CN110784216A - 一种提升时钟服务器保持性能的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种提升时钟服务器保持性能的方法和系统，针对配备有铷钟的时钟服务器，在时钟服务器上电时启动上电计时器，根据时钟服务器进入锁定时上电计时器的计时时间执行不同方法：A.当上电计时器计时小于第一预设时间段时，直接使用控制字处理法保持时钟服务器数据；B.当上电计时器计时大于第一预设时间段且小于第二预设时间段时，依次使用控制字处理法和跳窗平均法保持时钟服务器数据；C.当上电计时器大于第二预设时间段时，依次使用控制字处理法和线性kalman无限递归法保持时钟服务器数据。本发明采用分段式保持数据处理，能有效提升各时段的保持性能。
Description
技术领域
本发明属于时钟服务器保持性能的技术领域，尤其是涉及一种提升时钟服务器保持性能的方法和系统。
背景技术
传统数字锁相环的框图如图1所示，在滤波器输出的control word(控制字)一般会采用一个Filter(滤波器)对control word进行滤波处理，当ref(参考)没有了之后，即用cw_filter(控制字-滤波器)输出作为NCO(数字控制振荡器)的频率输出控制，从而达到实现频率保持的目的。现有技术中，cw_filter通用的做法是直接使用平均滤波法，平均窗口可设置，也有的方法是直接使用ref丢失之前的最后一个control word值。
一级时钟服务器主要使用铷钟作为系统的工作时钟，配备铷钟的时钟服务器实测控制字从上电开始的变化过程如2图所示，从曲线上看到，前0.5小时由于铷钟预热导致的DA值变化非常大，半小时后趋于稳定，但是依然是非线性变化，一个半小时后趋近于线性变化。
现有技术中使用直接平均法的方法有滑窗平均和跳窗平均两种，但是前述两种方法均存在各自的缺陷：
滑窗平均：如果窗口过短，那么平均效果就会较差，窗口过长，那么愧疚需要大量的缓存来存储数据，对资源要求较高；
跳窗平均：同样窗口太短的话，平均效果较差，窗口过长，保持时所使用的数据是前一窗口的计算值，会存在一定的偏差。
且单纯的平均滤波效果也一般，不能完全真实的反应控制字的真实变化。
从图2所示的实际环境的结果来看，如果在一开始就使用平均滤波的方案，实际控制字与平均后的值相比会差很多，实际性能甚至不如直接使用ref丢失之前的最后一个control word。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种提升时钟服务器保持性能的方法；
本发明的另一目的是针对上述问题，提供一种提升时钟服务器保持性能的系统。
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：
一种提升时钟服务器保持性能的方法，针对配备有铷钟的时钟服务器，针对配备有铷钟的时钟服务器，在时钟服务器上电时启动上电计时器，根据时钟服务器进入锁定时上电计时器的计时时间执行不同方法：
A.当上电计时器计时小于第一预设时间段时，直接使用控制字处理法保持时钟服务器数据；
B.当上电计时器计时大于第一预设时间段且小于第二预设时间段时，依次使用控制字处理法和跳窗平均法保持时钟服务器数据；
C.当上电计时器大于第二预设时间段时，依次使用控制字处理法和线性kalman无限递归法保持时钟服务器数据。
在上述的提升时钟服务器保持性能的方法中，在进入锁定的瞬间启动锁定的锁定计时器。
在上述的提升时钟服务器保持性能的方法中，在方法B和方法C中，在进入保持之后的一段预留时间内使用所述控制字处理法保持时钟服务器数据；
在方法C中，预留时间以后使用线性kalman无限递归法保持时钟服务器数据；
方法B中，预留时间以后使用跳窗平均法保持时钟服务器数据。
在上述的提升时钟服务器保持性能的方法中，在方法B中，当锁定计时器大于跳窗时间时，在跳窗时间后使用线性kalman无限递归法代替跳窗平均法保持时钟服务器数据。
在上述的提升时钟服务器保持性能的方法中，在方法B和方法C中，所述第一预设时间段和第二预设时间段根据时钟服务器的晶振或铷钟的预热和老化特性确定。
在上述的提升时钟服务器保持性能的方法中，控制字处理法为：
获取锁相环锁定前的最后一个控制字，直接使用该最后一个控制字的数据作为保持数据；
跳窗平均法的处理方式为：
将第一预设时间段和第二预设时间段的数据进行跳窗平均处理，并使用跳窗平均后的数据作为保持数据。
在上述的提升时钟服务器保持性能的方法中，在方法C中，在方法C中，通过线性kalman无限递归法对控制字进行最优估计的算法，当锁相环锁定之后，使用经过线性kalman无限递归法计算的数据作为保持数据。
在上述的提升时钟服务器保持性能的方法中，线性kalman无限递归法的具体处理过程包括：对控制字进行滤波处理，以及评估控制字的变化趋势，并对控制字的变化趋势进行补偿，将根据评估及补偿结果计算的数据作为保持数据；
其中，补偿方式包括公式①
cw＝filter_out+K(T) ①
其中，CW为补偿后的控制字；
filter_out，经过线性kalman无限递归法滤波处理后的控制字；
K(T)，补偿值；
T，为补偿的间隔时间；
K，为经过线性kalman无限递归法计算评估得到的控制字变化趋势的变化斜率。
一种提升时钟服务器保持性能的系统，包括由钟乳作为工作时钟的时钟服务器，包括控制器，所述控制器包括进程控制模块、计时模块、控制字处理法执行模块、跳窗平均法执行模块和线性kalman无限递归法执行模块，其中，
进程控制模块，用于根据计时结果控制由控制字处理法执行模块、跳窗平均法执行模块或线性kalman无限递归法执行模块来进行保持时钟服务器数据的处理；
控制字处理法执行模块，用于使用控制字处理法保持时钟服务器数据；
跳窗平均法执行模块，用于使用跳窗平均法代替所述控制字处理法保持时钟服务器数据；
线性kalman无限递归法执行模块，用于使用线性kalman无限递归法代替所述跳窗平均法保持时钟服务器数据；
计时模块，用于自上电/锁相环锁定后开始计时。
在上述的提升时钟服务器保持性能的系统中，所述计时模块包括上电计时器和锁定计时器，所述上电计时器用于在时钟服务器上电的时候开始计时；所述锁定计时器用于在锁相环锁定之后开始计时。
本发明的优点在于：采用分段式保持数据处理，能有效提升各时段的保持性能；另外，各时段灵活可配，可适配多种硬件设计；长期保持数据采用线性kalman滤波作为保持数据的预测，有效提升保持性能，降低对晶振老化率的要求，从而降低成本。
附图说明
图1是本发明现有技术数字锁相环的结构框图；
图2是时钟服务器的控制字从上电开始的变化过程图；
图3是本发明实施例一中混合处理的3个区段示意图；
图4是本发明实施例一控制字处理法的处理示意图；
图5是本发明实施例一跳窗平均法的处理示意图；
图6是本发明实施例二的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
实施例一
如图3所示，本实施例公开了一种提升时钟服务器保持性能的方法，针对配备有铷钟的时钟服务器，该时钟服务器在ref丢失之后锁相环锁定，系统即进入保持状态。
在时钟服务器上电时启动上电计时器，根据时钟服务器进入锁定时上电计时器的计时时间执行不同方法：
A.当进入锁定时上电计时器计时小于第一预设时间段时，直接使用控制字处理法保持时钟服务器数据；
B.当进入锁定时上电计时器计时大于第一预设时间段且小于第二预设时间段时，依次使用控制字处理法和跳窗平均法保持时钟服务器数据；
C.当进入锁定时上电计时器大于第二预设时间段时，依次使用控制字处理法和线性kalman无限递归法保持时钟服务器数据。
采用控制字处理法+跳窗平均法+线性kalman无限递归法的分时段混合处理方式，保证全时段的性能保持最优。
进一步地，考虑到有时候并不是一上电就锁定，所以增加了锁定的锁定计时器，在ref丢失的瞬间，即进入锁定的瞬间启动锁定的锁定计时器。
进一步地，在方法B和方法C中，在进入保持之后的一段预留时间内使用所述控制字处理法保持时钟服务器数据；
在方法C中，预留时间以后使用线性kalman无限递归法保持时钟服务器数据；
方法B中，预留时间以后使用跳窗平均法保持时钟服务器数据。本实施例的预留时间采用60S，这里设置设置预留时间的一个原因是刚开始锁定时，时钟还是会有短暂的稳定时间，另外一个原因是，也为平均滤波预留一定的时间。当然，这里的预留时间不限定为60S，还可以为其他值。
进一步地，在方法B中，当锁定计时器大于跳窗时间时，即锁定时间小于跳窗时间时，一直使用跳窗平均法保持时钟服务器数据；锁定时间大于跳窗时间时，在跳窗时间后使用线性kalman无限递归法代替跳窗平均法保持时钟服务器数据。这里的跳窗时间由用户根据时钟特性自行配置，可以为1小时，1.5小时等；这里也可以为当上电计时器的计时时间达到第二预设时间段末尾时，锁定仍然继续，那么在上电计时器的计时时间在第二预设时间段后使用线性kalman无限递归法代替跳窗平均法保持时钟服务器数据。
具体地，在方法B和方法C中，所述第一预设时间段和第二预设时间段根据时钟服务器的晶振或铷钟的预热和老化特性确定。即三个区段各时间段可灵活配置，以适配不同等级的铷钟预热和老化稳定时间。本实施例图3中，第一预设时间段为0-0.5小时，第二预设时间段为0.5-1.5小时。
具体地，如图4所示，控制字处理法为：
获取锁相环锁定前的最后一个控制字，直接使用该最后一个控制字的数据DATA(new)作为保持数据。
如图5所示，跳窗平均法的处理方式为：
将第一预设时间段和第二预设时间段的数据进行跳窗平均处理，并使用jumpingwindow new平均后的数据作为保持数据。
进一步地，在方法C中，通过线性kalman无限递归法对控制字进行最优估计的算法，当锁相环锁定之后，使用经过线性kalman无限递归法计算的数据作为保持数据。
具体地，线性kalman无限递归法的具体处理过程包括：对控制字进行滤波处理，以及评估控制字的变化趋势，并对控制字的变化趋势进行补偿，根据评估及补偿结果计算的数据作为保持数据。
具体地，补偿方式包括公式①
cw＝filter_out+K(T) ①
其中，CW为补偿后的控制字；
filter_out，经过线性kalman无限递归法滤波处理后的控制字；
K(T)，补偿值；
T，为补偿的间隔时间；
K，为经过线性kalman无限递归法计算评估得到的控制字变化趋势的变化斜率。
这里采用线性最小二乘的方法求解变化斜率K，能够避免温度变化对补偿后控制字的影响，最小二乘公式的基本形式为y(x)＝ax+b，具体到本实施例最小二乘法包括公式②
filter_Xk(x)＝line_k(x)+line_database ②
filter_Xk(x)表示不同时刻的filter_out，x表示时间，取多组filter_out和x的数据，根据这个数组利用最小二乘法即可计算出a和b，即line_k和line_database，其中line_k即K。
实施例二
本实施例公开的是一种用于执行实时例一中方法的一种提升时钟服务器保持性能的系统，包括由钟铷作为工作时钟的时钟服务器，包括控制器，所述控制器包括进程控制模块、计时模块、控制字处理法执行模块、跳窗平均法执行模块和线性kalman无限递归法执行模块，其中，
进程控制模块，用于根据计时结果控制由控制字处理法执行模块、跳窗平均法执行模块或线性kalman无限递归法执行模块来进行保持时钟服务器数据的处理；
控制字处理法执行模块，用于使用控制字处理法保持时钟服务器数据；
跳窗平均法执行模块，用于使用跳窗平均法代替所述控制字处理法保持时钟服务器数据；
线性kalman无限递归法执行模块，用于使用线性kalman无限递归法代替所述跳窗平均法保持时钟服务器数据；
计时模块，用于自上电/锁相环锁定后开始计时。
具体地，计时模块包括上电计时器和锁定计时器，所述上电计时器用于在时钟服务器上电的时候开始计时；所述锁定计时器用于在锁相环锁定之后开始计时。
如图6所示，这里通过代码的方式对本实施例进行进一步说明：
代码中的Timer是上电计数，freq_lock_timer是锁定计数，如果锁定时上电超过1800s，那么只有前60秒用控制字法，这里设置60秒的一个原因是刚开始锁定时，时钟还是会有短暂的稳定时间，另外一个原因是，也为平均滤波预留一定的时间。
另外，需要说明的是，代码中的60、1800、3600在实际应用时是可配置的。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了控制字处理法、跳窗平均法、线性kalman无限递归法等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
Claims (10)
1.一种提升时钟服务器保持性能的方法，针对配备有铷钟的时钟服务器，其特征在于，在时钟服务器上电时启动上电计时器，根据时钟服务器进入锁定时上电计时器的计时时间执行不同方法：
A.当上电计时器计时小于第一预设时间段时，直接使用控制字处理法保持时钟服务器数据；
B.当上电计时器计时大于第一预设时间段且小于第二预设时间段时，依次使用控制字处理法和跳窗平均法保持时钟服务器数据；
C.当上电计时器大于第二预设时间段时，依次使用控制字处理法和线性kalman无限递归法保持时钟服务器数据。
2.根据权利要求1所述的提升时钟服务器保持性能的方法，其特征在于，在进入锁定的瞬间启动锁定的锁定计时器。
3.根据权利要求2所述的提升时钟服务器保持性能的方法，其特征在于，在方法B和方法C中，在进入保持之后的一段预留时间内使用所述控制字处理法保持时钟服务器数据；
在方法C中，预留时间以后使用线性kalman无限递归法保持时钟服务器数据；
方法B中，预留时间以后使用跳窗平均法保持时钟服务器数据。
4.根据权利要求3所述的提升时钟服务器保持性能的方法，其特征在于，在方法B中，当锁定计时器大于跳窗时间时，在跳窗时间后使用线性kalman无限递归法代替跳窗平均法保持时钟服务器数据。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的提升时钟服务器保持性能的方法，其特征在于，在方法B和方法C中，所述第一预设时间段和第二预设时间段根据时钟服务器的晶振或铷钟的预热和老化特性确定。
6.根据权利要求5所述的提升时钟服务器保持性能的方法，其特征在于，控制字处理法为：
获取锁相环锁定前的最后一个控制字，直接使用该最后一个控制字的数据作为保持数据；
跳窗平均法的处理方式为：
将第一预设时间段和第二预设时间段的数据进行跳窗平均处理，并使用跳窗平均后的数据作为保持数据。
7.根据权利要求6所述的提升时钟服务器保持性能的方法，其特征在于，在方法C中，在方法C中，通过线性kalman无限递归法对控制字进行最优估计的算法，当锁相环锁定之后，使用经过线性kalman无限递归法计算的数据作为保持数据。
8.根据权利要求7所述的提升时钟服务器保持性能的方法，其特征在于，线性kalman无限递归法的具体处理过程包括：对控制字进行滤波处理，以及评估控制字的变化趋势，并对控制字的变化趋势进行补偿，将根据评估及补偿结果计算的数据作为保持数据；
其中，补偿方式包括公式①
cw＝filter_out+K(T) ①
其中，CW为补偿后的控制字；
filter_out，经过线性kalman无限递归法滤波处理后的控制字；
K(T)，补偿值；
T，为补偿的间隔时间；
K，为经过线性kalman无限递归法计算评估得到的控制字变化趋势的变化斜率。
9.一种提升时钟服务器保持性能的系统，包括由钟乳作为工作时钟的时钟服务器，其特征在于，包括控制器，所述控制器包括进程控制模块、计时模块、控制字处理法执行模块、跳窗平均法执行模块和线性kalman无限递归法执行模块，其中，
进程控制模块，用于根据计时结果控制由控制字处理法执行模块、跳窗平均法执行模块或线性kalman无限递归法执行模块来进行保持时钟服务器数据的处理；
控制字处理法执行模块，用于使用控制字处理法保持时钟服务器数据；
跳窗平均法执行模块，用于使用跳窗平均法代替所述控制字处理法保持时钟服务器数据；
线性kalman无限递归法执行模块，用于使用线性kalman无限递归法代替所述跳窗平均法保持时钟服务器数据；
计时模块，用于自上电/锁相环锁定后开始计时。
10.根据权利要求9所述的提升时钟服务器保持性能的系统，其特征在于，所述计时模块包括上电计时器和锁定计时器，所述上电计时器用于在时钟服务器上电的时候开始计时；所述锁定计时器用于在锁相环锁定之后开始计时。
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