CN109687868A - 多参考源的时间同步方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种多参考源的时间同步方法及装置，其中方法包括接收多参考源信号；对接收到的多参考源信号根据预设规则进行筛选，获得当前时刻的基准信号；分别对所述基准信号和本地铷钟输出的时钟信号进行分频处理，获得基准1PPS脉冲信号和本地1PPS脉冲信号，以获得时钟间隔误差TIE值；根据所述时钟间隔误差TIE值控制本地时钟，使得本地1PPS脉冲信号与所述基准1PPS脉冲信号同步。本发明实施例有助于提高时间同步的准确性，相比OCXO恒温晶振具有更高的频率稳定性，适合对技术指标要求较高的使用环境。
Description
技术领域
本发明实施例涉及时钟同步技术领域，更具体地，涉及多参考源的时间同步方法及装置。
背景技术
现有技术在进行可驯授时时，通常采用GPS信号作为卫星参考源，通过NTP协议对网络内的所有服务器和网络设备的时间进行同步。但是GPS信号是由GPS卫星发送的，而GPS卫星是由其他国家管控，在紧急情况下或者战争状态下，GPS信号存在不可用的战略风险，因此，采用北斗卫星发送的北斗卫星信号作为参考源，可以彻底摆脱对美国GPS系统的依赖。
现有的北斗卫星信号通常只能利用单一的北斗卫星信号进行时间同步，但是有些时候因为收星数较少，时间同步的误差也会较大，因此如何在收星数较少的时候进行时间同步就是一个重要的问题，并且，现有技术的本地时钟长采用晶振材料，但晶振材料的精度较低，也会影响时钟同步的稳定性。
发明内容
本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的多参考源的时间同步方法及装置。
第一个方面，本发明实施例提供一种多参考源的时间同步方法，包括：
接收多参考源信号；
对接收到的多参考源信号根据预设规则进行筛选，获得当前时刻的基准信号；
分别对所述基准信号和本地铷钟输出的时钟信号进行分频处理，获得基准1PPS脉冲信号和本地1PPS脉冲信号，以获得时钟间隔误差TIE值；
根据所述时钟间隔误差TIE值控制本地时钟，使得本地1PPS脉冲信号与所述基准1PPS脉冲信号同步。
第二个方面，本发明实施例提供一种多参考源的时间同步装置，包括：
信号接收模块，用于接收多参考源信号；
筛选模块，用于对接收到的多参考源信号根据预设规则进行筛选，获得当前时刻的基准信号；
误差计算模块，用于分别对所述基准信号和本地铷钟输出的时钟信号进行分频处理，获得基准1PPS脉冲信号和本地1PPS脉冲信号，以获得时钟间隔误差TIE值；
同步模块，用于根据所述时钟间隔误差TIE值控制本地时钟，使得本地1PPS脉冲信号与所述基准1PPS脉冲信号同步。
第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面所提供的方法的步骤。
第四方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所提供的方法的步骤。
本发明实施例提供的多参考源的时间同步方法及装置，通过接收多参考源信号，使得基准信号的选择更加多样化，有助于提高时间同步的准确性，并且采用铷钟作为本地的时钟模块，相比OCXO恒温晶振具有更高的频率稳定性，适合对技术指标要求较高的使用环境。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的多参考源的时间同步方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的多参考源的时间同步装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的电子设备的实体结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例提供的多参考源的时间同步方法的流程示意图，如图1所示，包括：
S101、接收多参考源信号。
需要说明的是，本发明实施例通过接收多参考源信号，能够保证在一个参考源信号异常时，可以通过其他替补的参考源信号获得外部时间，使得基准信号的选择更加多样化，有助于提高时间同步的准确性。具体地，本发明实施例中的多参考源信号均可以解析为1PPS和时间信息，其中1PPS为高精度的时刻信息，时间信息为当前时间，两者相互配合构成高精度时间基准。在具体应用时，多参考源信号可以是北斗卫星信号、1PPS+TOD输入信号和IRIG-B码。
北斗卫星信号即北斗导航系统卫星发出的信号，地面北斗接收机终端对该信号进行接收并解析。1PPS+TOD：TOD即时间信息(time ofday，TOD)，是一种串行时间接口协议的监测，1PPS脉冲信号一般与TOD配合使用，1PPS即一秒一个脉冲的意思。IRIG(inter rangeinstruction group)时间标准是时间系统中的一种常用串行传输方式，IRIG时间标准有两大类：一类是并行时间码格式，这类码由于是并行格式，传输距离较近，且是二进制，因此远不如串行格式广泛；另一类是串行时间码，共有六种格式，即A、B、D、E、G、H。它们的主要差别是时间码的帧速率不同，IRIG-B即为其中的B型码。B型码的时帧速率为1帧/s；可传递100位的信息。作为应用广泛的时间码，B型码具用以下主要特点：携带信息量大，经译码后可获得1、10、100、1000c/s的脉冲信号和BCD编码的时间信息及控制功能信息；高分辨率；调制后的B码带宽，适用于远距离传输；分直流、交流两种；具有接口标准化，国际通用等特点。
S102、对接收到的多参考源信号根据预设优先级进行筛选，获得当前时刻的基准信号。
本发明实施例预先对多种参考源信号进行了优先级的划分，按照参考源信号优先级的顺序逐个进行状态可用的判断，直至找出首个状态可用的参考源信号作为基准信号，本发明实施例在接收到多种参考源信号后，根据优先级规则和状态可用判断，共两个标准来获取基准信号，使得筛选的基准信号更加精准。
需要说明的是，通常卫星信号参考源具有全天时、全天候、高精度的特点，作为最高优先级；其次是地面有线信号，例如1pps+TOD、IRIG-B码信号，地面有线信号通常精度依赖于上级参考源的精度，也受到线路传输延时的影响，地面有线信号可能存在线路故障导致信号丢失的问题；再次是网络授时PTP信号，该信号的特点是精度受网络环境的影响较大，局域网内精度较高。优先级最低的为地面传输的10MHz频率信号，由于其不携带时间信息，通常只作为频率源进行跟踪。
S103、分别对所述基准信号和本地铷钟输出的时钟信号进行分频处理，获得基准1PPS脉冲信号和本地1PPS脉冲信号，以获得时钟间隔误差TIE(time interval error)值。
可以理解的是，铷钟又被称为铷原子钟，铷频标是一种被动型原子频率，利用的是基态超精细能级之间的跃迁，铷原子钟由铷量子部分和压控晶体振荡器组成。铷原子频标短期稳定度最高可达到10-12量级，准确度为±5×10-11，具有体积小、精度高的特点。本发明实施例采用铷钟产生本地时间，相比OCXO恒温晶振具有更高的频率稳定性，适合对技术指标要求较高的使用环境
FPGA(Field－Programmable Gate Array)，即现场可编程门阵列，FPGA内部通过PLL锁相环将本地的10MHz时钟倍频到200MHz，通过采样低频信号，提高采样的分辨率，降低测量误差，使用高频时钟对输入的本地1PPS和外部参考源的1PPS进行采样，当第一个1PPS信号的前沿到来时，开始对两个1PPS前沿之间的时间距离进行采样计数，当第二个1PPS信号的前沿到来时停止计数，通过计数的个数乘以200MHz时钟的周期5ns，即可得到TIE值，并根据两个1PPS信号前沿的先后判定TIE值的符号(参考源的1pps是存在抖动的，有可能在本地1pps之前到来也有可能在本地1pps之后到来)。
S104、根据所述时钟间隔误差TIE值控制本地时钟，使得本地1PPS脉冲信号与所述基准1PPS脉冲信号同步。
需要说明的是，晶振的频率具有一定的可调节范围，由于时间和频率互为倒数关系，存在的数量关系，其中△t为TIE值，T为1PPS的周期1s，为频率准确度，△f表示晶振实际频率和标称频率的偏差；F表示晶振的标称频率10MHz；采用PID算法，根据晶振的频率调节范围确定适当的调整系数，实时将TIE值转换为晶振的频率的控制值，实现对晶振频率的精准控制，使晶振频率锁定在标准频率上。
在上述实施例的基础上，作为一种可选实施例，对所述基准信号进行分频处理，还包括获得标准时间。标准时间是指1pps同步与UTC时间的秒头，时间信息与北京时间一致。
所述根据所述时钟间隔误差TIE值控制本地时钟，使得本地1PPS脉冲信号与所述基准1PPS脉冲信号同步，之后还包括：
根据本地驯服好的时钟以及所述标准时间，生成并对外输出多种时频同步信号。
具体地，1PPS信号的产生是直接通过本地时钟10MHz分频产生即可，TOD信息通过将所需的时间信息打包成帧，通过串口输出即可。IRIG-B码是fpga利用本地时钟分频产生的1PPS和当前时间，按照IRIG-B码的格式合成连续的脉冲编码信号。PTP、NTP信号是通过独立的MCU单元运行NTP、PTP协议，协议引擎接收本地1PPS作为标准时刻，TOD信息包含当前时间信息，根据外部客户端的请求，根据协议规定做出实时的数据包响应。10MHz信号由铷钟的时钟输出直接产生，经过阻抗变换，驱动放大后对外输出。
在上述各实施例的基础上，作为一种可选实施例，对接收到的多参考源信号根据预设规则进行筛选，具体为：
根据预设的优先级对所述接收到的多参考源信号进行排序；
按照排序逐个对接收到的参考源信号进行状态解析，将首先找出的状态可用的参考源信号作为基准信号。
具体地，北斗卫星信号一般根据定位语句中的定位状态和收星数进行判定，定位后连续5秒收星数大于4颗判定有效。1PPS+TOD有效的判定是通过FPGA(Field－Programmable Gate Array)，即现场可编程门阵列，判定1PPS信号的有无，解析TOD信息中的时间是否连续判定。Irig-b信号通过解析irig-b码信号解码后的时间的连续性来判定是否有效。PTP信号是通过判定PTP从时钟输出的1PPS+TOD信息来判定是否又下起，判定方法同1PPS+TOD信息。10MHz信号通过fpga中的本地10MHz时钟对其进行采样，计数时钟的个数是否满足10MHz的频率范围来判定是否有效。
在上述各实施例的基础上，对接收到的多参考源信号根据预设规则进行筛选，获得当前时刻的基准信号，之后还包括：
实时对基准信号的状态进行监测，若状态不可用异常或基准信号丢失，则选择新的参考源信号作为基准信号。
本发明实施例在选择基准信号后，并不会一致保持基准信号不变，而是会实施对基准信号的状态进行监测，若该指标异常，则需要按照预设的优先级规则选择当前基准信号的下一优先级的参考源信号作为基准信号。需要说明的是，若监测到优先级最高的参考源信号或者上一优先级的参考源信号的状态恢复可用，则需要将基准信号重新切换至优先级最高的参考源信号或上一优先级的参考源信号。
图2为本发明实施例提供的多参考源的时间同步装置的结构示意图，如图2所示，该多参考源的时间同步装置包括：信号接收模块201、筛选模块202、误差计算模块203以及同步模块204，其中：
信号接收模块201，用于接收多参考源信号。
筛选模块202，用于对接收到的多参考源信号根据预设规则进行筛选，获得当前时刻的基准信号。
误差计算模块203，用于分别对所述基准信号和本地铷钟输出的时钟信号进行分频处理，获得基准1PPS脉冲信号和本地1PPS脉冲信号，以获得时钟间隔误差TIE值。
同步模块204，用于根据所述时钟间隔误差TIE值控制本地时钟，使得本地1PPS脉冲信号与所述基准1PPS脉冲信号同步。
本发明实施例提供的配置平台，具体执行上述各多参考源的时间同步方法的实施例流程，具体请详见上述各多参考源的时间同步方法实施例的内容，在此不再赘述。
图3为本发明实施例提供的电子设备的实体结构示意图，如图3所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)310、通信接口(Communications Interface)320、存储器(memory)430和通信总线340，其中，处理器310，通信接口320，存储器430通过通信总线340完成相互间的通信。处理器310可以调用存储在存储器330上并可在处理器310上运行的计算机程序，以执行上述各实施例提供的多参考源的时间同步方法，例如包括：接收多参考源信号；对接收到的多参考源信号根据预设规则进行筛选，获得当前时刻的基准信号；分别对所述基准信号和本地铷钟输出的时钟信号进行分频处理，获得基准1PPS脉冲信号和本地1PPS脉冲信号，以获得时钟间隔误差TIE值；根据所述时钟间隔误差TIE值控制本地时钟，使得本地1PPS脉冲信号与所述基准1PPS脉冲信号同步。
此外，上述的存储器330中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的多参考源的时间同步方法，例如包括：接收多参考源信号；对接收到的多参考源信号根据预设规则进行筛选，获得当前时刻的基准信号；分别对所述基准信号和本地铷钟输出的时钟信号进行分频处理，获得基准1PPS脉冲信号和本地1PPS脉冲信号，以获得时钟间隔误差TIE值；根据所述时钟间隔误差TIE值控制本地时钟，使得本地1PPS脉冲信号与所述基准1PPS脉冲信号同步。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种多参考源的时间同步方法，其特征在于，包括：
接收多参考源信号；
对接收到的多参考源信号根据预设规则进行筛选，获得当前时刻的基准信号；
分别对所述基准信号和本地铷钟输出的时钟信号进行分频处理，获得基准1PPS脉冲信号和本地1PPS脉冲信号，以获得时钟间隔误差TIE值；
根据所述时钟间隔误差TIE值控制本地时钟，使得本地1PPS脉冲信号与所述基准1PPS脉冲信号同步。
2.根据权利要求1所述的多参考源的时间同步方法，其特征在于，所述对所述基准信号进行分频处理，还包括获得标准时间；
相应地，所述根据所述时钟间隔误差TIE值控制本地时钟，使得本地1PPS脉冲信号与所述基准1PPS脉冲信号同步，之后还包括：
根据本地驯服好的时钟以及所述标准时间，生成并对外输出多种时频同步信号。
3.根据权利要求2所述的多参考源的时间同步方法，其特征在于，所述时频同步信号包括1PPS+TOD、IRIG-B码、NTP、PTP和10MHz时钟中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的多参考源的时间同步方法，其特征在于，所述多参考源信号包括北斗卫星信号、1PPS+TOD输入信号和IRIG-B码。
5.根据权利要求4所述的多参考源的时间同步方法，其特征在于，所述对接收到的多参考源信号根据预设规则进行筛选，具体为：
根据预设的优先级对所述接收到的多参考源信号进行排序；
按照排序逐个对接收到的参考源信号进行状态解析，将首先找出的状态可用的参考源信号作为基准信号。
6.根据权利要求1所述的多参考源的时间同步方法，其特征在于，所述对接收到的多参考源信号根据预设规则进行筛选，获得当前时刻的基准信号，之后还包括：
实时对基准信号的状态进行监测，若状态不可用异常或基准信号丢失，则选择新的参考源信号作为基准信号。
7.一种多参考源的时间同步装置，其特征在于，包括：
信号接收模块，用于接收多参考源信号；
筛选模块，用于对接收到的多参考源信号根据预设规则进行筛选，获得当前时刻的基准信号；
误差计算模块，用于分别对所述基准信号和本地铷钟输出的时钟信号进行分频处理，获得基准1PPS脉冲信号和本地1PPS脉冲信号，以获得时钟间隔误差TIE值；
同步模块，用于根据所述时钟间隔误差TIE值控制本地时钟，使得本地1PPS脉冲信号与所述基准1PPS脉冲信号同步。
8.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至6任一项所述多参考源的时间同步方法的步骤。
9.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述多参考源的时间同步方法的步骤。
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