CN108873669B - 一种计算机同步时钟的utc时间计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及计算机同步和守时方法，特别涉及一种计算机同步时钟的UTC时间计算方法。所述的方法包括如下步骤：步骤一，获取表征UTC时间的秒脉冲，同时获取计算机同步时钟；步骤二，实时计算最新一拍表征UTC时间的秒脉冲与最新一拍同步时钟的时间差Δt；步骤三，根据以下公式计算当前同步时钟的UTC时间T_n：T_n＝T_pps+Δt，其中，T_pps为秒脉冲对应UTC时间。n为获取到T_pps的当前同步时钟及之后的计数值，n＝0,1,2,3……。与现有技术相比，该方法不依赖可驯服晶振，利用普通晶振即可实现计算机同步时钟的UTC时间的获取，降低了体积和功耗；且同时可以利用秒脉冲和稳定晶振源互补完成守时修正，具有更高的可靠性。

Description

一种计算机同步时钟的UTC时间计算方法

技术领域

本发明涉及计算机同步和守时方法，特别涉及一种计算机同步时钟的UTC时间计算方法。

背景技术

近年来，基于接收机的守时授时技术非常普及，接收机具有表征UTC时间的秒脉冲，但是在导航领域还面临多传感器数据的采样同步性问题，以秒脉冲作为同步基准不能满足采样和解算的需求，这就需要带有UTC时间的高频率同步时钟。一种主流的做法是采用可驯服晶振，利用秒脉冲驯服晶振后将UTC时间传递给晶振分频出的同步时钟。但可驯服晶振会带来体积功耗的增大以及可靠性的降低。

发明内容

本发明解决的技术问题为：提供一种体积小、功耗少、可靠性高的计算机同步时钟UTC时间计算方法。

本发明的技术方案：一种计算机同步时钟的UTC时间计算方法，其特征在于所述的方法包括如下步骤：

步骤一，获取表征UTC时间的秒脉冲，同时获取计算机同步时钟；

步骤二，实时计算最新一拍表征UTC时间的秒脉冲与最新一拍同步时钟的时间差Δt；

步骤三，根据以下公式计算当前同步时钟的UTC时间T_n

T_n＝T_pps+Δt

其中，T_pps为秒脉冲对应UTC时间。n为获取到T_pps的当前同步时钟及之后的计数值，n＝0,1,2,3……。

优选地，所述的方法还包括如下内容：

同步时钟计算得到UTC时间后，新获取的T_pps无效或收不到新的秒脉冲时，引入稳定的晶振源，通过以下公式得到T_n的修正量ΔT：

ΔT＝N_钟×T_钟-N×T_同

其中，N_钟为单位时间内晶振源的脉冲数；T_钟为晶振源的脉冲周期；N为单位时间内同步时钟的脉冲数，T_同为同步时钟的周期，N×T_同可以依据补偿间隔选取需要的数值。

根据以下公式计算修正后的当前同步时钟的UTC时间T_nx

T_nx＝T_n+ΔT

该措施可以在外部UTC时钟源失效条件下利用稳定晶振源继续完成同步时钟的UTC时间推算，提高守时可靠性。

优选地，所述的晶振源为原子钟。其晶振稳定度和重复性高。

优选地，步骤二中当最新一拍表征UTC时间的秒脉冲与最新一拍同步时钟的时间差Δt大于1.5S时，Δt清零，自下一拍秒脉冲重新计算。该措施可以避免计数溢出导致的运算错误。

本发明的有益效果：与现有技术相比，该方法不依赖可驯服晶振，利用普通晶振即可实现计算机同步时钟的UTC时间的获取，降低了体积和功耗；且同时可以利用秒脉冲和稳定晶振源互补完成守时修正，具有更高的可靠性。

附图说明

图1本发明的流程图；

图2计算过程中的变量示意；

图3施例1的硬件数据流；

图4施例2的硬件数据流。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

实施例1

如图3所示，一种计算机系统，包括一个处理器板，一个接口板，一个接收机和一个铷原子钟。处理器板晶振分频出的同步时钟400Hz上升沿是数据采样和解算的基准，该同步时钟传递给接口板。

接收机会产生UTC整秒脉冲及对应的UTC时间，接口板通过422差分电平获取秒脉冲后触发内部计数器，计数器由其板内晶振(频率大于20M)计数，每个2.5ms上升沿到后向双口寄存器内更新计数结果N_C，同时在下个秒脉冲到后清零重新计数。如图2所示。为防止计数溢出，当计数结果大于1.5S时清零，等待下一个秒脉冲触发计数。

接收机和处理器板通过并行总线完成数据交互，处理器板在每个2.5ms中断内查询双口的秒脉冲UTC数据，当新的有效秒脉冲UTC数据到后在同一个2.5ms内通过并行总线获取接口板的计数结果Δt，

Δt＝N_C×T_C (1)

其中T_C为晶振计数周期。

则当前2.5ms上升沿的UTC时间T_2.5ms0表示如下：

T_2.5ms0＝T_pps+Δt (2)

其中T_pps为秒脉冲对应UTC时间。

之后每个2.5ms上升沿到后均在T_2.5ms0时刻上累加2.5ms，每个同步时钟的UTC时间即为：

T_2.5msn＝T_2.5ms0+2.5×n (3)

n为处理器板收到有效UTC时间之后的400Hz同步时钟序号，n＝1，2，3…，T_2.5msn单位为ms。

当下一个秒脉冲到后重新计算Δt，下一个有效UTC数据到后重新计算T_2.5ms0和T_2.5msn。

以上过程完成400Hz同步时钟的UTC时间计算，并利用接收机继续守时修正。

当无法获取秒脉冲或有效接收机UTC时间时，接口板内利用铷原子钟10M脉冲对400Hz晶振漂移进行修正，以一个2.5ms上升沿为触发计10M脉冲数，以其之后第N个2.5ms上升沿为计数终止

ΔT＝N_钟×10^-4-N×2.5 (4)

N_钟为计数器对铷原子钟的脉冲计数值，N可以依据补偿间隔选取需要的数值，ΔT单位为ms。

利用ΔT修正T_2.5msnx，即

T_2.5msnx＝T_2.5msn+ΔT (5)

n＝1，2，3…，T_2.5msnx单位为ms。在新的ΔT计算过程中，以上一拍计算结果为算子。

通过以上计算步骤即可以完成计算机同步时钟的UTC时间计算及守时功能。

实施例2

如图4所示，一种计算机系统，将施例1中的处理器板和接口板合并，包括一个处理器板，一个接收机和一个铷原子钟。处理器板晶振(频率大于20M)分频出400Hz同步时钟，上升沿为基准和中断触发。

接收机会产生UTC整秒脉冲及对应的UTC时间，处理器板通过422差分电平获取秒脉冲后触发内部计数器，计数器由其板内晶振计数，每个2.5ms上升沿到后向双口寄存器内更新计数结果N_C，同时在下个秒脉冲到后清零重新计数。为防止计数溢出，当计数结果大于1.5S时清零，等待下一个秒脉冲触发计数。

接收机和处理器板通过并行总线完成数据交互，处理器板在每个2.5ms中断内查询秒脉冲UTC数据，当新的有效秒脉冲UTC数据到后在同一个2.5ms内利用施例1公式(1)获取计数结果Δt，然后通过施例1中的公式(2)和公式(3)计算得到当前和之后每一个2.5ms上升沿的UTC时间。并利用接收机继续每一秒的守时修正。

当无法获取秒脉冲或有效接收机UTC时间时，处理器板内利用铷原子钟10M脉冲对400Hz晶振漂移进行修正，以一个2.5ms上升沿为触发计10M脉冲数，以其之后第N个2.5ms上升沿为计数终止，则可以通过施例1中的公式(4)和公式(5)计算得到不依赖于接收机的400Hz同步时钟的UTC时间。

Claims (3)

1.一种计算机同步时钟的UTC时间计算方法，其特征在于所述的方法包括如下步骤：

步骤一，获取表征UTC时间的秒脉冲，同时获取计算机同步时钟；

步骤二，实时计算最新一拍表征UTC时间的秒脉冲与最新一拍同步时钟的时间差Δt；

步骤三，根据以下公式计算当前同步时钟的UTC时间Tn

Tn＝Tpps+Δt

其中，Tpps为秒脉冲对应UTC时间；

当表征UTC时间的秒脉冲无效时，引入稳定的晶振源，通过以下公式计算修正量ΔT，

ΔT＝N_钟×T_钟-N×T_同

其中，N_钟为单位时间内晶振源的脉冲数，T_钟为晶振源的脉冲周期，N为单位时间内同步时钟的脉冲数，T_同为同步时钟的脉冲周期；

根据以下公式计算修正后的当前同步时钟的UTC时间Tnx

Tnx＝Tn+T_同×n+ΔT

其中，n为0、1、2、3……。

2.根据权利要求1所述的一种计算机同步时钟的UTC时间计算方法，其特征为：所述的晶振源为原子钟。

3.根据权利要求1所述的一种计算机同步时钟的UTC时间计算方法，其特征为：步骤二中当最新一拍表征UTC时间的秒脉冲与最新一拍同步时钟的时间差Δt大于1.2S时，Δt清零，自下一拍秒脉冲重新计算。