CN102510327A - 提高远程双向时间比对调制解调器同步精度的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种提高远程双向时间比对调制解调器同步精度的方法及装置。该方法包括1)调制器中的秒脉冲采样及数据组帧模块对接收的外部输入秒脉冲信号进行采样，并生成数据组帧；2)秒脉冲生成模块根据接收来的数据组帧生成新的秒脉冲信号；3)时间间隔计数器测定该时间间隔计数器接收的外部输入秒脉冲信号和新秒脉冲信号之间的时间间隔ΔTpps(t)；4)测定外部输入秒脉冲信号和生成的新的秒脉冲信号分别通过各自线缆进入时间间隔计数器中的线缆延迟差值ΔTcable，5)对测定的时间间隔值和线缆延迟差值进行修正得到时间比对结果。本发明能够弥补提高采样时钟频率方案的不足，并且能够使调制解调器的同步精度达到1ns。
Description
技术领域
本发明涉及一种提高时间同步精度的方法，特别是涉及提高远程双向时间比对调制解调器同步精度的方法及装置。
背景技术
卫星双向的时间比对利用专用的时间比对调制解调器对定时信号进行调制发射与接收解调，同时测量本地1PPS与解调出的1PPS之间的时间间隔，通过交换测量值可以精确的获得比对站间的时间差。调制解调器是双向时间比对的核心设备，它的性能最终决定了整个比对系统的性能。而调制解调器的性能体现在恢复的秒脉冲的精度。总的来说，恢复秒脉冲的精度主要取决于两个条件，其一是接收端定时恢复的性能，其二则是发射端对原子钟秒脉冲的采样精度问题。发射端秒脉冲的采样精度取决于采样时钟，例如，发射端使用100MHz的采样时钟，那么就会存在10ns的误差，就是说调制解调器的同步精度最高为10ns。而在远程双向时间比对中要求的同步精度可达1ns。目前解决这个问题一般采用提高采样时钟频率的方法，但这种方法存在诸多弱点，首先需要一个独立的高倍时钟源提供时钟，这会增加设备研制的复杂性；再者目前研制调制解调器一般采用可编程逻辑器件FPGA完成，而FPGA的时钟最高只能达到600MHz左右，这显然无法满足要求。
发明内容
本发明的目的在于避免以上现有技术的不足，提供一种提高远程双向时间比对调制解调器的同步精度的方法及装置。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
提高远程双向时间比对调制解调器同步精度的方法，该方法包括如下步骤：
1)调制器中的秒脉冲采样及数据组帧模块对接收的外部输入秒脉冲信号进行采样，并生成数据组帧；
2)秒脉冲生成模块根据接收来的数据组帧生成新秒脉冲信号；
3)时间间隔计数器测定该时间间隔计数器接收到外部输入秒脉冲信号和新秒脉冲信号之间的时间间隔ΔTpps(t)；
4)测定外部输入秒脉冲信号和新秒脉冲信号分别通过各自线缆到达时间间隔计数器时在相应线缆中的延迟的线缆延迟差值ΔTcable；
5)对测定的时间间隔值和线缆延迟差值进行修正得到调制解调器的测量结果ΔTi(t)；
ΔTi(t)＝ΔT(t)+ΔTpps(t)-ΔTcable(t)，ΔT(t)为未加修正的调制解调器的测量结果。
进一步，所述外部输入秒脉冲信号通过功分器输入至秒脉冲采样及数据组帧模块。
进一步，所述秒脉冲信号的采样时刻为数据组帧的起始时刻。
进一步，所述秒脉冲信号的采样时钟为10MHz或100MHz。
进一步，所述生成新秒脉冲信号是指所述数据组帧对新的秒脉冲生成模块进行触发，该触发是从数据组帧的帧头起始位置进行同步触发，生成一个新的脉宽为10ms的秒脉冲信号。
进一步，所述时间间隔计数器的分辨力小于1ns。
进一步，所述线缆延迟差值ΔTcable为外部输入秒脉冲信号通过线缆进入时间间隔计数器的延迟时间与新秒脉冲信号通过另一线缆进入时间间隔计数器的延迟时间的差值。
进一步，所述对测定的时间间隔值和线缆延迟差值进行修正为对平滑滤波修正。
提高远程双向时间比对调制解调器同步精度的装置，该装置包括：
秒脉冲采样及数据组帧模块，用于对接收的外部输入秒脉冲信号进行采样，并生成数据组帧；
新的秒脉冲生成模块，用于根据接收来的数据组帧生成新的秒脉冲信号；
时间间隔测量模块，用于测定接收的外部输入秒脉冲信号的时间和新的秒脉冲信号之间的时间间隔ΔTpps(t)；
线缆延迟差值测量模块，用于测定外部输入秒脉冲信号和生成的新的秒脉冲信号分别通过各自线缆进入时间间隔计数器中的线缆延迟差值ΔTcable；
数据处理模块，用于对测定的时间间隔值和线缆延迟值进行修正得到调制解调器的测量结果。
进一步，所述秒脉冲采样及数据组帧模块通过功分器接收外部输入秒脉冲信号。
本发明的优点在于：它能够弥补提高采样时钟频率方案的不足，并且能够使调制解调器的同步精度达到1ns。
附图说明
图1：为实现本发明的系统装置图；
图2：本发明方法流程图。
具体实施方式
本发明提高远程双向时间比对调制解调器同步精度的方法及装置主要是在调制解调器的发射端生成的新的秒脉冲信号，测量该秒脉冲信号与外部输入的原始秒脉冲信号之间的时间间隔来提高双向时间比对调制解调器的同步精度。下面结合图1-2来说明本发明。
如图1所示为本发明的系统装置图，该装置包括秒脉冲采样及数据组帧模块1，用于对接收的外部输入秒脉冲信号进行采样，并生成数据组帧；新的秒脉冲生成模块2，用于根据接收来的数据组帧生成新秒脉冲信号；时间间隔测量模块3，用于测定接收到外部输入秒脉冲信号的时间和接收到新秒脉冲信号的时间之间的时间间隔ΔTpps(t)；测定外部输入秒脉冲信号和新秒脉冲信号分别通过各自线缆到达时间间隔计数器时在相应线缆中的延迟的线缆延迟差值ΔTcable；数据处理模块5，用于对测定的时间间隔值和线缆延迟值进行修正得到调制解调器的测量结果。所述秒脉冲采样及数据组帧模块1可通过功分器接收外部本地原子钟的秒脉冲信号，所述功分器可以是一个三通接口。所述数据处理模块5可以采样一个主控计算机进行数据处理。
如图2为本发明方法的流程图。结合本发明的系统装置图对本发明的方法进行如下说明。
1)调制器中的秒脉冲采样及数据组帧模块对接收的外部输入秒脉冲信号进行采样，并生成数据组帧。
本地原子钟为调制解调器的脉冲采样及数据组帧模块提供1pps秒脉冲信号，该秒脉冲信号具体可通过调制器上的功分器分为两路：一路输入到脉冲采样及数据组帧模块进行采样，将它作为数据组帧的触发信号，采样时钟可以为10MHz或者100MHz。这样每个秒脉冲信号的采样起始时刻即是数据组帧的起始时刻。另一路则通过线缆A连接到时间间隔计数器。所述功分器可以是一个三通接口。
通过此功分器的目的是将1pps秒信号送入秒脉冲采样及数据组帧模块处理的同时还要将其通过线缆A送入到时间间隔计数器作为时间间隔计数器的开门脉冲。秒脉冲采样及数据组帧模块内部采用高倍时钟对秒脉冲信号进行采样，得到该秒脉冲的上升沿，然后在该上升沿控制下进行数据的组帧工作，数据组帧的起始时刻即是上升沿时刻，而数据组帧的格式可以根据需要自定义，帧头一般采用伪随机码。
2)秒脉冲生成模块根据接收来的数据组帧生成新的秒脉冲信号。
所述数据组帧对新的秒脉冲生成模块进行触发，该触发是从数据组帧的帧头起始位置进行同步触发，生成一个新的脉宽为10ms的秒脉冲信号，并将该信号输出，通过线缆B连接到时间间隔计数器，该时间间隔计数器可以选择高分辨力的时间间隔计数器。上述秒脉冲采样及数据组帧模块和新的秒脉冲生成模块可以采用FPGA来实现，所述功分器可以集成在FPGA板上。
3)时间间隔计数器测定接收的外部输入秒脉冲信号的时间和新的秒脉冲信号之间的时间间隔ΔTpps(t)
时间间隔计数器的开门信号是通过线缆A接入的来自功分器的秒脉冲信号，它的关门信号是通过线缆B接入的来自新的秒脉冲生成模块输出的新的秒脉冲信号。时间间隔计数器的测量值就是这两个秒脉冲信号的时间间隔值，且每秒钟更新一次，因此与时间间隔计数器连接的主控计算机每秒钟都会收到时间间隔计数器的测量结果。
可以采用高精度时间间隔计数器对外部原子钟的秒脉冲和调制解调器内部生成的新秒脉冲信号进行时间间隔的测量，由于远程双向时间比对调制解调器要求的同步精度为1ns，因此对时间间隔计数器的分辨力要求必须在1ns以内，这样可以比较精确的测定两个秒脉冲的时间间隔值。
4)测定外部输入秒脉冲信号和生成的新秒脉冲信号分别通过各自线缆进入时间间隔计数器中的线缆延迟差值ΔTcable，所述线缆延迟差值ΔTcable为外部输入秒脉冲信号通过线缆A进入时间间隔计数器的延迟时间与新秒脉冲信号通过另一线缆B进入时间间隔计数器的延迟时间的差值。
由于将原子钟秒脉冲和生成的新秒脉冲需要通过线缆进入时间间隔计数器中，对两段线缆延迟值的测定也就极为重要。对线缆延迟值可以采用矢量网络分析仪测定，最终获得延迟差值，该值可以提前测定，以在数据处理时使用。
5)对测定的时间间隔值和线缆延迟值进行修正得到调制解调器的测量结果。
测定的秒脉冲信号的时间间隔值不是一个固定的误差值，在主控计算机对比对数据处理时需要利用该误差值和两段线缆的延迟差值对最终数据进行修正，从而使最终的同步精度达到优于1ns的水平。对测定的时间间隔值和线缆延迟差值进行修正时可以采用平滑滤波修正方式或者别的修正方式进行数据处理。
利用提前测定的线缆A和B的延迟误差值和每秒钟测量一次的两个秒脉冲的时间间隔测量值对最终时间比对数据进行处理时，处理方法可以是：测量的两个秒脉冲的时间间隔值为ΔTpps(t)，线缆A和B的延迟差ΔTcable，修正后的测量结果为ΔTi(t)则有：ΔTi(t)＝ΔT(t)+ΔTpps(t)-ΔTcable(t)，ΔT(t)表示未加修正的调制解调器的测量结果，该测量结果为调制解调器的单向测量值(秒脉冲传输的时间)，经过修正后从而能使调制解调器的同步精度达到1ns。
Claims (10)
1.提高远程双向时间比对调制解调器同步精度的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
1)调制器中的秒脉冲采样及数据组帧模块对接收的外部输入秒脉冲信号进行采样，并生成数据组帧；
2)秒脉冲生成模块根据接收来的数据组帧生成新秒脉冲信号；
3)时间间隔计数器测定该时间间隔计数器接收到外部输入秒脉冲信号和新秒脉冲信号之间的时间间隔ΔTpps(t)；
4)测定外部输入秒脉冲信号和新秒脉冲信号分别通过各自线缆到达时间间隔计数器时在相应线缆中的延迟的线缆延迟差值ΔTcable；
5)对测定的时间间隔值和线缆延迟差值进行修正得到调制解调器的测量结果ΔTi(t)；
ΔTi(t)＝ΔT(t)+ΔTpps(t)-ΔTcable(t)，ΔT(t)为未加修正的调制解调器的测量结果。
2.根据权利要求1所述提高远程双向时间比对调制解调器同步精度的方法，所述外部输入秒脉冲信号通过功分器输入至秒脉冲采样及数据组帧模块。
3.根据权利要求1所述提高远程双向时间比对调制解调器同步精度的方法，其特征在于，所述秒脉冲信号的采样时刻为数据组帧的起始时刻。
4.根据权利要求3所述提高远程双向时间比对调制解调器同步精度的方法，其特征在于，所述秒脉冲信号的采样时钟为10MHz或100MHz。
5.根据权利要求1所述提高远程双向时间比对调制解调器同步精度的方法，其特征在于，所述生成新秒脉冲信号是指所述数据组帧对新的秒脉冲生成模块进行触发，该触发是从数据组帧的帧头起始位置进行同步触发，生成一个新的脉宽为10ms的秒脉冲信号。
6.根据权利要求1所述提高远程双向时间比对调制解调器同步精度的方法，其特征在于，所述时间间隔计数器的分辨力小于1ns。
7.根据权利要求1所述提高远程双向时间比对调制解调器同步精度的方法，其特征在于，所述线缆延迟差值ΔTcable为外部输入秒脉冲信号通过线缆进入时间间隔计数器的延迟时间与新秒脉冲信号通过另一线缆进入时间间隔计数器的延迟时间的差值。
8.根据权利要求1所述提高远程双向时间比对调制解调器同步精度的方法，其特征在于，所述对测定的时间间隔值和线缆延迟差值进行修正为对平滑滤波修正。
9.提高远程双向时间比对调制解调器同步精度的装置，其特征在于，该装置包括：
秒脉冲采样及数据组帧模块，用于对接收的外部输入秒脉冲信号进行采样，并生成数据组帧；
新的秒脉冲生成模块，用于根据接收来的数据组帧生成新的秒脉冲信号；
时间间隔测量模块，用于测定接收的外部输入秒脉冲信号的时间和新的秒脉冲信号之间的时间间隔ΔTpps(t)；
线缆延迟差值测量模块，用于测定外部输入秒脉冲信号和生成的新的秒脉冲信号分别通过各自线缆进入时间间隔计数器中的线缆延迟差值ΔTcable；
数据处理模块，用于对测定的时间间隔值和线缆延迟值进行修正得到调制解调器的测量结果。
10.根据权利要求9所述提高远程双向时间比对调制解调器同步精度的装置，其特征在于：所述秒脉冲采样及数据组帧模块通过功分器接收外部输入秒脉冲信号。
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