CN109738918A - 一种卫星时频卡软件接口层取时精度测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卫星时频卡软件接口层取时精度测试方法，本发明能够实现卫星时频卡软件接口层的取时精度测试，包括取时准确度与取时准确度测试。一方面，基于循环采样算法测量卫星时频卡软件接口层取时准确度；另一方面，将卫星时频卡取时精度测试转换为卫星时频卡与标准时间源的时间差测试，再根据时间差分析推导得到取时准确度，实现卫星时频卡软件接口层的取时准确度测试。本发明不同于以往的卫星时频卡取时精度测试方法，不是针对硬件层取时精度进行测试，而是针对软件接口层取时精度进行测试，旨在测试应用层调用时频卡软件接口的时间获取精度。

Description

一种卫星时频卡软件接口层取时精度测试方法

技术领域

本发明属于时间同步技术领域，具体涉及一种卫星时频卡软件接口层取时精度测试方法。

背景技术

为解决信息系统取时精度过低、无法满足高精度取时需求，目前市场上出现了一种称为卫星时频卡的高精度取时设备，卫星时频卡采用扩展PCI(Peripheral ComponentInterconnection,周边元件扩展接口)插槽嵌入主机，内置授时模块，并提供软件接口以获取微秒级精度的卫星时间。

目前，广泛使用的卫星时频卡取时精度测试方法基于示波器设备实现，人们利用示波器比较卫星时频卡硬件接口输出PPS(Pluse Per Second:秒脉冲)与标准时间源输出PPS的频率相位差，检验卫星时频卡硬件输出接口的时间同步指标符合度。利用示波器测试方法简单易行，但也存在局限性，其一、某些卫星时频卡不具备PPS输出接口，无法进行比对测试；其二、示波器方法测试的是卫星时频卡输出信号的同步精度，而无法测试软件接口级的取时精度。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种卫星时频卡软件接口层取时精度测试方法，包括以下步骤：

步骤1，在用时节点上安装卫星时频卡，卫星时频卡接收标准UTC(Univeral TimeCoordinated:协调世界时)时间；

步骤2，循环采样时频卡输出的标准UTC时间，完成卫星时频卡的取时精度测试；

步骤3，获取时频卡输出的标准UTC时间并和参考标准时间比对，完成卫星时频卡的取时准确度测试。

步骤1中所述卫星时频卡通过装配卫星模块接收标准UTC时间，或者部署时间服务器接收标准UTC时间。

所述时间服务器装配卫星模块接收标准UTC时间，装配原子钟模块实现守时功能，装配时间发播模块发播标准UTC时间。

所述时间发播模块采用PTP(Precision Time Protocol:精密对时协议)协议发播标准UTC时间。

所述时间发播模块还可以采用IRIG-B码(InterRange Instrumentation Group:美国靶场司令委员会，该委员会发布6种格式串行时间码，即：A、B、C、D、E、F、G，IRIG-B为其中的B型码，下文简称B码)发播标准UTC时间。

步骤2包括：

步骤2-1，进行数据采样：开设包含n个单元的采样数组，数组中的数据元素为T₀、T₁、T₂、…、T_n，T_n表示数组中第n个数据元素，循环采样卫星时频卡输出的标准UTC时间，如采样值与上一采样值相等则继续采样，如不相等则将时间采样值存入采样数组；

步骤2-2，进行时差计算：采用ΔT_i＝T_i+1-T_i公式计算获得包含n-1个单元的时差数组，0≤i≤n-1，ΔT_i表示第i个时差数据元素，第n-1个时差数据元素ΔT_n-1取值为：

ΔT_n-1＝T_n-T_n-1；

步骤2-3，进行取时精度判定：逐一检查对时差数组中的时差数据元素取值，如果所有时差数据元素取值与时频卡精度一致，则表示时频卡取时准确度满足指标要求；否则表示不满足指标要求。

步骤3包括：

步骤3-1，进行数据采集，从卫星时频卡读取标准UTC时间；

步骤3-2，进行时间比对：将获取的标准UTC时间与参考时间比对，计算得到取时准确度。

步骤3-2中，采用如下公式计算取时准确度T_gt：

其中，T₁表示步骤3-1从卫星时频卡读取的标准UTC时间，T₀表示参考标准时间。

步骤3-2中，基于PTP协议比对，取值准确度达到微秒级，或者基于NTP(NetworkTime Protocol:网络对时协议)协议比对，取值准确度达到毫秒级。

步骤3中所述参考标准时间从时间服务器获取。

本发明能够实现卫星时频卡软件接口层的取时精度测试，包括取时准确度与取时准确度测试。一方面，基于循环采样算法测量卫星时频卡软件接口层取时准确度；另一方面，通过将卫星时频卡取时精度测试转换为卫星时频卡与标准时间源的时间差测试，再根据时间差分析推导得到取时准确度，实现卫星时频卡软件接口层的取时准确度测试。

时间服务器故障检测方法包含三类物理节点和二个测试工具。三类物理节点分别是：时间服务器、用户节点和卫星时频卡，时间服务器实现标准UTC时间接收、保持和高精度发播；卫星时频卡通过PTP或B码授时方式从时间服务器引接高精度时间；用时节点安装卫星时卡，应用软件调用卫星时频卡软件取时接口获取高精度时间。二个测试工具分别是：循环取时与分析软件，时频卡和标准时间源的时间比对软件。二个测试工具均部署于用时节点，循环取时与分析软件实现软件接口层的取时准确度测试；时频卡和标准时间源的时间比对软件实现软件接口层取时准确度的测试。

具体内容包括：

(1)软件接口层取时准确度测试：循环采样卫星时频卡时间并进行样本分析，完成卫星时频卡的取时准确度测试。

(2)软件接口层取时准确度测试：获取卫星时频卡时间并和标准时间源比对，完成卫星时频卡的取时准确度测试。

有益效果：本发明能够实现卫星时频卡软件接口层的取时精度测试，包括取时准确度与取时准确度测试。一方面，基于循环采样算法测量卫星时频卡软件接口层取时准确度；另一方面，将卫星时频卡取时精度测试转换为卫星时频卡与标准时间源的时间差测试，再根据时间差分析推导得到取时准确度，实现卫星时频卡软件接口层的取时准确度测试。本发明不同于以往的卫星时频卡取时精度测试方法，不是针对硬件层取时精度进行测试，而是针对软件接口层取时精度进行测试，旨在测试应用层调用时频卡软件接口的时间获取精度。本发明实现成本低廉、便于部署和应用，提供针对卫星时频卡软件接口层取时精度的有效测试方法。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1是时频卡取时准确度测试流程实例图。

图2是时频卡取时精确度测试模型示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

本发明具体流程如图1和图2所示，具体实施方式如下：

(1)部署时间服务器，实现标准UTC时间接收、保持和高精度发播；

(2)部署一台用户节点并装配卫星时频卡，通过PTP或B码授时方式从时间服务器引接高精度时间；

(3)在用时节点部署循环取时与分析软件，实现软件接口层的取时准确度测试，具体步骤如下：

第一步：在数据采样阶段，开设包含n(一般取值为10000)个单元的采样数组(数据元素为T₀、T₁、T₂、…、T_n)，循环采样卫星时频卡时间，如采样值与上一采样值相等则继续采样，如不相等则将时间采样值存入采样值数组；

第二步：在时差计算阶段，采用ΔT_i＝T_i+1-T_i(0≤i≤9999)公式计算获得包含9999个单元的时差数组(数据元素取值为：ΔT₀＝T₁-T₀、ΔT₁＝T₂-T₁、ΔT₂＝T₃-T₂、…、ΔT₉₉₉₉＝T₁₀₀₀₀-T₉₉₉₉)；

第三步：在取时精度判定阶段，对时差数组的数据元素取值进行数据分析、获得取时精度的判定结果，如果时差元素取值与时频卡精度一致，则表示时频卡取时准确度满足指标要求；否则表示不满足指标要求。理论上时间差数组由9999个数组单元取值均为取时准确度，如果实测值与理论值相符，判定卫星时频卡取时精度符合指标；否则，如存在取值不为取时准确度的数组单元，判定卫星时频卡取时精度与指标不符。

(4)在用时节点部署时间比对软件，实现软件接口层的取时准确度测试，具体步骤如下：

第一步：在用时节点上运行时频卡和标准时间源的时间比对软件，从卫星时频卡读取高精度时间，并与时间服务器进行时间比对；

第二步：测量得到的卫星时频卡与时间服务器的时间差值，再由时间差值推导计算出取时准确度。

其核心包含三个方面：

1、本发明不是针对硬件层取时精度进行测试，而是针对软件接口层取时精度进行测试，旨在测试应用层调用时频卡软件接口的时间获取精度；

2、本发明实现软件接口层取时准确度与取时准确度的测试；

3、本发明实现成本低廉、便于部署和应用。

根据以上实施方式，实测时频卡取时精确度与取时准确度(取时精确度采用PTP协议比对方式)均为1us，与指标相同。试验结果表明，本发明提供的软件接口层取时精度测试方法，有效实现应用层调用时频卡软件接口的时间获取精度测试。

本发明提供了一种卫星时频卡软件接口层取时精度测试方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (9)

1.一种卫星时频卡软件接口层取时精度测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，在用时节点上安装卫星时频卡，卫星时频卡接收标准UTC时间；

步骤2，循环采样时频卡输出的标准UTC时间，完成卫星时频卡的取时精度测试；

步骤3，获取时频卡输出的标准UTC时间并和参考标准时间比对，完成卫星时频卡的取时准确度测试。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中所述卫星时频卡通过装配卫星模块接收标准UTC时间，或者部署时间服务器接收标准UTC时间。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述时间服务器装配卫星模块接收标准UTC时间，装配原子钟模块实现守时功能，装配时间发播模块发播标准UTC时间。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述时间发播模块采用PTP协议发播标准UTC时间。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述时间发播模块采用IRIG-B码发播标准UTC时间。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤2包括：

步骤2-1，进行数据采样：开设包含n个单元的采样数组，数组中的数据元素为T₀、T₁、T₂、…、T_n，T_n表示数组中第n个数据元素，循环采样卫星时频卡输出的标准UTC时间，如采样值与上一采样值相等则继续采样，如不相等则将时间采样值存入采样数组；

步骤2-2，进行时差计算：采用ΔT_i＝T_i+1-T_i公式计算获得包含n-1个单元的时差数组，0≤i≤n-1，ΔT_i表示第i个时差数据元素，第n-1个时差数据元素ΔT_n-1取值为：

ΔT_n-1＝T_n-T_n-1；

步骤2-3，进行取时精度判定：逐一检查时差数组中的时差数据元素取值，如果所有时差数据元素取值与时频卡精度一致，则表示时频卡取时准确度满足指标要求；否则表示不满足指标要求。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤3包括：

步骤3-1，进行数据采集，从卫星时频卡读取标准UTC时间；

步骤3-2，进行时间比对：将获取的标准UTC时间与参考标准时间比对，计算得到取时准确度。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤3-2中，采用如下公式计算取时准确度T_gt：

其中，T₁表示步骤3-1从卫星时频卡读取的标准UTC时间，T₀表示参考标准时间。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤3中所述参考标准时间从时间服务器获取。