括通信单元，其与时钟源相连，用于实现控制电路与时钟源的通信，以使控制电路对时钟源的状态数据进行分析，并根据所述分析结果向时钟源选择电路发出选择出一路秒脉冲信号的控制命令。

11、根据权利要求10所述自动锁相跟踪时钟同步系统，其特征在于，所述通信单元由专用的转换芯片或串口扩展芯片构成。

12、根据权利要求9所述自动锁相跟踪时钟同步系统，其特征在于，所述时钟电路包括：

数模转换器，与控制电路相连，用于将接收到的控制数据转换成模拟电压；

压控振荡器，分别与数模转换器和鉴相电路相连，根据系统的需求选择晶体振荡器的指标，并输出相应频率的采样脉冲；

频率合成器，与压控振荡器相连，用于将接收到的频率进行频率合成，以用户需求的频率输出秒脉冲信号。

13、根据权利要求9所述自动锁相跟踪时钟同步的系统，其特征在于，所述时钟电路包括：

数字压控振荡器，分别与控制电路和鉴相电路相连，利用数字合成的方式输出相应频率的采样脉冲；

频率合成器，与数字压控振荡器相连，用于将接收到的频率进行频率合成，以用户需求的频率输出秒脉冲信号。

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