CN112305567B - 一种分布式高精度频率同步测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式高精度频率同步测试系统，包括：高精度时频基准氢钟、GPS/BD导航信号校频接收机、GPS/BD天线、卫星导航信号放大器、主控计算机、时码产生器、网络时间服务器、第三频率隔离放大器、脉冲隔离放大器TTL、脉冲隔离放大器RS422和第一频率隔离放大器。本发明解决了批产卫星测试带来的测试场地分布范围较大，多星多场地并行测试导致的地面时间频率基准设备、时频测试设备紧缺，移动不便的问题。

Description

一种分布式高精度频率同步测试系统

技术领域

本发明属于多用户分布的高精度时频同步测试系统技术领域，尤其涉及一种分布式高精度频率同步测试系统。

背景技术

北斗卫星导航系统为我国自主研制的全球卫星导航定位系统，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务。由于需要提供定位、导航、授时服务，因此对于卫星星载时频基准的准确度及稳定度具有很高要求。北斗三号全球导航定位卫星搭载高精度时频基准铷钟及氢钟，氢钟较铷钟性能更佳，氢钟的准确度已提升至≤5×10-12、已经比铷钟准确度高了2个数量级。面对被测件越来越精准的时间频率测试要求，地面测试则需要更高量级的高精度时钟基准源作为测试参考。地面氢钟源作为比较成熟的频率基准，在守时、导航定位、时频计量、雷达测控等方面得到了广泛应用，测试使用地面氢钟源频率准确度<1×10-12，满足导航卫星地面测试需求。但由于单个氢钟源造价高，测试设备亦紧缺，不可能购买匹配测试场地个数的数量，随着卫星型号任务越来越多，AIT阶段并行测试量大，卫星在不同测试阶段处于不同测试工位，为了满足测试需要，传统测试方法是氢钟源及时频测试设备随卫星移动，但传统方法存在三个弊端：一是需较频繁地对氢钟加断电，氢钟存在搬运后重新锁定时间较长的情况，频繁开关机不利于氢钟高精度信号的输出；二是搬动容易导致氢钟内部源故障，加大地面氢钟源损坏几率；三是并行多星的统一管理对时间同步的要求也越来越高，地面测试系统没有统一的时间标准，各测试系统都采用自己本机时间，这样导致在卫星测试过程中，测试数据时间标记不一致，不能准确表征测试事件的时间。因此建立一个统一的高精度、多分布、高稳定度的时间和频率测试系统非常迫切。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种分布式高精度频率同步测试系统，为同一楼宇内所有测试场地提供一套统一的时间及频率基准，为各星提供独立的时间频率输出，解决了批产卫星测试带来的测试场地分布范围较大，多星多场地并行测试导致的地面时间频率基准设备、时频测试设备紧缺，移动不便的问题。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种分布式高精度频率同步测试系统，包括：高精度时频基准氢钟、GPS/BD导航信号校频接收机、GPS/BD天线、卫星导航信号放大器、主控计算机、时码产生器、网络时间服务器、第三频率隔离放大器、脉冲隔离放大器TTL、脉冲隔离放大器RS422和第一频率隔离放大器；其中，高精度时频基准氢钟输出频率信号输送给GPS/BD导航信号校频接收机，GPS/BD天线接收天线信号送入卫星导航信号放大器；卫星导航信号放大器将天线信号进行隔离放大后得到隔离放大天线信号，卫星导航信号放大器将隔离放大天线信号输送给GPS/BD导航信号校频接收机、时码产生器和网络时间服务器；GPS/BD导航信号校频接收机接收频率信号和隔离放大天线信号，并根据频率信号得到高精度时频基准氢钟的频率，根据隔离放大天线信号得到GPS/BD系统时间，根据高精度时频基准氢钟的频率和GPS/BD系统时间得到相对频率偏差，并将相对频率偏差发送给主控计算机；主控计算机接收相对频率偏差，根据相对频率偏差对高精度时频基准氢钟输出的频率信号进行校准得到校准后的频率信号；其中，校准后的频率信号为10MHz信号；高精度时频基准氢钟将校准后的频率信号传输给时码产生器和第一频率隔离放大器，时码产生器根据校准后的频率信号和隔离放大天线信号得到1PPS信号，根据1PPS信号及10MHz信号得到1PPS信号、10MHz信号以及IRIG-B(AC)信号和IRIG-B(DC)信号，将1PPS信号输出给脉冲隔离放大器TTL，将IRIG-B(AC)信号输出给第三频率隔离放大器，将IRIG-B(DC)信号输出给脉冲隔离放大器RS422，将10MHz信号传输给网络时间服务器；第一频率隔离放大器接收校准后的频率信号，并将校准后的频率信号进行隔离得到隔离校准后的频率信号，并将隔离校准后的频率信号传输给N个第二频率隔离放大器；网络时间服务器接收隔离放大天线信号和10MHz信号，并根据隔离放大天线信号和10MHz信号得到1PPS信号。

上述分布式高精度频率同步测试系统中，还包括：N个第二频率隔离放大器；其中，第一频率隔离放大器将隔离校准后的频率信号传输给N个第二频率隔离放大器。

上述分布式高精度频率同步测试系统中，还包括：时间间隔分析仪、频谱分析仪、示波器和时间间隔计数器；其中，N个第二频率隔离放大器将隔离校准后的频率信号输出给时间间隔分析仪、频谱分析仪、示波器、时间间隔计数器。

上述分布式高精度频率同步测试系统中，还包括：N个第四频率隔离放大器；其中，第三频率隔离放大器将隔离后的IRIG-B(AC)信号传输给N个第四频率隔离放大器。

上述分布式高精度频率同步测试系统中，还包括：N个第二脉冲隔离放大器TTL；其中，脉冲隔离放大器TTL将隔离后的1PPS信号传输给N个第二脉冲隔离放大器TTL。

上述分布式高精度频率同步测试系统中，还包括：N个第二脉冲隔离放大器RS422；其中，脉冲隔离放大器RS422将隔离后的IRIG-B(DC)信号传输给N个第二脉冲隔离放大器RS422。

上述分布式高精度频率同步测试系统中，所述时码产生器包括频率驯服模块和守时及时频产生分配模块；其中，GPS/BD导航信号校频接收机输出的1PPS以及外部频率标准10MHz分频产生的1PPS同时输入作为频率驯服系模块的基准，频率驯服模块产生稳定、可靠的1PPS及10MHz信号，分别作为同步秒脉冲以及工作时钟；当GPS/BD导航信号校频接收机无法提供稳定可靠的时间时，由于采用频率驯服系统输出的1PPS及10MHz信号作为同步秒脉冲及工作时钟，系统守时模式时仍然可以保证输出信号的精度和可靠性，输入到守时及时频产生分配模块的1PPS及10MHz信号作为基准，输出1PPS、IRIG-B(DC)、IRIG-B(AC)多种时频信号，信号通过隔离驱动模块进行信号隔离与驱动放大，保证信号电平。

上述分布式高精度频率同步测试系统中，脉冲隔离放大器TTL包括控制模块、信号输入模块、时钟分配器、电平驱动模块以及LED显示模块；其中，

控制模块采用FPGA，控制模块通过网络与上位机进行交互，返回各路信号当前的状态，上位机通过设置命令与设备进行交互，控制输入信号的选择及各路输出信号的关断和开启，并由LED显示模块进行显示；1PPS信号通过信号输入模块送入时钟分配器，之后输出6路脉冲信号，每路脉冲信号再分为两路输入到电平驱动模块，电平转换之后经BNC接口输出。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

本发明解决了批产卫星测试带来的测试场地分布范围较大，多星多场地并行测试导致的地面时间频率基准设备、时频测试设备紧缺，移动不便的问题。为同一楼宇内所有测试场地提供一套统一的时间及频率基准，为各星提供独立的时间频率输出。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本发明实施例提供的分布式高精度频率同步测试系统的结构框图；

图2是本发明实施例提供的卫星导航信号放大器组成框图；

图3是本发明实施例提供的时码产生器组成框图；

图4是本发明实施例提供的网络时间服务器组成框图；

图5是本发明实施例提供的脉冲隔离放大器组成图；

图6是本发明实施例提供的频率隔离分配放大器组成图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1是本发明实施例提供的分布式高精度频率同步测试系统的结构框图。如图1所示，该分布式高精度频率同步测试系统包括：高精度时频基准氢钟、GPS/BD导航信号校频接收机、GPS/BD天线、卫星导航信号放大器、主控计算机、时码产生器、网络时间服务器、第三频率隔离放大器、脉冲隔离放大器TTL和脉冲隔离放大器RS422、第一频率隔离放大器；其中，

高精度时频基准氢钟输出频率信号输送给GPS/BD导航信号校频接收机，GPS/BD天线接收天线信号送入卫星导航信号放大器；卫星导航信号放大器将天线信号进行隔离放大后得到隔离放大天线信号，卫星导航信号放大器将隔离放大天线信号输送给GPS/BD导航信号校频接收机、时码产生器和网络时间服务器；

GPS/BD导航信号校频接收机接收频率信号和隔离放大天线信号，并根据频率信号得到高精度时频基准氢钟的频率，根据隔离放大天线信号得到GPS/BD系统时间，根据高精度时频基准氢钟的频率和GPS/BD系统时间得到相对频率偏差，并将相对频率偏差发送给主控计算机；

主控计算机接收相对频率偏差，根据相对频率偏差对高精度时频基准氢钟输出的频率信号进行校准得到校准后的频率信号；其中，校准后的频率信号为10MHz信号；

高精度时频基准氢钟将校准后的频率信号传输给时码产生器和第一频率隔离放大器，时码产生器根据校准后的频率信号和隔离放大天线信号得到1PPS信号，根据1PPS信号及10MHz信号得到1PPS信号、10MHz信号以及IRIG-B(AC)信号和IRIG-B(DC)信号，将1PPS信号输出给脉冲隔离放大器TTL，将IRIG-B(AC)信号输出给第三频率隔离放大器，将IRIG-B(DC)信号输出给脉冲隔离放大器RS422，将10MHz信号传输给网络时间服务器；

第一频率隔离放大器接收校准后的频率信号，并将校准后的频率信号进行隔离得到隔离校准后的频率信号，并将隔离校准后的频率信号传输给N个第二频率隔离放大器；

网络时间服务器接收隔离放大天线信号和10MHz信号，并根据隔离放大天线信号和10MHz信号得到1PPS信号。

该系统还包括：N个第二频率隔离放大器；其中，第一频率隔离放大器将隔离校准后的频率信号传输给N个第二频率隔离放大器。

该系统还包括：时间间隔分析仪、频谱分析仪、示波器和时间间隔计数器；其中，N个第二频率隔离放大器将隔离校准后的频率信号输出给时间间隔分析仪、频谱分析仪、示波器、时间间隔计数器。

该系统还包括：N个第四频率隔离放大器；其中，第三频率隔离放大器将隔离后的IRIG-B(AC)信号传输给N个第四频率隔离放大器。

该系统还包括：N个第二脉冲隔离放大器TTL；其中，脉冲隔离放大器TTL将隔离后的1PPS信号传输给N个第二脉冲隔离放大器TTL。

该系统还包括：N个第二脉冲隔离放大器RS422；其中，脉冲隔离放大器RS422将隔离后的IRIG-B(DC)信号传输给N个第二脉冲隔离放大器RS422。

GPS/BD双系统天线采用4圈扼流圈天线，可有效的抑制多径影响，提高卫星导航信号的信噪比，接收天线信号送入卫星导航信号放大器，分配给校频接收机、时码产生器、网络时间服务器等设备。时频基准氢钟输出10MHz信号至校频接收机，校频接收机可以GPS/BD系统时间为参考标准，测量时频基准氢钟的频率偏差，也可与计量站的GPS/BD校频接收机同时使用，通过共视原理得到本地钟与计量站钟组的相对频率偏差，利用该相对频率偏差，通过主控计算机可以对本地钟进行校准。

系统配置两台互为备份的高精度时频基准氢钟，两台高精度时频基准氢钟利用氢原子基态超精细能级之间跃迁产生的微波能量来实现高准确度的频率，产生10Hz相位噪声优于-115dBc/Hz、1s频率稳定度优于3.0×10-13、1000s频率稳定度优于1.0×10-14的10MHz信号，是整个多用户分布式高精度频率同步测试系统的时频基准，产生的10M信号通过电缆输送给GPS/BD校频接收机。

进一步的，GPS/BD校频接收机实现双模信号接收，氢钟输出的10MHz信号进入GPS/BD校频接收机，校频接收机内部同步分频器将输入的10MHz信号变换为本地1PPS信号，同时本地1PPS信号与GPS/BD 1PPS信号进行初始同步，使用内部时间间隔计数器进行测量，通过串口每秒输出比对数据，单片机接收时间间隔计数器测量的时差数据和GPS/BD接收单元解算出的GPS/BD时间信息，每秒输出一组数据，通过两个频标在一段时间内的钟差值可计算两个频标的相对频偏。校频接收机以解算的GPS/BD系统时间为参考标准，测量两台氢钟的频率偏差，并将该偏差发送给主控计算机，对氢钟输出的频率信号进行校准，校准后的10MHz信号经隔离放大后输出。

输出信号进入时码产生器，时码产生器以内部GPS/BD2双模接收机输出的1PPS以及外部频率标准10MHz产生的1PPS作为频率驯服系统的基准，用以产生稳定、可靠的1PPS及10MHz信号。信号经过时码产生器内部的频率驯服系统后输出的1PPS及10MHz信号分别作为同步秒脉冲以及工作时钟。时码产生器具备自主守时功能，保持精度满足1s(半年)的指标。当接收机无法提供稳定可靠的时间时，系统自动进入守时模式，由于采用频率驯服系统输出的1PPS及10MHz信号作为同步秒脉冲及工作时钟，系统守时模式时仍然可以保证输出信号的精度和可靠性。时码产生器可生成1PPS、IRIG-B(DC)TTL、IRIG-B(DC)422、IRIG-B(AC)、1MHz、5MHz、10MHz等多种时频信号，输入至网络时间服务器、脉冲隔离放大器、频率隔离放大器等氢钟网络设备。

进一步的，网络时间服务器、脉冲隔离放大器、频率隔离放大器接收时码产生器输出的稳定时频信号。网络时间服务器主要由GPS/BD双模接收机、频率驯服模块、守时及时频产生、分配模块、NTP网络授时模块组成。采用FPGA作为主控制器，完成时间信息解码、高精度守时、NTP网络时间授时等功能；同时，可以通过网络接口与上位机进行数据交互，实现对网络时间服务器的设置及状态查询等功能。网络时间服务器接收时码产生器输出的稳定、可靠的1PPS及10MHz信号，实现网络时间授时输出以及网络数据交互功能。

隔离放大器可实现多路氢钟输出的10MHz信号、1PPS信号、以及IRIG-B(AC)和IRIG-B(DC)信号的隔离，并将信号放大，通过铺设在钟房与各测试工作间的电缆，将稳定的时间与频率信号送至各测试场地安放的小型信号分配机柜。隔离放大器主要由信号输入选择电路、低噪放、馈电电路、微控制器、功分网络组成。由于导航信号的工作频率较高，因此需要采用一定的屏蔽处理，级间的放大器需要采用低噪声放大器。GPS与北斗天线多数为有源天线，应此需要加入馈电电路，为室外有源天线进行供电。同时为了监测卫星信号的质量与卫星的参数，隔离放大器还需要配备一套GPS/BD接收机，以便微控制器实时对当前卫星的参数信息进行监控，并向主控计算机反馈。输出5路信号是通过一组一分多路的无源功分器实现，无源功分器直接对外进行输出，其每路增加了馈电检测电路，这样在有外部设备接入时便可以通过前面板LED显示模块看出哪路输出通道被占用。

进一步的，隔离放大器输出的1PPS信号、IRIG-B(AC)和IRIG-B(DC)信号通过电缆送至不同测试间中的小型信号分配柜中。小型信号分配机柜中装有信号分配板，每路信号对应板上的一个转接头，稳定的、高精度的时间与频率信号通过转接头输出，作为测试卫星时频类项目的参考时频基准。同时信号分配板上预留一个通路，供卫星时频信号输入，通过钟房与测试工位间铺设的长电缆，将信号送至钟房内的测试仪器输入信号口。钟房输送至各个测试工位的高精准时间与频率参考信号可以外接手动衰减器进行信号衰减控制。

主控计算机监测时间频率服务单元各模块的工作状态并控制氢钟及各路时间频率信号选择输出。

为了方便卫星测试及系统自校，在钟房布设时频测试系统。钟房放置的时频测试系统包含时间间隔分析仪TSC5120A、频谱分析仪N9030A、示波器DSO90804A、时间间隔计数器SR620，可实现回流卫星信号与地面氢钟源输出10MHz参考信号的比对。

两台氢钟、时码产生器、网络时间服务器、主控计算机及时频测试设备配备在钟房，隔离放大器在钟房和各测试间都配备，隔离放大器可以相互级联使用，而不会对信号的质量产生影响。时频测试设备根据使用需求也可以搬移至各测试工位使用。所有单元均通过网线连接至主控计算机，主控计算机可以方便的查看各设备的工作状态，并进行控制。

如图2所示，卫星导航信号放大器包括输入信号选择电路、馈电电路、低噪放、微控制器、12路功分检测网络、上位机交互模块、LED显示模块与供电电源。卫星导航信号放大器将从接收天线接收到的GPS与北斗卫星信号进行滤波分配和放大，用一副天线实现十二路独立的输出，分别提供给不同的接收机，以减少接收天线数目与同轴电缆。其中，输入信号选择模块提供两路天线输入信号的切选；由于导航信号的工作频率较高，因此需要采用一定的屏蔽处理，级间的放大器需要采用低噪声放大器，并且放大器的输入端尽量靠近输入连接器，实现整个系统的最低噪声化；12路功分网络与输出检测电路实现输出12路信号，通过一组一分多路的无源功分器实现，由于无源功分器在分配的同时会带来一定损耗，因此在功分器输入的前级接入一个低噪放来弥补无源功分器带来的损耗。无源功分器直接对外进行输出，每路通过微控制器采集状态，这样在有外部设备接入时便可以检测出哪些路输出通道被占用，并且通过前面板LED显示模块进行显示。GPS/BD天线为有源天线，应此需要馈电电路，为室外有源天线进行供电。微控制器通过接收GPS/BD接收机反馈的信息，检测卫星信号的质量与卫星的参数，便于微控制器实时对当前卫星的参数信息进行监控，并且通过网络数据包的方式向主控计算机反馈。

如图3所示，时码产生器包括GPS/BD接收机、频率驯服模块、守时及时频产生分配模块、分频隔离放大模块、隔离驱动模块、网络模块；其中，高精度GPS/BD接收机输出的1PPS以及外部频率标准10MHz分频产生的1PPS同时输入作为频率驯服系统的基准，频率驯服系统产生稳定、可靠的1PPS及10MHz信号，分别作为同步秒脉冲以及工作时钟。当接收机无法提供稳定可靠的时间时，系统自动进入守时模式，由于采用频率驯服系统输出的1PPS及10MHz信号作为同步秒脉冲及工作时钟，系统守时模式时仍然可以保证输出信号的精度和可靠性。输入到守时及时频产生、分配模块的1PPS及10MHz信号作为基准，输出1PPS、IRIG-B(DC)、IRIG-B(AC)多种时频信号，信号通过隔离驱动模块进行信号隔离与驱动放大，保证信号电平。网络模块实现与上位机进行数据交互，实现对时码产生器的设置及状态查询等功能。

如图4所示，网络时间服务器包括GPS/BD接收机、频率驯服模块、守时及时频产生、分配模块、NTP网络授时模块、网络通信模块；其中，与时码产生器类似，网络时间服务器以GPS/BD接收机输出的1PPS以及外部频率标准10MHz分频产生的1PPS作为基准，用于产生稳定、可靠的1PPS及10MHz信号，分别作为同步秒脉冲以及工作时钟。当接收机无法提供稳定可靠的时间时，系统自动进入守时模式。频率驯服模块及守时及时频产生、分配模块采用FPGA作为主控制器，完成时间信息解码、高精度守时。NTP网络授时模块实现对分布式高精度频率同步测试系统的统一时间授时功能。网络通信模块实现与上位机进行数据交互，实现对网络时间服务器的设置及状态查询等功能。

如图5所示，脉冲隔离放大器包括信号输入模块、时钟分配器、电平驱动模块以及LED显示模块，实现输入信号的隔离放大以及12路输出信号的驱动和隔离。控制模块芯片采用FPGA，具有强大的组合逻辑和时序逻辑处理能力。FPGA通过网络与上位机进行交互，返回各路信号当前的状态，上位机通过设置命令与设备进行交互，控制输入信号的选择及各路输出信号的关断和开启，并由LED显示模块进行显示。信号通过信号输入模块送入时钟分配器，之后输出6路脉冲信号，每路脉冲信号再分为两路输入到电平驱动模块，电平转换之后经BNC接口输出。

如图6所示，第一频率隔离放大器包括继电器、微控制器、信号检测模块、一级放大电路、驱动缓冲电路；其中，两路信号输入进入继电器中，微控制器控制继电器选择输入信号，微控制器具有丰富的外设和强大的数据处理能力，具有2路精度高达12位的AD，每路AD具有多达16个通道，对各路信号的AD进行采样检测，在AD采样时，能够采集到稳定的电压值，从而判断信号的是否存在。同时，微控制器通过网络与上位机进行交互，返回各路信号当前的状态，上位机通过设置命令与设备进行交互，控制输入信号的选择及各路输出信号的关断和开启，并由状态显示模块显示。一级放大电路对输入信号进行放大，采用双电源供电，电源旁路由电解电容和小电容组成，主要功能是稳压和滤波，输出一个低纹波的直流电压。驱动缓冲电路对一级放大后的输入信号进行跟随输出，保证了驱动能力及隔离的能力。信号检测模块通过对两路输入信号进行检测，将状态反馈给微控制器模块。

一种多用户分布式高精度频率同步测试系统使用两台氢钟及配套的隔离放大器等设备，完成了5个测试工位的高精准时频信号输出，并可互相级联使用，小型分配机柜端输出频率信号幅度约12dBm，满足卫星测试参考时频信号大小要求，并且大小满足测试系统的扩展使用，可继续延长外接电缆，而不会达到地面参考信号的测试最低电平，以每台地面氢钟源造价10万元计算，一种多用户分布式高精度频率同步测试系统在各星并行测试时可以节省50万元。测试系统终端分配板输出10MHz信号性能，10MHz信号频率准确度为1E-12，频率稳定度为2.94×10-13/s，9.6×10-14/10s，相位噪声为-110dBc/10Hz、-156dBc/10kHz，10MHz信号输出隔离度为103.3dB，1pps信号前沿抖动为23ps～32ps，IRIG_B(AC)信号同步偏差为-2.2us～-1us，IRIG_B(DC)信号同步偏差为1.6us～2.9us，NTP为-0.2ms。性能指标完全满足卫星时频类项目测试要求，并通过NTP对时服务，首次实现全部北斗三号测试计算机系统时间同步，地面测试系统有了统一的时间标准，可以准确表征测试事件的具体时间。

选取独立的测试间建立钟房，钟房内放置两台蓝宝石主动型氢原子频标，作为整个高精度频率同步测试系统的时间与频率基准，两台氢钟互为备份。氢钟输出稳定的10MHz信号至校频接收机。在氢钟旁边放置机柜，将GPS/BD导航信号隔离放大器、校频接收机、标准时码产生器、网络时间服务器、频率信号隔离放大器(1MHz～20MHz)、脉冲信号隔离放大器(TTC)、脉冲信号隔离放大器(RS422)、频率信号隔离放大器(100Hz～2MHz)依次上架。旁边放置小型可移动机架，上面依次放置时间间隔分析仪TSC5120A、频谱分析仪N9030A、示波器DSO90804A、时间间隔计数器SR620。分别在各测试场地(以二代AIT测试厂房为例，在107东西测试间、测试大厅东西厅、力学测试大厅)分别布设小型终端机柜，其中包含频率信号隔离放大器(1MHz～20MHz)、脉冲信号隔离放大器(TTC)、脉冲信号隔离放大器(RS422)、频率信号隔离放大器(100Hz～2MHz)。小型终端机柜的分配面板上预留连接口，并在终端连接口配备手动衰减器。钟房与分布在各测试场地的小型终端机柜分配板各输出口间通过低损耗电缆进行连接，输送高精度时间及频率信号。EMC测试大厅、热试验测试前置间时频信号由力学大厅信号延伸而来。

多用户分布式高精度频率同步测试系统由高精度时频基准氢钟输出10MHz信号输送给GPS/BD导航信号校频接收机，GPS/BD导航信号校频接收机同时接收GPS/BD天线接收的经隔离放大后的信号，校频接收机以解算的GPS/BD系统时间为参考标准，测量两台氢钟的频率偏差，并将该偏差发送给主控计算机，对氢钟输出的频率信号进行校准，校准后的10MHz信号经隔离放大后输出。时码产生器及网络时间服务器接收氢钟输出的10MHz信号和GPS/BD系统的1PPS信号，对本地高稳晶振进行驯服，输出稳定、可靠的1PPS、10MHz信号以及IRIG-B(AC)和IRIG-B(DC)信号，并定时在整个网络中进行授时服务，当GPS/BD接收机无法提供稳定可靠的时间时，时码产生器及网络时间服务器自动进入守时工作模式，由于采用频率驯服系统输出的1PPS及10MHz信号作为同步秒脉冲及工作时钟，系统守时模式时仍然可以保证输出信号的精度和可靠性。频率隔离放大器和脉冲隔离放大器实现多路氢钟输出的10MHz信号、1PPS信号、以及IRIG-B(AC)和IRIG-B(DC)信号的隔离，并将信号放大，可以相互级联使用，而不会对信号的质量产生影响。通过铺设在钟房与各测试工作间的电缆，将稳定的时间及频率信号送至各测试场地安放的小型信号分配机柜的分配板输出口端。小型信号分配机柜中装有信号分配板，每路信号对应板上的一个转接头，稳定的、高精度的时间与频率信号通过转接头输出，作为测试参考时频基准。同时信号分配板上预留一个通路，供卫星时频信号输入，通过钟房与测试工位间铺设的长电缆，将信号送至钟房内的测试仪器输入信号口。钟房输送至各个测试工位的高精准时间与频率参考信号可以外接手动衰减器进行信号衰减控制。钟房放置的时频测试系统包含时间间隔分析仪TSC5120A、频谱分析仪N9030A、示波器DSO90804A、时间间隔计数器SR620，可实现回流卫星信号与氢钟输出10MHz参考信号的频率比对，避免测试仪器来回搬运。主控计算机监测时间频率服务单元各模块的工作状态并控制氢钟及各路时间频率信号选择输出，可以方便的查看各设备的工作状态，并进行控制。钟房的时频测试设备根据使用需求也可以搬移至各测试工位使用。

本实施例设计满足多用户同时使用的高精度频率及时间同步测试系统，通过频率信号隔离放大器、脉冲信号隔离放大器、主控计算机、可调节信号大小的终端机柜分配板实现同一楼宇内1PPS/10MHz/IRIG-B码分配及控制，满足多星多场地并行测试，大幅提升测试效率。

本实施例设计GPS/BD接收机的系统自完善技术，使多用户分布式高精度频率同步测试系统具有高稳定性与可靠性：a、通过GPS/BD校频接收机实现氢钟频率的校准，使其准确度溯源到北斗地面控制中心的国家军用时间频率标准。b、在GPS/BD信号有效时，利用GPS/BD信号对时码产生器/网络时间服务器内置晶振的频率输出进行驯服，通过高精度的时差测量和卡尔曼滤波、PID控制等算法，将晶振的输出准确度进行高精度的驯服。若GPS/BD信号受到干扰或者出现异常时，自动进入保持模式，依靠高稳晶振长期保持较高的时间精度，时间保持精度优于1s/半年。

本实施例首次实现北斗导航测试系统NTP在线统一校时。全部测试计算机时间统一为北斗地面控制中心的国家军用时间频率标准，测试状态更易回溯，事件发生时间记录更为精准。

本实施例为同一楼宇内所有测试场地提供一套统一的时间及频率基准，为各星提供独立的时间频率输出，并提供两种测试仪器使用方案，测试人员可根据实际测试情况灵活选用。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种分布式高精度频率同步测试系统，其特征在于包括：高精度时频基准氢钟、GPS/BD导航信号校频接收机、GPS/BD天线、卫星导航信号放大器、主控计算机、时码产生器、网络时间服务器、第三频率隔离放大器、脉冲隔离放大器TTL、脉冲隔离放大器RS422和第一频率隔离放大器；其中，

高精度时频基准氢钟输出频率信号输送给GPS/BD导航信号校频接收机，GPS/BD天线接收天线信号送入卫星导航信号放大器；卫星导航信号放大器将天线信号进行隔离放大后得到隔离放大天线信号，卫星导航信号放大器将隔离放大天线信号输送给GPS/BD导航信号校频接收机、时码产生器和网络时间服务器；

GPS/BD导航信号校频接收机接收频率信号和隔离放大天线信号，并根据频率信号得到高精度时频基准氢钟的频率，根据隔离放大天线信号得到GPS/BD系统时间，根据高精度时频基准氢钟的频率和GPS/BD系统时间得到相对频率偏差，并将相对频率偏差发送给主控计算机；

主控计算机接收相对频率偏差，根据相对频率偏差对高精度时频基准氢钟输出的频率信号进行校准得到校准后的频率信号；其中，校准后的频率信号为10MHz信号；

高精度时频基准氢钟将校准后的频率信号传输给时码产生器和第一频率隔离放大器，时码产生器根据校准后的频率信号和隔离放大天线信号得到1PPS信号，根据1PPS信号及10MHz信号得到1PPS信号、10MHz信号以及IRIG-B-AC信号和IRIG-B-DC信号，将1PPS信号输出给脉冲隔离放大器TTL，将IRIG-B-AC信号输出给第三频率隔离放大器，将IRIG-B-DC信号输出给脉冲隔离放大器RS422，将10MHz信号传输给网络时间服务器；

第一频率隔离放大器接收校准后的频率信号，并将校准后的频率信号进行隔离得到隔离校准后的频率信号，并将隔离校准后的频率信号传输给N个第二频率隔离放大器；

网络时间服务器接收隔离放大天线信号和10MHz信号，并根据隔离放大天线信号和10MHz信号得到1PPS信号。

2.根据权利要求1所述的分布式高精度频率同步测试系统，其特征在于还包括：N个第二频率隔离放大器；其中，第一频率隔离放大器将隔离校准后的频率信号传输给N个第二频率隔离放大器。

3.根据权利要求2所述的分布式高精度频率同步测试系统，其特征在于还包括：时间间隔分析仪、频谱分析仪、示波器和时间间隔计数器；其中，N个第二频率隔离放大器将隔离校准后的频率信号输出给时间间隔分析仪、频谱分析仪、示波器、时间间隔计数器。

4.根据权利要求2所述的分布式高精度频率同步测试系统，其特征在于还包括：N个第四频率隔离放大器；其中，第三频率隔离放大器将隔离后的IRIG-B-AC信号传输给N个第四频率隔离放大器。

5.根据权利要求2所述的分布式高精度频率同步测试系统，其特征在于还包括：N个第二脉冲隔离放大器TTL；其中，脉冲隔离放大器TTL将隔离后的1PPS信号传输给N个第二脉冲隔离放大器TTL。

6.根据权利要求2所述的分布式高精度频率同步测试系统，其特征在于还包括：N个第二脉冲隔离放大器RS422；其中，脉冲隔离放大器RS422将隔离后的IRIG-B-DC信号传输给N个第二脉冲隔离放大器RS422。

7.根据权利要求1所述的分布式高精度频率同步测试系统，其特征在于：所述时码产生器包括频率驯服模块和守时及时频产生分配模块；其中，

GPS/BD导航信号校频接收机输出的1PPS以及外部频率标准10MHz分频产生的1PPS同时输入作为频率驯服模块的基准，频率驯服模块产生稳定、可靠的1PPS及10MHz信号，分别作为同步秒脉冲以及工作时钟；

当GPS/BD导航信号校频接收机无法提供稳定可靠的时间时，由于采用频率驯服系统输出的1PPS及10MHz信号作为同步秒脉冲及工作时钟，系统守时模式时仍然可以保证输出信号的精度和可靠性，输入到守时及时频产生分配模块的1PPS及10MHz信号作为基准，输出1PPS、IRIG-B-DC、IRIG-B-AC多种时频信号，信号通过隔离驱动模块进行信号隔离与驱动放大，保证信号电平。

8.根据权利要求1所述的分布式高精度频率同步测试系统，其特征在于：脉冲隔离放大器TTL包括控制模块、信号输入模块、时钟分配器、电平驱动模块以及LED显示模块；其中，

控制模块采用FPGA，控制模块通过网络与上位机进行交互，返回各路信号当前的状态，上位机通过设置命令与设备进行交互，控制输入信号的选择及各路输出信号的关断和开启，并由LED显示模块进行显示；1PPS信号通过信号输入模块送入时钟分配器，之后输出6路脉冲信号，每路脉冲信号再分为两路输入到电平驱动模块，电平转换之后经BNC接口输出。