CN107817480B - 一种时间比对测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种时间比对测量装置和方法，能够在双向时间比对中，根据时差数据调节发射时延，从而减小时间比对链路的非对称性，提高时间比对的性能，在测量开始前，对时间比对测量装置的发射时延和接收时延进行标定；进行时间比对，经时间比对数据处理获得节点间的时差数据；根据时差数据调整发射时延，时间比对链路的非对称性保持在一定范围；时间比对链路的非对称性保持在一定范围的情况下，进行时间比对，获得时差结果。

Description

一种时间比对测量装置及方法
技术领域
本发明涉及双向时间比对，尤其涉及基于发射时延可调的时间比对测量装置和方法。
背景技术
高精度的时间比对在时间测量、卫星导航、通信雷达及航天测控等领域有着重要的应用价值，双向时间比对方法作为一种高精度的时间比对方法，得到了广泛应用，双向时间同步方法基本原理是通过两个节点间互发互收时间比对信号，双向传输链路非常接近，其传输时延具有强相关性，能够差分对消绝大部分的误差，从而实现高精度的时间比对。
双向时间比对方法的误差主要来源于由于各种原因造成的双向比对链路的非对称性，从而造成双向链路传输时延的不一致，在差分对消过程中残留误差。为了弥补链路的非对称性，通常采用数据处理的方法修正链路中能够建模的误差；采用调整时频基准的方法减小双向比对链路的非对称性，例如通过调整原子频标的频率，使得两个时间比对节点的秒脉冲更加接近，从而减小双向比对链路的非对称性，但该方法技术难度较复杂，调整的准确性、实时性较差，难以适应运动复杂的节点条件。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足而提供一种具有发射时延可调的时间比对测量装置和方法。
本发明采用的技术方案为：
一种时间比对测量装置，包括第一时间比对测量设备102、第二时间比对测量设备103和时间比对数据处理设备104，第一时间比对测量设备102和第二时间比对测量设备103分别用于接收外部输入的时频基准信号，根据时频基准信号和发射时延调整参数产生时间比对测量信号，输出至另一个时间比对测量设备，还用于接收另一个时间比对测量设备的时间比对测量信号，并产生时间比对测量结果，输出至时间比对数据处理设备104；
时间比对数据处理设备104用于对第一时间比对测量设备102和第二时间比对测量设备103产生的时间比对测量结果进行差分处理，并扣除第一时间比对测量设备102和第二时间比对测量设备103的发射时延、接收时延及其它信号传输环境造成的误差，获得时差数据；其中，第一时间比对测量设备102和第二时间比对测量设备（103）的发射时延和接收时延外部标定或直接测量得到。
其中，第一时间比对测量设备102和第二时间比对测量设备103的结构相同，均包括时间比对发射单元202和时间比对接收单元203；
时间比对发射单元202用于根据外部输入的时频基准信号和发射时延调整参数产生时间比对测量信号，输出至另一个时间比对测量设备；时间比对接收单元203用于根据时频基准信号接收另一个时间比对测量设备的时间比对测量信号，并产生时间比对测量结果，输出至时间比对数据处理设备104。
其中，时间比对发射单元202包括发射时延调整模块204和测量信号产生模块205；发射时延调整模块204用于根据发射时延调整参数和时频基准信号生成发射时延调整信号，输出至测量信号产生模块205，测量信号产生模块205用于根据发射时延调整信号产生时间比对测量信号。
一种时间比对方法，包括以下步骤：
（1）搭建时间比对测量装置；在测量前，分别对时间比对测量装置的两个时间比对测量设备进行设备时延标定，获得两个时间比对测量设备的发射时延和接收时延；所述的时间比对测量装置包括时间比对数据处理设备和两个相同的时间比对测量设备；
（2）两个时间比对测量设备分别根据外部输入的时频基准信号和发射时延调整参数产生各自的时间比对测量信号，并互相接收对方的时间比对测量信号，产生时间比对测量结果；
（3）时间比对数据处理设备对两个时间比对测量设备产生的时间比对测量结果进行差分处理，扣除两个时间比对测量设备的发射时延、接收时延及其它信号传输环境造成的误差，获得时差数据；
（4）根据时差数据和时间比对测量设备的接收时延和发射时延，计算时间比对测量设备发送时间比对测量信号的时刻；
（5）根据两个时间比对测量设备发送时间比对测量信号的时刻，调整两个时间比对测量设备的发射时延，使得两个时间比对测量设备在设定时间范围内一起发送时间比对测量信号；
（6）两个时间比对测量设备根据外部输入的时频基准信号和发射时延调整参数产生各自的时间比对测量信号，并互相接收对方的时间比对测量信号，产生时间比对测量结果；
（7）时间比对数据处理设备对两个时间比对测量设备产生的时间比对测量结果进行差分处理，扣除两个时间比对测量设备的发射时延、接收时延及其它信号传输环境造成的误差，获得时差数据；
（8）根据时差数据和时间比对测量设备的接收时延和发射时延，计算时间比对测量设备发送时间比对测量信号的时刻；
（9）判断两个时间比对测量设备发送时间比对测量信号时刻的差是不是在需要时间范围内，若不是，则返回步骤（5）；否则，返回步骤（6），直到获得满足要求的一组时差数据。
（10）根据需要，对获得的一组时差数据进行平滑处理，消除时差数据中的随机波动，即得到最终时差数据结果。
其中，步骤（2）和步骤（6）具体包括以下步骤:
(201)两个时间比对测量设备分别根据外部输入的时频基准信号和发射时延调整参数生成发射时延调整信号，根据发射时延调整信号产生相应时延的时间比对测量信号；
（202）两个时间比对测量设备根据时频基准信号分别接收另一个时间比对测量设备接收时间比对测量信号，并产生时间比对测量结果。
本发明与背景技术相比具有以下优点：
本发明通过在双向比对测量信号产生环节增加发射时延调整模块，能够快速精确的调节时间比对测量信号产生的时刻，从而优化双向时间比对链路的对称性，减小双向时间比对链路的非对称性误差，由于发射时延的调整是在信号产生环节，避免了对时频基准的调整，提升了对环境的适应性。
附图说明
图1是本发明一实施例的时间比对测量装置的系统结构方框图。
图2是本发明一实施例的时间比对测量装置中的时间比对测量设备的方框图。
图3是使用本发明一实施例的时间比对测量方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合图1至图3来详细说明本发明的实施例：
图1是使用本发明一实施例的时间比对测量装置的系统结构方框图。
图1中，101是一个完整的时间比对测量装置，102、103两个相同的时间比对设备A、B，104是时间比对数据处理；
第一和第二时间比对测量设备102、103能够以时频基准信号A、B为参考产生和接收时间比对测量信号；
时间比对数据处理104能够对第一和第二时间比对测量设备102、103产生的时间比对测量结果进行差分处理，扣除两个时间比对测量设备的发射时延、接收时延及其它信号传输环境造成的误差，获得时差数据。
图2是本发明一实施例的时间比对测量装置中的时间比对测量设备的方框图。
201为时间比对测量设备，包括时间比对发射单元202和时间比对接收单元203，时间比对发射单元202根据时频基准信号和发射时延调整参数产生时间比对测量信号，时间比对接收单元203根据时频基准信号接收时间比对测量信号，并产生时间比对测量结果；
时间比对发射单元202包括发射时延调整模块204和测量信号产生模块205，发射时延调整模块204能够根据发射时延调整参数生成发射时延调整信号，测量信号产生模块205根据发射时延调整信号产生时间比对测量信号。
图3是使用本发明一实施例的一种时间比对测量方法的流程示意图；
包括以下步骤：
（1）搭建时间比对测量装置；在测量前，分别对时间比对测量装置的两个时间比对测量设备进行设备时延标定，获得两个时间比对测量设备的发射时延和接收时延；所述的时间比对测量装置包括时间比对数据处理设备和两个相同的时间比对测量设备；
（2）初次比对：两个时间比对测量设备分别根据外部输入的时频基准信号和发射时延调整参数产生各自的时间比对测量信号，并互相接收对方的时间比对测量信号，产生时间比对测量结果；
（3）时间比对数据处理设备对两个时间比对测量设备产生的时间比对测量结果进行差分处理，扣除两个时间比对测量设备的发射时延、接收时延及其它信号传输环境造成的误差，获得时差数据；
（4）根据时差数据和时间比对测量设备的发射时延和接收时延，计算时间比对测量设备发送时间比对测量信号的时刻；
（5）根据两个时间比对测量设备发送时间比对测量信号的时刻，调整两个时间比对测量设备的发射时延，使得两个时间比对测量设备在设定时间范围内一起发送时间比对测量信号；
（6）进行精密的时间比对：两个时间比对测量设备根据外部输入的时频基准信号和发射时延调整参数产生各自的时间比对测量信号，并互相接收对方的时间比对测量信号，产生时间比对测量结果；
（7）时间比对数据处理设备对两个时间比对测量设备产生的时间比对测量结果进行差分处理，扣除两个时间比对测量设备的发射时延、接收时延及其它信号传输环境造成的误差，获得时差数据；
（8）根据时差数据和时间比对测量设备的发射时延和接收时延，计算时间比对测量设备发送时间比对测量信号的时刻；
（9）判断两个时间比对测量设备发送时间比对测量信号时刻的差是不是在需要时间范围内，若不是，则返回步骤（5）；否则，返回步骤（6），直到获得满足要求的一组时差数据。
（10）根据需要，对获得的一组时差数据进行平滑处理，消除时差数据中的随机波动，即得到最终时差数据结果。
其中，步骤（2）和步骤（6）具体包括以下步骤：
(201)两个时间比对测量设备分别根据外部输入的时频基准信号和发射时延调整参数生成发射时延调整信号，根据发射时延调整信号产生相应时延的时间比对测量信号；
（202）两个时间比对测量设备根据时频基准信号分别接收另一个时间比对测量设备接收时间比对测量信号，并产生时间比对测量结果。

Claims (3)

1.一种时间比对测量装置，包括第一时间比对测量设备(102)、第二时间比对测量设备(103)和时间比对数据处理设备(104)，其特征在于，
第一时间比对测量设备(102)和第二时间比对测量设备(103)分别用于接收外部输入的时频基准信号，根据时频基准信号和发射时延调整参数产生时间比对测量信号，输出至另一个时间比对测量设备，还用于接收另一个时间比对测量设备的时间比对测量信号，并产生时间比对测量结果，输出至时间比对数据处理设备(104)；
时间比对数据处理设备(104)用于对第一时间比对测量设备(102)和第二时间比对测量设备(103)产生的时间比对测量结果进行差分处理，并扣除第一时间比对测量设备(102)和第二时间比对测量设备(103)的发射时延、接收时延及其它信号传输环境造成的误差，获得时差数据；其中，第一时间比对测量设备(102)和第二时间比对测量设备(103)的发射时延和接收时延外部标定或直接测量得到；
所述的第一时间比对测量设备(102)和第二时间比对测量设备(103)的结构相同，均包括时间比对发射单元(202)和时间比对接收单元(203)；
时间比对发射单元(202)用于根据外部输入的时频基准信号和发射时延调整参数产生时间比对测量信号，输出至另一个时间比对测量设备；时间比对接收单元(203)用于根据时频基准信号接收另一个时间比对测量设备的时间比对测量信号，并产生时间比对测量结果，输出至时间比对数据处理设备(104)；
所述的时间比对发射单元(202)包括发射时延调整模块(204)和测量信号产生模块(205)；发射时延调整模块(204)用于根据发射时延调整参数和时频基准信号生成发射时延调整信号，输出至测量信号产生模块(205)，测量信号产生模块(205)用于根据发射时延调整信号产生时间比对测量信号。
2.一种时间比对方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)搭建时间比对测量装置；在测量前，分别对时间比对测量装置的两个时间比对测量设备进行设备时延标定，获得两个时间比对测量设备的发射时延和接收时延；所述的时间比对测量装置包括时间比对数据处理设备和两个相同的时间比对测量设备；
(2)两个时间比对测量设备分别根据外部输入的时频基准信号和发射时延调整参数产生各自的时间比对测量信号，并互相接收对方的时间比对测量信号，产生时间比对测量结果；
(3)时间比对数据处理设备对两个时间比对测量设备产生的时间比对测量结果进行差分处理，扣除两个时间比对测量设备的发射时延、接收时延及其它信号传输环境造成的误差，获得时差数据；
(4)根据时差数据和时间比对测量设备的发射时延和接收时延，计算时间比对测量设备发送时间比对测量信号的时刻；
(5)根据两个时间比对测量设备发送时间比对测量信号的时刻，调整两个时间比对测量设备的发射时延，使得两个时间比对测量设备在设定时间范围内一起发送时间比对测量信号；
(6)两个时间比对测量设备根据外部输入的时频基准信号和发射时延调整参数产生各自的时间比对测量信号，并互相接收对方的时间比对测量信号，产生时间比对测量结果；
(7)时间比对数据处理设备对两个时间比对测量设备产生的时间比对测量结果进行差分处理，扣除两个时间比对测量设备的发射时延、接收时延及其它信号传输环境造成的误差，获得时差数据；
(8)根据时差数据和时间比对测量设备的发射时延和接收时延，计算时间比对测量设备发送时间比对测量信号的时刻；
(9)判断两个时间比对测量设备发送时间比对测量信号时刻的差是不是在需要时间范围内，若不是，则返回步骤(5)；否则，返回步骤(6)，直到获得满足要求的一组时差数据；
(10)根据需要，对获得的一组时差数据进行平滑处理，消除时差数据中的随机波动，即得到最终时差数据结果。
3.根据权利要求2所述的一种时间比对方法，其特征在于，步骤(2)和步骤(6)具体包括以下步骤:
(201)两个时间比对测量设备分别根据外部输入的时频基准信号和发射时延调整参数生成发射时延调整信号，根据发射时延调整信号产生相应时延的时间比对测量信号；
(202)两个时间比对测量设备根据时频基准信号分别接收另一个时间比对测量设备接收时间比对测量信号，并产生时间比对测量结果。
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