CN108880726A - 一种时间偏差测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种时间偏差测量方法，包括定义观测时间窗窗口初始长度，计算初始窗口长度下的时间偏差样本；将观测时间窗窗口长度递增一位，计算该窗口长度下的时间偏差样本；重复前一步骤，直至求出观测时间窗第阈值个数窗口长度下的时间偏差样本。本方法采用边界决策数据替换法，大大减小了不同观测时间窗中计算时间偏差的时间复杂度；对观测时间窗大小采用对数坐标等间隔法，在保证时间偏差曲线完整性的同时有效减小了运算次数，可实现在基于嵌入式平台的便携式测试仪表中直接进行时间偏差的实时测量。

Description

一种时间偏差测量方法及系统

技术领域

本发明涉及同步网通信技术领域，特别涉及一种时间偏差的测量方法及系统。

背景技术

测控系统及同步网通信领域中，经常需要使用时频服务器为设备提供定时与同步的时标信号。时标信号的时频稳定性评价参数具有多种，其中时间偏差(TDEV)是评估时标信号长期稳定性的重要指标之一。TDEV的估计以参考时钟与被测时钟间的时间误差测量数据为基础，它包括两部分：一部分是时间误差(TE)样本数据的采集，另一部分是对TE样本数据的计算处理，TDEV计算方法的优劣将直接影响TDEV测量的置信度和效率。

时间误差x(t)表示被测时钟T(t)与参考时钟T_ref(t)的时间偏差，可用下式表示：

x(t)＝T(t)-T_ref(t)

时间误差序列{x_i}是指在一个测量周期T内以一定的采样周期τ₀对时间误差x(t)进行采样的采样值。ITU-TG.810定义TDEV的评估值为观测时间窗τ(τ＝nτ₀)内被测时钟与理想时钟的时间误差序列的最大峰峰值，可用下式表示：

由于计算TDEV的时间复杂度随测量周期和观测时间窗长度的递增而递增，目前对TDEV指标的测量通常先采集时间误差数据序列，再导出时间误差数据，最后利用计算机进行分析。测量过程较为繁琐，测量成本较高，难以在基于嵌入式平台的便携式测量仪表中对同步网中时间与频率设备的TDEV指标实时测量。

发明内容

针对现有技术的上述问题，本发明提供一种时间复杂度低、计算次数少、可在基于嵌入式平台的便携测试仪表中直接进行的时间偏差测量方法及系统。

本发明能够以多种方式实现，包括方法、系统、设备、装置或计算机可读介质，在下面论述本发明的几个实施例。

作为一种时间偏差测量方法，本发明实施例包括步骤：

定义观测时间窗窗口初始长度，计算初始窗口长度下的时间偏差样本；

将观测时间窗窗口长度递增一位，计算该窗口长度下的时间偏差样本；

重复前一步骤，直至计算出观测时间窗第阈值个数窗口长度下的时间偏差样本。

进一步地，窗口长度相同的左、右观测时间窗邻接，设观测时间窗内的样本数据序列个数为n，某一观测时间窗窗口长度下的时间偏差样本的计算方法包括：

(1)将左窗口始端置于起始序列位置；

(2)分别计算左、右窗口始末端对应样本数据序列的差值，计算所述左、右窗口始末端对应样本数据序列差值的差值；

(3)将左、右窗口均向右移一个样本数据序列，重复步骤(2)操作，直至右移次数达到n-1次，计算所有左、右窗口始末端对应样本数据序列差值的差值的累加值；

(4)将左观测时间窗的始端右移一个样本数据序列，然后将左、右窗口均向右移n-1个样本数据序列，剔除前一累加值的起始项，加上本次滑动观测时间窗的结束项得到新的累加值；

(5)重复步骤(4)，直至左窗口始端置于第N-3n+1个序列位置,N表示样本数据序列总数，计算步骤(3)、(4)得到的累加值的平方和，对所述平方和求均值并二次开方，得到该观测时间窗窗口长度下的时间偏差样本。

进一步地，设第k个观测时间窗的窗口长度为i(k)，则第k+1个观测时间窗的窗口长度i(k+1)＝i(k)+(0.9/d)×10ⁿ，d为时间偏差对数坐标曲线每10倍刻度需要描绘的点数，当i(k)<1时n＝0，当i(k)≥1时n＝floor{lg[i(k)]}+1，floor函数取不大于当前数的最大整数。

进一步地，所述观测时间窗窗口长度的阈值个数为N/3，N表示样本数据总数。

作为一种时间偏差测量系统，本发明实施例包括钟控模块、铷钟、核心时钟模块、时间误差采样模块和数据处理模块，所述钟控模块通过所述铷钟对应连接所述核心时钟模块，所述核心时钟模块通过所述时间误差采样模块对应连接所述数据处理模块，所述钟控模块用于接收外部参考时钟中的频率信号，并控制所述铷钟为所述核心时钟模块提供稳定频率源；所述核心时钟模块用于接收外部参考时钟中的时间信号，并输出与外部参考时钟同步的内部参考时钟；所述时间误差采样模块用于接收内部参考时钟和被测时钟信号生成时间误差序列；所述数据处理模块用于计算时间偏差序列。

进一步地，所述数据处理模块用于执行权利要求1至4任意一项所述方法来计算时间偏差序列。

进一步地，所述系统还设置有显示模块，用于显示观测时间窗大小与时间偏差序列构成的时间偏差对数坐标曲线。

本发明可实现的积极有益技术效果包括：采用边界决策数据替换法，大大减小了不同观测时间窗中计算时间偏差的时间复杂度；对观测时间窗大小采用对数坐标等间隔法，在保证时间偏差曲线完整性的同时有效减小了运算次数，可实现在基于嵌入式平台的便携式测试仪表中直接进行时间偏差的实时测量；通过外部参考时钟校准核心时钟模块输出内部参考时钟，使得在没有外界参考时钟信号情况下，保证系统测量最大时间间隔误差不受影响。

本发明的其他方面和优点根据下面结合附图的详细的描述而变得明显，所述附图通过示例说明本发明的原理。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为本发明实施例提供的时间偏差测量系统结构框图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

一种时间偏差测量方法，包括定义观测时间窗窗口初始长度，计算初始窗口长度下的时间偏差样本；将观测时间窗窗口长度递增一位，计算该窗口长度下的时间偏差样本；重复前一步骤，直至计算出观测时间窗第阈值个数窗口长度下的时间偏差样本。

窗口长度相同的左、右观测时间窗邻接，设观测时间窗内的样本数据序列个数为n，某一观测时间窗窗口长度下的时间偏差样本的计算方法包括：

(1)将左窗口始端置于起始序列位置；

(2)分别计算左、右窗口始末端对应样本数据序列的差值，计算所述左、右窗口始末端对应样本数据序列差值的差值；

(3)将左、右窗口均向右移一个样本数据序列，重复步骤(2)操作，直至右移次数达到n-1次，计算所有左、右窗口始末端对应样本数据序列差值的差值的累加值；

(4)将左观测时间窗的始端右移一个样本数据序列，然后将左、右窗口均向右移n-1个样本数据序列，剔除前一累加值的起始项，加上本次滑动观测时间窗的结束项得到新的累加值；

(5)重复步骤(4)，直至左窗口始端置于第N-3n+1个序列位置,N表示样本数据序列总数，计算步骤(3)、(4)得到的累加值的平方和，对所述平方和求均值并二次开方，得到该观测时间窗窗口长度下的时间偏差样本。

设第k个观测时间窗的窗口长度为i(k)，则第k+1个观测时间窗的窗口长度i(k+1)＝i(k)+(0.9/d)×10ⁿ，d为时间偏差对数坐标曲线每10倍刻度需要描绘的点数，当i(k)<1时n＝0，当i(k)≥1时n＝floor{lg[i(k)]}+1，floor函数取不大于当前数的最大整数。对观测时间窗大小采用对数坐标等间隔法，在保证时间偏差曲线完整性的同时有效减小了运算次数，可实现在基于嵌入式平台的便携式测试仪表中直接进行时间偏差的实时测量。

作为实施例，设第k个观测时间窗内的样本数据序列个数n＝5，该观测时间窗窗口长度下的时间偏差样本的计算方法包括：

(1)左观测时间窗的始端置于起点序列位置，左、右观测时间窗对应的样本数据序列为[x₁，x₆]、[x₆，x₁₁]，分别计算左、右窗口始末端对应序列的差值x₆-x₁、x₁₁-x₆，计算左、右窗口始末端对应样本数据序列差值的差值tempsum1＝(x₁₁-x₆)-(x₆-x₁)＝x₁₁-2x₆+x₁；将左、右窗口均向右移一个样本数据序列,此时左、右观测时间窗对应的样本数据序列为[x₂，x₇]、[x₇，x₁₂],此时tempsum2＝x₁₂-2x₇+x₂；左、右窗口继续右移，直至右移次数达到n-1＝4次，此时左、右观测时间窗对应的样本数据序列为[x₅，x₁₀]、[x₁₀，x₁₅],此时tempsum5＝x₁₅-2x₁₀+x₅，计算所有左、右窗口始末端对应样本数据序列差值的差值的累加值，D₁＝tempsum₁+tempsum₂+…+tempsum₅；

(2)将左观测时间窗的始端置于第二个序列位置，将左、右窗口均向右移4个样本数据序列，剔除前一累加值D₁的起始项tempsum1，加上本次滑动观测时间窗的结束项tempsum6得到新的累加值D2，D2＝D₁-tempsum1+tempsum6，tempsum6＝x₁₆-2x₁₁+x₆；

(3)继续将左观测时间窗的始端右移一个样本数据序列，直至左窗口始端置于第N-3n+1个序列位置,N表示样本数据序列总数，示例性地，N＝30,此时左观测时间窗始端右移的终止条件为左观测时间窗的始端位于第16个序列位置；

(4)计算(1)、(2)、(3)得到的累加值的平方和对所述平方和求均值并二次开方，得到该观测时间窗窗口长度下的时间偏差样本。

优化地，观测时间窗窗口长度的阈值个数为N/3，N表示样本数据总数，当N/3不是整数时，阈值个数为N/3的向下取整。

图1为本发明实施例提供的时间偏差测量系统结构框图，如图1所示，包括钟控模块、铷钟、核心时钟模块、时间误差采样模块和数据处理模块，所述钟控模块通过所述铷钟对应连接所述核心时钟模块，所述核心时钟模块通过所述时间误差采样模块对应连接所述数据处理模块，所述钟控模块用于接收外部参考时钟中的频率信号，并控制所述铷钟为所述核心时钟模块提供稳定频率源；所述核心时钟模块用于接收外部参考时钟中的时间信号，并输出与外部参考时钟同步的内部参考时钟；所述时间误差采样模块用于接收内部参考时钟和被测时钟信号生成时间误差序列；所述数据处理模块用于计算时间偏差序列。所述数据处理模块用于执行权利要求1至4任意一项所述方法来计算时间偏差序列。通过外部参考时钟校准核心时钟模块输出内部参考时钟，使得在没有外界参考时钟信号情况下，保证系统测量最大时间间隔误差不受影响。

优化地，所述系统还设置有显示模块，用于显示观测时间窗大小与时间偏差序列构成的时间偏差对数坐标曲线。

本发明的不同方面、实施例、实施方式或特征能够单独使用或任意组合使用。

本发明优选由软件实现，但是也能够以硬件或硬件和软件的组合实现。本发明也能够被实施为计算机可读介质上的计算机可读代码。计算机可读介质是能够存储之后可由计算机系统读取的数据的任何数据存储设备。计算机可读介质的示例包括：只读存储器、随机存储存储器、CD-ROM、DVD、磁带、光学数据存储设备和载波。计算机可读介质也可分布在网络连接的计算机系统上，从而以分布式方式存储和执行计算机可读代码。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (7)

1.一种时间偏差测量方法，其特征在于包括步骤：

定义观测时间窗窗口初始长度，计算初始窗口长度下的时间偏差样本；

将观测时间窗窗口长度递增一位，计算该窗口长度下的时间偏差样本；

重复前一步骤，直至计算出观测时间窗第阈值个数窗口长度下的时间偏差样本。

2.根据权利要求1所述的一种时间偏差测量方法，其特征在于，窗口长度相同的左、右观测时间窗邻接，设观测时间窗内的样本数据序列个数为n，某一观测时间窗窗口长度下的时间偏差样本的计算方法包括：

(1)将左窗口始端置于起始序列位置；

(2)分别计算左、右窗口始末端对应样本数据序列的差值，计算所述左、右窗口始末端对应样本数据序列差值的差值；

(3)将左、右窗口均向右移一个样本数据序列，重复步骤(2)操作，直至右移次数达到n-1次，计算所有左、右窗口始末端对应样本数据序列差值的差值的累加值；

(4)将左观测时间窗的始端右移一个样本数据序列，然后将左、右窗口均向右移n-1个样本数据序列，剔除前一累加值的起始项，加上本次滑动观测时间窗的结束项得到新的累加值；

(5)重复步骤(4)，直至左窗口始端置于第N-3n+1个序列位置,N表示样本数据序列总数，计算步骤(3)、(4)得到的累加值的平方和，对所述平方和求均值并二次开方，得到该观测时间窗窗口长度下的时间偏差样本。

3.根据权利要求1所述的一种时间偏差测量方法，其特征在于，设第k个观测时间窗的窗口长度为i(k)，则第k+1个观测时间窗的的窗口长度i(k+1)＝i(k)+(0.9/d)×10ⁿ，d为时间偏差对数坐标曲线每10倍刻度需要描绘的点数，当i(k)<1时n＝0，当i(k)≥1时n＝floor{lg[i(k)]}+1，floor函数取不大于当前数的最大整数。

4.根据权利要求1所述的一种时间偏差测量方法，其特征在于，所述观测时间窗窗口长度的阈值个数为N/3，N表示样本数据序列总数。

5.一种时间偏差测量系统，其特征在于包括钟控模块、铷钟、核心时钟模块、时间误差采样模块和数据处理模块，所述钟控模块通过所述铷钟对应连接所述核心时钟模块，所述核心时钟模块通过所述时间误差采样模块对应连接所述数据处理模块，所述钟控模块用于接收外部参考时钟中的频率信号，并控制所述铷钟为所述核心时钟模块提供稳定频率源；所述核心时钟模块用于接收外部参考时钟中的时间信号，并输出与外部参考时钟同步的内部参考时钟；所述时间误差采样模块用于接收内部参考时钟和被测时钟信号生成时间误差序列；所述数据处理模块用于计算时间偏差序列。

6.根据权利要求5所述的一种时间偏差测量系统，其特征在于，所述数据处理模块用于执行权利要求1至4任意一项所述方法来计算时间偏差序列。

7.根据权利要求5所述的一种时间偏差测量系统，其特征在于，所述系统还设置有显示模块，用于显示观测时间窗大小与时间偏差序列构成的时间偏差对数坐标曲线。