CN112671464A - 双信道时间频率高精度传递中间节点装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种双信道时间频率高精度传递中间节点装置，包括信号采集处理控制模块、移相模块和混频锁相模块，通过数字控制与模拟量控制结合的方式调整晶振输出的频率信号获得传输精度高、噪音小、频率稳定度高的高精度时间频率传输。
Description
技术领域
本发明涉及一种双信道传递中间节点装置，尤其是一种高精度时间频率双信道传递装置，属于时间频率技术领域。
背景技术
通常时间频率高精度传递中，秒脉冲信号的传递和频率信号的传递是分开进行的，虽然占用了两个信道，但频率信号往往仅用于消除线路时延，只单纯使用秒脉冲信号作为时刻信号的标记，因此时间传递的准确度难以提高。
现有技术中还存在使用单信道传递秒脉冲信号和频率信号的方法，虽然单信道传递的时刻准确度较高，但是在实际应用中，常常出现单信道传递的时刻准确性较多高于使用需求。此外，单信道传递的方法，传递频率信号的短期稳定度较差，使得其对晶振的要求较高，造成系统成本偏高。
此外，在时间高精度传递中，频率信号为模拟量，在传递时间信号时，需要考虑线路时延，通常利用A/D模块将频率信号转换为数字量，进而控制传递频率相位，从而实现消除线路时延，但其调整速度较慢，频率的稳定度不足，制约了中间节点装置时间传递精度的进一步提高。
因此，亟需研究一种能够实现噪音小、频率稳定度高的时间频率传递中间节点装置。
发明内容
为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，提供了一种双信道时间频率高精度传递中间节点装置，设置在本地端和远地端通信的光纤中间，包括秒脉冲接收处理模块、晶振模块、信号探测解调模块、信号采集处理模块；
本地端和远地端之间通过光纤进行双信道时间频率传递，其中，第一信道为本地端向远地端发送的秒脉冲信号和频率信号，第二信道为远地端向本地端发送的秒脉冲信号和频率信号。
所述秒脉冲处理模块用于生成秒脉冲信号，并将秒脉冲信号输出给用户，所述秒脉冲信号为高低电平信号；
所述晶振模块用于产生频率信号，所述频率信号为正弦波信号；
所述秒脉冲发送处理模块与晶振模块相连，获取晶振模块输出的频率信号。
所述信号探测解调模块用于解调出载波中的秒脉冲信号和频率信号，其通过光纤耦合器连接在用于本地端和远地端传递时间频率的双信道光纤上，所述信号探测解调模块与信号采集处理控制模块、秒脉冲接收处理模块和移相模块相连；
所述信号采集处理模块与晶振模块相连，用于采集比对信号探测解调模块解调出的频率信号与晶振模块输出频率信号，获得频率信号之间的相对相位，计算控制移相频率信号的相位。
在信号采集处理控制模块和与信号探测调解模块、晶振模块之间，还设置有下变频模块。
在信号信号探测调解模块与信号采集处理控制模块之间，具有两个下变频模块，分别对第一信道的频率信号和第二信道的频率信号进行下变频。
还包括移相模块和混频锁相模块，所述移相模块，用于改变频率信号的相位，所述混频锁相模块，用于调整晶振模块的输出频率。
所述移相模块与信号探测解调模块相连和信号采集处理控制模块相连，以信号探测解调模块解调出的频率信号为基础根据采集处理控制模块D/A输出的电压进行移相，生成移相频率信号；
所述混频锁相模块与移相模块相连，接收移相频率，通过混频锁相将晶振模块的输出频率相位调整至与移相频率相同的相位。
所述信号采集处理模块包括多通道的A/D采集单元、计算单元和D/A单元，其中，A/D采集单元采集第一信道频率信号、第二信道频率信号和晶振频率信号，计算单元计算各频率信号之间的相对相位，D/A单元根据相对相位输出电压信号，通过电压信号控制移相模块输出移相频率信号的相位。
所述移相模块接收信号探测解调模块传递的第一信道频率信号，在第一信道频率信号的基础上按照D/A单元的控制进行移相。
所述秒脉冲接收处理模块与信号探测解调模块相连，接收信号探测解调模块解调的秒脉冲信号，作为生成秒脉冲信号的参考信号；
所述秒脉冲接收处理模块获取晶振模块输出的频率信号，以频率信号过零点作为上升沿，生成多个脉冲信号，从多个脉冲信号中选出与参考信号最接近的脉冲信号作为输出的秒脉冲信号，输出给用户。
根据本发明提供的双信道时间频率高精度传递中间节点装置及方法，具有以下有益效果：
(1)将频率信号与秒脉冲信号混合传输，减少了系统复杂程度；
(2)通过数字控制与模拟量控制结合的方式调整频率信号，调整速度快、噪音小；
(3)装置传递的频率稳定度高，传递过程中不会产生较大波动，实现了在光纤任意节点位置获取高稳定度频率信号和较准确的时刻信号。
附图说明
图1示出一种优选实施方式的双信道时间频率高精度传递中间节点装置示意图。
具体实施方式
下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些示例性说明而变得更为清楚、明确。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
本发明提供了一种双信道时间频率高精度传递中间节点装置，设置在本地端和远地端通信的光纤中间，使得光纤中间任意节点能够获取准确的时间频率信号，包括秒脉冲接收处理模块、晶振模块、信号探测解调模块、信号采集处理模块，如图1所示。
根据本发明，所述本地端和远地端之间通过光纤进行双信道时间频率传递，其中，第一信道为本地端向远地端发送的秒脉冲信号和频率信号，第二信道为远地端向本地端发送的秒脉冲信号和频率信号。
所述秒脉冲处理模块用于生成秒脉冲信号，并将秒脉冲信号输出给用户，所述秒脉冲信号为高低电平信号，采用秒脉冲信号高低电平的转换标示每秒的开始，将上升沿作为秒开始的信号。
所述晶振模块用于产生频率信号，所述频率信号为正弦波信号。
进一步地，所述秒脉冲发送处理模块与晶振模块相连，能够获取晶振模块输出的频率信号。在每一秒开始时，所述秒脉冲信号的上升沿与所述频率信号的过零点对齐，使得频率信号相位与秒脉冲信号能够保持固定对齐。
所述信号探测解调模块用于解调出载波中的秒脉冲信号和频率信号，其通过光纤耦合器连接在用于本地端和远地端传递时间频率的双信道光纤上，以获取通信光纤两个信道的信号。进一步地，所述信号探测解调模块与信号采集处理控制模块、秒脉冲接收处理模块相连，以将两个信道上解调出秒脉冲信号和频率信号传递至信号采集处理控制模块、秒脉冲接收处理模块。
所述信号采集处理模块与晶振模块相连，用于采集比对信号探测解调模块解调出的频率信号与晶振模块输出频率信号，获得频率信号之间的相对相位，计算控制移相频率信号的相位，以控制晶振模块输出的频率信号，使得晶振模块输出的频率信号与远地端输出的频率信号相位相同。
在一个优选的实施方式中，在信号采集处理控制模块和与信号探测调解模块、晶振模块之间，还设置有下变频模块，通过下变频模块将各频率信号下变频，以降低频率信号的频率，从而降低对本地端信号采集处理控制模块的性能要求，以便于A/D采集单元更准确的对相位进行采集。
进一步的，在信号信号探测调解模块与信号采集处理控制模块之间，具有两个下变频模块，分别对第一信道的频率信号和第二信道的频率信号进行下变频。
在一个优选的实施方式中，所述双信道时间频率高精度传递中间节点装置还包括移相模块和混频锁相模块。
所述移相模块，用于改变频率信号的相位，其与信号探测解调模块和信号采集处理控制模块相连，以信号探测解调模块解调出的频率信号为基础根据采集处理控制模块D/A输出的电压进行移相，生成移相频率信号。
所述混频锁相模块，用于调整晶振模块的输出频率，其与移相模块相连，接收移相频率信号，通过混频锁相将晶振模块的输出频率信号相位调整至与移相频率信号相同的相位。
在本发明中，在移相模块频率信号移相的基础上，通过混频锁相利用模拟信号作为控制晶振模块的控制电压，使得晶振模块输出的频率信号相位与远地端输出的频率信号的相位一致。相比于通过信号采集处理模块以数字信号的方式直接控制晶振模块进行相位调整，采用模拟信号调整晶振模块相位，能够获得更低的噪声和更好的频率稳定度。
进一步地，由于混频锁相模块对仅有100～800ns长度的秒脉冲信号不敏感，在信号探测解调模块将解调出的信号中虽然会混有秒脉冲信号，但其不影响信号混频锁相模块对晶振模块的控制，相比于采用另外信道和装置传递秒脉冲的方式，能够大幅度减小系统的复杂度。
在一个优选的实施方式中，所述信号采集处理模块包括多通道的A/D采集单元、计算单元和D/A单元，其中，A/D采集单元采集第一信道频率信号、第二信道频率信号和晶振频率信号，计算单元计算各频率信号之间的相对相位，D/A单元根据相对相位输出电压信号，通过电压信号控制移相模块，进一步地，所述移相模块接收信号探测解调模块传递的第一信道频率信号，在第一信道频率信号的基础上按照D/A单元的控制进行移相，消除光纤中信号传递时的时延。
具体地，信号采集处理模块获取第一信道频率信号、第二信道频率信号和晶振频率信号之间的相位差，当晶振频率信号相位与远地端输出的频率信号的相位不同时，控制移相模块输出频率信号相位，进而通过混频锁相模块控制晶振模块输出频率信号的相位，使得晶振输出频率信号相位与远地端输出的频率信号的相位一致。
所述秒脉冲接收处理模块与信号探测解调模块相连，其能够接收信号探测解调模块解调的秒脉冲信号，作为生成秒脉冲信号的参考信号。
具体地，所述秒脉冲接收处理模块接收到信号探测解调模块传递的第一信道秒脉冲信号和第二信道秒脉冲信号，测量两个秒脉冲信号上升沿之间的时间间隔，将此时间间隔扣除远地端的接收和发送时延后除以2，得到中间节点装置至远地端的信号单程传递的时延值，接收到的第一信道的秒脉冲信号扣除中间节点和远地端的接收时延后，加上中间节点至远地端信号单程传递的时延值后，得到中间节点的秒脉冲信号，将此作为参考信号。
进一步地，所述秒脉冲接收处理模块获取晶振模块输出的频率信号，以频率信号过零点作为上升沿，生成多个脉冲信号，从多个脉冲信号中选出与参考信号最接近的脉冲信号作为输出的秒脉冲信号，输出给用户。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于本发明工作状态下的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“本地端”、“远地端”、“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种双信道时间频率高精度传递中间节点装置，设置在本地端和远地端通信的光纤中间，包括秒脉冲接收处理模块、晶振模块、信号探测解调模块、信号采集处理模块；
本地端和远地端之间通过光纤进行双信道时间频率传递，其中，第一信道为本地端向远地端发送的秒脉冲信号和频率信号，第二信道为远地端向本地端发送的秒脉冲信号和频率信号。
2.根据权利要求1所述的双信道时间频率高精度传递中间节点装置，其特征在于，
所述秒脉冲处理模块用于生成秒脉冲信号，并将秒脉冲信号输出给用户，所述秒脉冲信号为高低电平信号；
所述晶振模块用于产生频率信号，所述频率信号为正弦波信号；
所述秒脉冲发送处理模块与晶振模块相连，获取晶振模块输出的频率信号。
3.根据权利要求1所述的双信道时间频率高精度传递中间节点装置，其特征在于，
所述信号探测解调模块用于解调出载波中的秒脉冲信号和频率信号，其通过光纤耦合器连接在用于本地端和远地端传递时间频率的双信道光纤上，所述信号探测解调模块与信号采集处理控制模块、秒脉冲接收处理模块和移相模块相连；
所述信号采集处理模块与晶振模块相连，用于采集比对信号探测解调模块解调出的频率信号与晶振模块输出频率信号，获得频率信号之间的相对相位，计算控制移相频率信号的相位。
4.根据权利要求1所述的双信道时间频率高精度传递中间节点装置，其特征在于，
在信号采集处理控制模块和与信号探测调解模块、晶振模块之间，还设置有下变频模块。
5.根据权利要求4所述的双信道时间频率高精度传递中间节点装置，其特征在于，
在信号信号探测调解模块与信号采集处理控制模块之间，具有两个下变频模块，分别对第一信道的频率信号和第二信道的频率信号进行下变频。
6.根据权利要求1所述的双信道时间频率高精度传递中间节点装置，其特征在于，
还包括移相模块和混频锁相模块，所述移相模块，用于改变频率信号的相位，所述混频锁相模块，用于调整晶振模块的输出频率。
7.根据权利要求6所述的双信道时间频率高精度传递中间节点装置，其特征在于，
所述移相模块与信号探测解调模块相连和信号采集处理控制模块相连，以信号探测解调模块解调出的频率信号为基础根据采集处理控制模块D/A输出的电压值进行移相，生成移相频率信号；
所述混频锁相模块与移相模块相连，接收移相频率信号，通过混频锁相将晶振模块的输出频率相位调整至与移相频率信号相同的相位。
8.根据权利要求6所述的双信道时间频率高精度传递中间节点装置，其特征在于，
所述信号采集处理模块包括多通道的A/D采集单元、计算单元和D/A单元，其中，A/D采集单元采集第一信道频率信号、第二信道频率信号和晶振频率信号，计算单元计算各频率信号之间的相对相位，D/A单元根据相对相位输出电压信号，通过电压信号控制移相模块输出移相频率信号的相位。
9.根据权利要求6所述的双信道时间频率高精度传递中间节点装置，其特征在于，
所述移相模块接收信号探测解调模块传递的第一信道频率信号，在第一信道频率信号的基础上按照D/A单元的控制进行移相。
10.根据权利要求1所述的双信道时间频率高精度传递中间节点装置，其特征在于，
所述秒脉冲接收处理模块与信号探测解调模块相连，接收信号探测解调模块解调的秒脉冲信号，作为生成秒脉冲信号的参考信号；
所述秒脉冲接收处理模块获取晶振模块输出的频率信号，以频率信号过零点作为上升沿，生成多个脉冲信号，从多个脉冲信号中选出与参考信号最接近的脉冲信号作为输出的秒脉冲信号，输出给用户。
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