CN113114233B - 星载时钟信号频率和相位跳变监测方法及系统 - Google Patents

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    • H03L7/06—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
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    • H03L7/099—Details of the phase-locked loop concerning mainly the controlled oscillator of the loop

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Abstract

本发明公开了一种星载时钟信号频率和相位跳变监测及方法。利用延迟锁定环路对外部时钟进行准确跟踪，实时修正本地产生的复制时钟的频率，计算时钟频率控制字并对频率控制字进行累加，得到时钟相位值。每间隔一定时间对时钟相位值参数进行锁存，利用连续四次的时钟锁存值计算时钟信号的频率和相位跳变量，并将跳变量与预先设定的门限进行比较，如果超过门限则进行时钟告警。可以实现高精度稳健的时钟频率和相位监测，同时整个方法实现简单，系统易于综合实现。

Description

星载时钟信号频率和相位跳变监测方法及系统
技术领域
本发明涉及星载导航信号处理领域，具体的涉及一种星载时钟信号频率和相位跳变监测方法及系统。
背景技术
导航卫星上安装有高精度时钟源用以产生高精度时钟基准，该时钟基准经过频率综合模块产生一个参考时钟，用于高精度卫星导航信号的生成。卫星导航信号的时间准确度直接关系到地面接收机的定位、导航和授时精度，必须保证用于导航信号生成的参考时钟正常稳定工作。然而，卫星设计时无法保证时钟源和频率综合模块的绝对准确，可能存在时钟相位或频率发生跳变的情况，轻则导致卫星生成的导航信号的相位或时延发生跳变，严重时则会导致导航信号错误。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种载时钟信号频率和相位跳变监测方法及系统，能够实现高精度稳健的时钟频率和相位的监测。
根据本发明实施例的一种星载时钟信号频率和相位跳变监测方法，包括以下步骤：
S100、在本地时钟下生成本地复制信号，然后利用延迟锁定环路估计输入时钟频率，得到频率估计误差并修正本地时钟频率；
S200、计算修正后的时钟频率控制字，接收机对修正的时钟频率控制字进行累加，得到时钟相位值；
S300、每间隔时间T后，将时钟相位值进行锁存得到时钟相位锁存值；
S400、利用连续四次的时钟相位锁存值计算出时钟的频率跳变值和相位跳变值；
S500、将频率跳变值和相位跳变值分别与设定的门限进行比较，如果频率跳变值大于门限，则进行时钟跳频告警；如果相位跳变值大于门限，则进行时钟跳相告警；如果频率跳变值和相位跳变值皆没有超过门限则不进行告警；
S600、输出异常判决结果。
根据本发明实施例的一种星载时钟信号频率和相位跳变监测系统，包括：
存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于当执行所述计算机程序时，实现上述的星载时钟信号频率和相位跳变监测方法。
根据本发明实施例的星载时钟信号频率和相位跳变监测方法及系统，至少具有如下技术效果：本发明实施方式利用与输入时钟异步的本地时钟实现对输入时钟的频率估计和时钟相位值的计算，并利用该时钟相位值计算输入时钟的频率跳变值和相位跳变值，通过与门限进行比较即可判断出输入时钟是否发生异常。该方法容易实现，并且监测精度高，提高了星载时钟的可靠性。
根据本发明的一些实施例，所述步骤S100的具体步骤为：
S101、在本地时钟下生成三个本地复制信号，三个所述本地复制信号包括超前时钟信号、准时时钟信号和滞后时钟信号，准时时钟信号与输入时钟信号一致；
S102、将超前时钟信号与滞后时钟信号分别与输入时钟信号进行相关累加，得到早支路相关值和迟支路相关值，
S103、将早支路相关值和迟支路相关值输入环路鉴别器中计算鉴别误差
S104、经过环路滤波后得到频率估计误差并修正本地时钟频率。根据本发明的一些实施例，所述步骤S400中跳频值的计算公式为
Figure BDA0002992589960000031
其中，Φ1、Φ2、Φ3、Φ4分别表示连续四次锁存的时钟相位值；
跳相值的计算公式为
Figure BDA0002992589960000032
其中，f0表示外部输入时钟的标称频率值。
根据本发明的一些实施例，所述步骤S200中还包括锁存步骤，具体为：对修正后的时钟频率控制字进行锁存，接收机对锁存的时钟频率控制字进行累加。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例中星载时钟信号频率和相位跳变监测方法的流程图；
图2为本发明实施例中利用延迟锁定环路估计外部输入时钟的原理框图；
图3为本发明实施例中时钟相位累加的原理框图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
参考图1，一种星载时钟信号频率和相位跳变监测方法，包括以下步骤：S100、利用延迟锁定环路估计输入时钟频率；参考图2，在本地时钟下生成三个本地复制信号，分别是超前时钟信号、准时时钟信号和滞后时钟信号，其中准时时钟信号与输入时钟一致；将超前时钟与滞后时钟分别于输入时钟进行相关累加，得到早支路相关值和迟支路相关值；将两个相关值输入到环路鉴别器中计算鉴别误差，经过环路滤波后得到频率估计误差并修正本地复制时钟频率。
S200、参考图3，计算修正后的频率控制字，并对该频率控制字进行锁存，接收机利用锁存的频率控制字进行累加操作，得到时钟相位值；
S300、每间隔时间T后，将时钟相位值进行锁存得到时钟相位锁存值，时间间隔T表示时钟监测测量时间间隔，可以预先设定；
S400、利用连续四次的时钟相位锁存值计算出时钟的频率跳变值和相位跳变值；
频率跳变值的单位为Hz，计算公式如下：
Figure BDA0002992589960000051
其中，Φ1、Φ2、Φ3、Φ4分别表示连续四次锁存的时钟相位值，单位为一个时钟周期，时钟监测测量时间间隔T的单位为秒。
相位跳变值的单位为秒，计算公式如下：
Figure BDA0002992589960000052
其中，f0表示外部输入时钟的标称频率值，单位为Hz。
S500、将频率跳变值和相位跳变值分别与设定的门限进行比较，如果频率跳变值大于门限，则进行时钟跳频告警；如果相位跳变值大于门限，则进行时钟跳相告警；如果频率跳变值和相位跳变值皆没有超过门限则不进行告警，门限值可根据实际监测精度要求设定；
S600、最后输出时钟异常判决结果。
本发明还包括一种星载时钟信号频率和相位跳变监测系统，包括：存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于当执行所述计算机程序时，实现上述的星载时钟信号频率和相位跳变监测方法。
综上所述，本发明实施例针对卫星上搭载的时钟源或频率综合模块异常导致卫星载荷工作时钟存在频率或相位跳变问题，利用与该时钟源异步的本地时间实现对该高精度时钟源的监测。首先利用延迟锁定环路对外部时钟进行准确跟踪，实时修正本地产生的复制时钟的频率，计算时钟频率控制字并对频率控制字进行累加，得到时钟相位值。每间隔一定时间对时钟相位值参数进行锁存，利用连续四次的时钟锁存值计算时钟信号的频率和相位跳变量，并将跳变量与预先设定的门限进行比较，如果超过门限则进行时钟告警。可以实现高精度稳健的时钟频率和相位监测，同时整个方法实现简单，系统易于综合实现。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (4)

1.一种星载时钟信号频率和相位跳变监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S100、在本地时钟下生成本地复制信号，然后利用延迟锁定环路估计输入时钟频率，得到频率估计误差并修正本地时钟频率；
S200、计算修正后的时钟频率控制字，接收机对修正的时钟频率控制字进行累加，得到时钟相位值；
S300、每间隔时间T后，将时钟相位值进行锁存得到时钟相位锁存值；
S400、利用连续多次的时钟相位锁存值计算出时钟的频率跳变值和相位跳变值；所述步骤S400中跳频值的计算公式为
Figure FDA0003840329440000011
其中，Φ1、Φ2、Φ3、Φ4分别表示连续四次锁存的时钟相位值；
跳相值的计算公式为
Figure FDA0003840329440000012
其中，f0表示外部输入时钟的标称频率值；
S500、将频率跳变值和相位跳变值分别与设定的门限进行比较，如果频率跳变值大于门限，则进行时钟跳频告警；如果相位跳变值大于门限，则进行时钟跳相告警；如果频率跳变值和相位跳变值皆没有超过门限则不进行告警；
S600、输出异常判决结果。
2.根据权利要求1所述的星载时钟信号频率和相位跳变监测方法，其特征在于：所述步骤S100的具体步骤为：
S101、在本地时钟下生成三个本地复制信号，三个所述本地复制信号包括超前时钟信号、准时时钟信号和滞后时钟信号，准时时钟信号与输入时钟信号一致；
S102、将超前时钟信号与滞后时钟信号分别与输入时钟信号进行相关累加，得到早支路相关值和迟支路相关值；
S103、将早支路相关值和迟支路相关值输入环路鉴别器中计算鉴别误差；
S104、经过环路滤波后得到频率估计误差并修正本地时钟频率。
3.根据权利要求1所述的星载时钟信号频率和相位跳变监测方法，其特征在于：所述步骤S200中还包括锁存步骤，具体为：对修正后的时钟频率控制字进行锁存，接收机对锁存的时钟频率控制字进行累加。
4.一种星载时钟信号频率和相位跳变监测系统，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于当执行所述计算机程序时，实现如权利要求1至3任一项所述的星载时钟信号频率和相位跳变监测方法。
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