CN109150352A - 一种基于卫星共视比对驾驭晶振的高精度时间复现方法 - Google Patents

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刘娅
李孝辉
陈瑞琼
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Abstract

本发明提供了一种基于卫星共视比对驾驭晶振的高精度时间复现方法，用户测量卫星与用户自身晶振的时间偏差，记为偏差一；同时国家授时中心基准站测量卫星与UTC(NTSC)的时间偏差，记为偏差二；每隔设定的时间段，用户将偏差一传到基准站，基准站对将同一时间段内的偏差一和偏差二进行比对，得到用户相对于UTC(NTSC)的时间偏差，记为偏差三；基准站将偏差三传递给用户，用户就获得了调整控制晶振的时间偏差数据。本发明通过时间偏差数据驾驭晶振实现时间复现信号，使得用户复现的时间与国家授时中心保持的世界时保持了同步，同时节省了用户的费用。

Description

一种基于卫星共视比对驾驭晶振的高精度时间复现方法
技术领域
本发明涉及一种高精度、低成本的时间复现方法。
背景技术
时间标准以铯钟和氢钟为主，由于它们昂贵的价格和对环境的高要求，大多时间用户都无法接受，而在实际应用中，许多用户需要准确度好、稳定度高的时间标准信号，因此价格便宜的晶振便成了首选。但是，晶振存在频率偏移和老化的问题，导致输出的结果逐渐偏离标准时间，不能满足时间用户的精度要求。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于卫星共视比对驾驭晶振的高精度时间复现方法，用户通过卫星共视与国家授时中心(UTC(NTSC))进行时间比对，获得共视时差数据，以此时间偏差数据驾驭晶振实现时间复现信号，使得用户复现的时间与国家授时中心保持的世界时保持了同步，同时节省了用户的费用。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：用户测量卫星与用户自身晶振的时间偏差，记为偏差一；同时国家授时中心基准站测量卫星与UTC(NTSC)的时间偏差，记为偏差二；每隔设定的时间段，用户将偏差一传到基准站，基准站对将同一时间段内的偏差一和偏差二进行比对，得到用户相对于UTC(NTSC)的时间偏差，记为偏差三；基准站将偏差三传递给用户，用户就获得了调整控制晶振的时间偏差数据。
所述的用户和基准站之间通过GPRS网络传递信号。
所述的时间段长度小于5分钟。
所述的用户采用相邻两个时间段内获得的偏差三进行作差，差值除以时间段长度即得到用户晶振的频率漂移；当前时间段内用户得到的时间偏差即为晶振的相位偏差。
所述的频率漂移和相位偏差进行衰减后作为调整量送到晶振。
所述的用户在系统加电的初始时刻初始化同步晶振时间信号与UTC(NTSC)时间信号，得到初始时刻的相对偏差，通过用户端主控板串行接口对数字分频电路进行调整，使得该相对偏差小于100ns，实现初始时刻用户与基准站之间时间偏差的粗同步。
本发明的有益效果是：
(1)通过卫星共视比对驾驭高稳晶振的时间复现技术，使得用户端复现的时间信号与UTC(NTSC)的偏差的MTIE优于20ns/1d，标准差优于3ns/1d；
(2)该时间复现技术，可为用户提供稳定度优于5.5E-13/10000s的10MHz频率基准信号；
(3)对于时间用户而言，通过该技术复现的时间信号，既大大节省了用户的经济成本，又显著提高了用户的时间性能。
附图说明
图1是本发明的原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
共视时间传递是以卫星系统时间作为公共参考源，在两个时间观测站同步观测卫星，测量观测站与卫星系统时间之差，通过比较两个观测站的观测结果，从而确定两观测站时间的相对偏差。
基于卫星共视比对驾驭晶振的高精度时间复现方法，就是通过卫星共视，用户站通过晶振产生的时间信号与国家授时中心主钟(UTC(NTSC))进行比对，交互比对时差数据，获得用户相对于UTC(NTSC)的时间偏差，利用时间偏差计算晶振的性能参数，用此参数控制晶振，使得晶振复现的时间与UTC(NTSC)之偏差的MTIE优于20ns/1d，标准差优于3ns/1d。
实现基于卫星共视比对驾驭晶振的时间复现技术，就是利用时间偏差计算得到晶振的性能参数，以此参数控制晶振，使得晶振复现的时间与标准时间(UTC(NTSC))同步，同步时差的MTIE优于20ns/1d，标准差优于3ns/1d，关键技术有以下两点：
(1)晶振性能参数的估计与控制；
(2)时间信号产生与初始化同步；
本发明通过对基于卫星共视比对驾驭晶振的时间复现技术问题分析，下面从共视数据的获得、晶振性能参数的估计与控制和时间信号产生与初始化同步三个方面分析基于卫星共视比对驾驭晶振的时间复现技术方案。
(1)共视数据的获得。用户端测量卫星与晶振的时间偏差，同时国家授时中心基准站测量卫星与UTC(NTSC)的时间偏差，每隔固定时间段，通过GPRS网络，用户将自己的时间偏差传到基准站，基准站对将同一时间段内两个站各自的时间偏差进行比对得到了用户相对于UTC(NTSC)的时间偏差，基准站再将此时间偏差通过GPRS网络传递到用户，用户就获得了调整控制晶振的时间偏差数据。
共视时差数据获得原理如图1所示，在该图中，记卫星为A，UTC(NTSC)基准站为B，用户端为C，因此，用户端相对于基准站之间的时间相对偏差即为：
TCB＝TCA-TBA
通过该公式，即可得到用户端与基准站之间的时间相对偏差。
(2)对晶振性能参数的估计方法，就是用相邻两个固定时间段内获得的时间偏差数据进行作差，即后一时间段的时间偏差减去前一时间段的时间偏差，该差值除以该固定时间段即可得到高稳晶振的频率漂移；由于用户获得的共视时间偏差是固定时间段内只能得到一个时差值，因此，当前时间段内用户得到的时间偏差即为高稳晶振的相位偏差；另外，固定时间段，在这里定义为小于5分钟，对于晶振而言，此时间段内的老化是可以忽略不计的。
对晶振的精确控制，是通过调整晶振的频率来实现的。由以上估算出晶振的性能参数后，采用“反向”的思路对晶振进行反复调整，使得晶振产生的时间信号围绕UTC(NTSC)基准时间信号上下调整。在这里，晶振调整量的计算是基于频偏和相位偏差得到的，由于外部环境温度变化和测量误差，以上得到的调整量需要进行衰减后送到晶振。
(3)时间信号产生与初始化同步。晶振产生的是10MHz的频率信号，该10MHz频率信号通过数字电路计数分频即可得到1Hz的频率信号，而时间信号的物理表征就是1Hz的频率信号，因此，晶振产生的1Hz频率信号即为用户的时间信号。由晶振产生并保持的时间信号，在系统刚加电的初始时刻，该时间信号与UTC(NTSC)的偏差是不确定的，需要进行初始化同步。基于共视获得该初始时刻的相对偏差，通过用户端主控板串行接口对数字分频电路进行调整，使得该相对偏差小于100ns，实现初始时刻用户与基准站之间时间偏差的粗同步。

Claims (6)

1.一种基于卫星共视比对驾驭晶振的高精度时间复现方法，其特征在于包括下述步骤：用户测量卫星与用户自身晶振的时间偏差，记为偏差一；同时国家授时中心基准站测量卫星与UTC(NTSC)的时间偏差，记为偏差二；每隔设定的时间段，用户将偏差一传到基准站，基准站对将同一时间段内的偏差一和偏差二进行比对，得到用户相对于UTC(NTSC)的时间偏差，记为偏差三；基准站将偏差三传递给用户，用户就获得了调整控制晶振的时间偏差数据。
2.根据权利要求1所述的基于卫星共视比对驾驭晶振的高精度时间复现方法，其特征在于：所述的用户和基准站之间通过GPRS网络传递信号。
3.根据权利要求1所述的基于卫星共视比对驾驭晶振的高精度时间复现方法，其特征在于：所述的时间段长度小于5分钟。
4.根据权利要求1所述的基于卫星共视比对驾驭晶振的高精度时间复现方法，其特征在于：所述的用户采用相邻两个时间段内获得的偏差三进行作差，差值除以时间段长度即得到用户晶振的频率漂移；当前时间段内用户得到的时间偏差即为晶振的相位偏差。
5.根据权利要求4所述的基于卫星共视比对驾驭晶振的高精度时间复现方法，其特征在于：所述的频率漂移和相位偏差进行衰减后作为调整量送到晶振。
6.根据权利要求1所述的基于卫星共视比对驾驭晶振的高精度时间复现方法，其特征在于：所述的用户在系统加电的初始时刻初始化同步晶振时间信号与UTC(NTSC)时间信号，得到初始时刻的相对偏差，通过用户端主控板串行接口对数字分频电路进行调整，使得该相对偏差小于100ns，实现初始时刻用户与基准站之间时间偏差的粗同步。
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