CN104049525B - 一种消除时钟内多个时间输入源之间相位差的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了一种消除时钟内时间输入源相位差的方法，包括（A）设定一个标杆时间，以其相位为标杆相位；（B）所有的时间源实时更新，并记录各个时间源与标杆时间的标杆相位之间的相位差；（C）在发生时间源切换的时候，利用记录的相位差进行相位补偿，消除时钟输出因切换时间源产生的相位波动；（D）重复步骤（B）至步骤（C）。本发明利用记录的相差进行相位补偿，从而消除时钟输出因切换时间源产生的相位波动，达到时钟输出恒定连续的效果，标杆时间可以用最优时间源来设定，通过一定的算法消除各种条件的影响，从而能始终跟踪到一个唯一的标杆时间相位。

Description

一种消除时钟内多个时间输入源之间相位差的方法
技术领域
本发明涉及一种处理时间源相位差的方法，具体是指一种消除时钟内时间输入源相位差的方法。
背景技术
在诸如电力网或电信网这类对时间同步要求很高的系统中，通常会配置专用的时间同步装置。对于传统的时间同步装置，其作为时间蕨的时间源可能是单一的双源备用，这些源一旦失效，就只能通过装置本身守时来保证系统的时间正确性。在这种情况下，其可靠性不是很高。随着现在的系统不断扩大，对时间同步的要求越来越高，要求时间同步装置使用多个时钟源用于时间基准，这些时间源可能为无线，如GPS、北斗等，也可能为其他时间同步系统的输出，如PTP、B码等。
在使用多个时间源的时间同步系统中，正常情况下，系统会根据时间源的质量和工作状态，优选一个作为装置的时间基准用于系统跟踪标准。当被选用的时间源质量出现问题或工作状态异常时，必须摈弃它，而重新选择一个时间源作为时间基准，系统转而跟踪新的时间源。通常情况下，一个时间同步装置的多个时间源的类型是不同的，即使类型相同，其来源也可能是不同的，因此，它们之间可能存在系统的或偶然的误差，即它们存在不一致性。使用时间同步系统的系统，对时间同步有两个方面的要求，一是尽可能地与标准时间一致，二是系统中各结点的时间保持一致。而任何时间基准，都可能因为各种原因产生漂移，从而存在无法确定的误差，在时间同步装置切换时间源时，如果不消除这些误差，就可能导致装置同步装置输出的时间同步信号产生波动，从而不利于整网时间的一致性。
在有多个外部时间输入源的时钟内，一般会通过一定的算法来自动跟踪质量最好的时间源，在跟踪的时间源变得不可再用时，时钟会自动跟踪另一个质量较好的时间源，以此类推，因为时间源之间有可能存在相位差，时钟的输出会受到时间源切换的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种消除时钟内时间输入源相位差的方法，通过设定一个标杆时间相位，所有的时间源实时更新并记录与标杆时间相位的相差，在发生时间源切换的时候，利用记录的相差进行相位补偿，从而消除时钟输出因切换时间源产生的相位波动，达到时钟输出恒定连续的效果。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种消除时钟内时间输入源相位差的方法，包括以下步骤：
（A）设定一个标杆时间，以其相位为标杆相位；
（B）所有的时间源实时更新，并记录各个时间源与标杆时间的标杆相位之间的相位差；
（C）在发生时间源切换的时候，利用记录的相位差进行相位补偿，消除时钟输出因切换时间源产生的相位波动；
（D）重复步骤（B）至步骤（C）。
本发明方法中步骤Ａ设置标杆时间，是为了解决在多个时间源输入的情况下能够统一装置时间并得到一个相对可靠的时间输出，这些是通过人工配置来完成的；步骤Ｂ，利用高精度测量单元对时间源时行测量，得到他们的相位差，从而能够精确地补偿时间之间的差值，以利于修正装置的最终输出时间，高精度测量单元和好的频率源是实现的关键。
进一步讲，所述的步骤（A）包括以下步骤：
（A1）设置时钟同步装置的多个时钟源的优先级；
（A2）优先级最高的时钟源被自动设置为标杆时间；
（A3）时钟同步装置的测量单元对每个时钟源进行实时的高精度测量；
（A4）通过对测量数据可以获取标杆时间及其相位实时值。
标杆时间是其他所有源用于计算标杆差的参考源，其相位用作标准相位，与其他源的相位一样，是通过高精度测量单元得到的，通过标杆相位与其他源的相位值比较，可以得到其他源与标杆时间的差值，即标杆差：
进一步讲，所述的步骤（B）包括以下步骤：
（B1）每个时间输入源都要记录其初始稳定态SS0，此后则实时计算稳定态SSi；
（B2）根据以下公式实时计算两个的稳定态SSi和SSj的相位差，PDij=SSj-SSi；标杆差PDref是其他时间源的时间与标杆时间的相位差，每个时间源的标杆差初始为0，标杆差是相对最新的稳定态生效的，其中标准源的标杆差并表示为：PDstd-ref，其它时间源的标杆差表示为：PDtsi-ref；
其中步骤B1通过连续测量，得到每秒一个高精度测量值TTi，计算连续30个测量值的方差值DevSQ、峰峰值PP，确认这些值在设定的范围内，认为当前状态稳定，可以得到一个稳定态SS0，即计算用的测量数据的平均值；步骤B2从头开始记录测量值，与B1的方法相同，实时计算稳定态SSi。
进一步讲，所述的步骤（C）包括以下步骤：
（C1）根据步骤（B2）的结果进行判断，如果两个稳定态相邻且相差值大于正常波动范围，就认为发生了稳定态转移，则修订此时间源的标杆差，PDtsi-ref=PDtsi-ref+PDij，如果连续得到N个稳定态是稳定的，方差在限定的范围内，则说明没有突变，重复Ｂ2的步骤。
进一步讲，在PTP作为标准源的情况下，PTP的标杆差用突变累计法叠加计算获得，标准源如果不是PTP，其自身的标杆差恒为0。PTP作为时间源，在工程上存在路径变化导致的不对称性问题，因此，监视其路径变化导致的时间波动尤其重要，通过监视PTP的稳定态，可以使其精确跟踪标杆时间或精确保持稳定输出。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1本发明一种消除时钟内时间输入源相位差的方法，通过设定一个标杆时间相位，所有的时间源实时更新并记录与标杆时间相位的相差，在发生时间源切换的时候，利用记录的相差进行相位补偿，从而消除时钟输出因切换时间源产生的相位波动，达到时钟输出恒定连续的效果，标杆时间可以用最优时间源来设定，通过一定的算法消除各种条件的影响，从而能始终跟踪到一个唯一的标杆时间相位；
2本发明一种消除时钟内时间输入源相位差的方法，通过对时间源建立稳定态的概念，消除其自身大幅波动给时间输出带来的影响，稳定态是在一段时间内时间输出波动在指定的范围内的状态，用其测量相位值来表达，通过算法检测出时间源信息从一个稳定态转移到另一个稳定态，利用稳定态与标杆时间的相位差，可以对时间输出进行相位补偿，从而消除相位大幅波动给时间输出带来的影响；
3本发明一种消除时钟内时间输入源相位差的方法，时间同步装置通常拥有多个时间源，但是它们可能并不一致，这在工程实践中是比较常见的，为了让装置的输出时间不受时间输入源的切换的影响，采取了设置标杆时间和计算稳定态与标杆差的方法，从而精确补偿时间输入源的相差，消除了由此造成的相位波动。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
本发明一种消除时钟内时间输入源相位差的方法，以申请人最新研制的WTFS9000整体时间同步系统装置为例，使用４个时间输入源：GPS、北斗、Ｂ码和PTP，通常，按上述顺序设置优先级，前面的时间源比后面的时间源优先级高，此时，GPS被自动设置为标杆时间；该装置采用高精度的铷原子钟作为频率源，其频率准确度小于１.0E-12；该装置使用DDS和FPGA实现高精度的测量，测量分辨率达到0.1纳秒；GPS的时间准确度为50ns,北斗类似，但是与GPS会存在相对时间差，该差值因各种因素会有变化，并不确定，PTP通过地面链路，准确度为500ns左右，而且会随着路径切换产生达数微秒到数十微秒的跳动。
（A1）设置时钟同步装置的多个时钟源的优先级；
（A2）优先级最高的时钟源被自动设置为标杆时间；
（A3）时钟同步装置的测量单元对每个时钟源进行实时的高精度测量；
（A4）通过对测量数据可以获取标杆时间及其相位实时值；
（B1）每个时间输入源都要记录其初始稳定态SS0，此后则实时计算稳定态SSi；
（B2）根据以下公式实时计算两个的稳定态SSi和SSj的相位差，PDij=SSj-SSi；标杆差PDref是其他时间源的时间与标杆时间的相位差，每个时间源的标杆差初始为0，标杆差是相对最新的稳定态生效的，其中标准源的标杆差并表示为：PDstd-ref，其它时间源的标杆差表示为：PDtsi-ref；
（C1）根据步骤（B2）的结果进行判断，如果两个稳定态相邻且相差值大于正常波动范围，就认为发生了稳定态转移，则修订此时间源的标杆差，PDtsi-ref=PDtsi-ref+PDij，如果连续得到N个稳定态是稳定的，方差在限定的范围内，则说明没有突变，重复Ｂ2的步骤。
通过上述方法处理后，本装置的时间输出短时准确度优于5ns（100秒），长时准确度优于20ns,且在时间输入源的各种状态下能持续稳定的保持此工作状态，特别是在时间源切换时，不会发生输出时间相位波动。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质上对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种消除时钟内时间输入源相位差的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（A）设定一个标杆时间，以其相位为标杆相位；
（B）所有的时间源实时更新，并记录各个时间源与标杆时间的标杆相位之间的相位差；
（C）在发生时间源切换的时候，利用记录的相位差进行相位补偿，消除时钟输出因切换时间源产生的相位波动；
（D）重复步骤（B）至步骤（C）；
所述的步骤（B）包括以下步骤：
（B1）每个时间输入源都要记录其初始稳定态SS0，此后则实时计算稳定态SSi；
（B2）根据以下公式实时计算两个的稳定态SSi和SSj的相位差，
PDij=SSj-SSi；标杆差PDref是其他时间源的时间与标杆时间的相位差，每个时间源的标杆差初始为0，标杆差是相对最新的稳定态生效的，其中标准源的标杆差并表示为：PDstd-ref，其它时间源的标杆差表示为：PDtsi-ref。
2.根据权利要求1所述的一种消除时钟内时间输入源相位差的方法，其特征在于，所述的步骤（A）包括以下步骤：
（A1）设置时钟同步装置的多个时钟源的优先级；
（A2）优先级最高的时钟源被自动设置为标杆时间；
（A3）时钟同步装置的测量单元对每个时钟源进行实时的高精度测量；
（A4）通过对测量数据可以获取标杆时间及其相位实时值。
3.根据权利要求1所述的一种消除时钟内时间输入源相位差的方法，其特征在于，所述的步骤（C）包括以下步骤：
（C1）根据步骤（B2）的结果进行判断，如果两个稳定态相邻且相差值大于正常波动范围，就认为发生了稳定态转移，则修订此时间源的标杆差，PDtsi-ref=PDtsi-ref+PDij，如果连续得到N个稳定态是稳定的，方差在限定的范围内，则说明没有突变，重复Ｂ2的步骤。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的一种消除时钟内时间输入源相位差的方法，其特征在于：在PTP作为标准源的情况下，PTP的标杆差用突变累计法叠加计算获得，标准源如果不是PTP，其自身的标杆差恒为0。
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