CN113419286B - 一种卫星与恒温晶振互补的高精度频率合成补偿方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种卫星与恒温晶振互补的高精度频率合成补偿方法，包括：S1、对卫星模块输出的1PPS秒脉冲信号进行计数和取平均值，输出标准的秒时钟脉冲数，即晶振频率；S2、根据所需输出时钟频率和晶振频率，确定主分频数和插值补偿误差数；S3、根据时钟频率、主分频数和插值补偿误差数，确定均匀间隔参数及均匀间隔参数对应的排布矩阵；然后将插值补偿误差数按照均匀间隔参数对应的排布矩阵的规律均匀插入到主分频数内，实现均匀间隔补偿，以消除误差。本发明能够在地球物理勘探中电磁法发射机发射频率范围0.1‑10kHz之间实现任意范围的误差补偿。

Description

一种卫星与恒温晶振互补的高精度频率合成补偿方法
技术领域
本发明属于地球物理勘探中电磁勘探法电磁发射机的电磁频率波形发射技术领域，特别是涉及一种卫星与恒温晶振互补的高精度频率合成补偿方法。
背景技术
地球物理勘探由于勘探地域宽、分布范围广，勘探源与采集系统之间除了保持时钟同步，对信号源频率的相噪要求高。由于卫星同步时钟存在多种误差因素的影响而存在较大的随机误差，为获取高精度稳定的时钟源，工程应用中通常把晶振时钟和卫星时钟相结合，利用两者误差特性的互补特征生成精度更高的时钟。
关于卫星同步信号修正晶振误差的方法通常包括两种，一种是利用锁相环技术实时调节压控恒温晶振的控制电压，另一种是利用数字滤波实时校准晶振分频系数；第二种用的是高精度的普通的恒温晶振，由于恒温晶振成本低，不需要数模转换器，结构简单，近年来获得广泛应用。然后利用恒温晶振器对卫星与恒温晶振之间产生的误差进行插值补偿，即可实现误差补偿。
而传统的插值补偿方法是将m个数以Lc步长间隔插入到序列中，其补偿步长的大小为，如式(2)所示：
Figure BDA0003123624490000011
对式(2)中的结果进行向下取整运算，使求得的补偿步长为整数，且向下取整能保证在1秒内实现完全补偿，此时的误差最大为1个晶振周期。但当误差m大于f/2的时候，该公式就失效了。假设一个100MHz，±5ppm的恒温晶振，那么误差m取值范围将达到±500，如果希望合成的频率小于1kHz，那么利用式(2)计算的补偿步长可能为0，导致误差无法得到有效补偿。
地球物理勘探中的电磁法发射机发射频率范围处于0.1-10kHz之间，因此，亟需一种更优的均匀补偿方法来实现任意范围的误差补偿成为研究人员热门的话题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种卫星与恒温晶振互补的高精度频率合成补偿方法，能够在地球物理勘探中电磁法发射机发射频率范围0.1-10kHz之间实现任意范围的误差补偿。
为实现上述目的，本发明提出一种卫星与恒温晶振互补的高精度频率合成补偿方法，具体包括以下步骤：
S1、对卫星模块输出的1PPS秒脉冲信号取平均值，输出标准的秒时钟脉冲数，即晶振频率；
S2、根据所需输出时钟频率和所述晶振频率，确定主分频数和插值补偿误差数；
S3、根据所述时钟频率、主分频数和所述插值补偿误差数，确定均匀间隔参数及所述均匀间隔参数对应的排布矩阵；然后将所述插值补偿误差数按照所述均匀间隔参数对应的排布矩阵的规律均匀插入到所述主分频数内，实现均匀间隔补偿，以消除误差。
优选的，所述均匀间隔补偿，包括：奇偶1/2补偿、1/4等间隔补偿、1/8等间隔补偿、…、1/2n等间隔补偿；其中，n＝1，2，3，…，n。
优选的，所述时钟频率越大，选取的均匀间隔参数越大。
优选的，确定所述晶振的脉冲数之后还需对其进行平滑滤波，得到晶振频率。
优选的，所述S3具体为：
S3.1、根据所述时钟频率、主分频数和所述插值补偿误差数，确定所述均匀间隔参数；
S3.2、根据所述均匀间隔参数以及所述时钟频率，确定所述均匀间隔参数对应的排布矩阵中的行数及每行的第一个序号和最后一个序号；
S3.3、根据所述时钟频率与所述行数，确定所述均匀间隔参数对应的排布矩阵中的列数；
S3.4、基于所述S3.1～S3.3，得到所述均匀间隔参数对应的排布矩阵，即均匀补偿算法的排布矩阵；
S3.5、将所述插值补偿误差数按照所述均匀补偿算法的排布矩阵规律均匀插入到所述主分频数内，以消除误差。
优选的，所述行数等于所述等间隔参数。
优选的，每行的所述第一个序号的确定方法，具体为：
步骤一、左边设为0，右边设为1，此时0为奇偶1/2补偿中第1行的第一个序号，1为奇偶1/2补偿中第2行的第一个序号；
步骤二、在所述步骤一设定的0、1的末尾再分别加上0和1，变成00、01、10、11，然后把末尾为0的依次移到左边，末尾为1的依次移到右边，从小到大重新排列得到左边为00、10，右边为01、11；最后把左边和右边一起组合起来成为00、10、01、11；此时，00，10，01，11分别为1/4等间隔补偿矩阵中第1、2、3、4行的第一个序号；
步骤三、在所述步骤二的00，10，01，11的末尾再分别加上0和1，变成000、001、100、101、010、011、110、111，然后把末尾为0的依次移到左边，末尾为1的依次移到右边，从小到大重新排列得到左边为000、100、010、110，右边为001、101、011、111；最后把左边和右边一起组合起来成为000、100、010、110、001、101、011、111；此时，000、100、010、110、001、101、011、111分别为1/8等间隔补偿矩阵中第1、2、3、…、8行的第一个序号；
步骤四、根据所述步骤二～步骤三的排列规律依次类推，依次在前一步骤的二进制数列后面分别加上0和1，并按照0在左、1在右的方式重新排列，即可分别得到1/2n等间隔补偿矩阵中第1、2、3、…、2n行的第一个序号。
优选的，每行的所述最后一个序号的确定方法，具体为：
根据所述均匀间隔参数，将每行的所述第一个序号开始，按照等差数列递增排列；所述等差数列的公差为所述均匀间隔参数；然后将整个递增序列的每个数与所述时钟频率相比较，若递增数列的某一个数大于时钟频率，则这个数的前一个数为每行的最后一个序号。
优选的，所述列数确定方法，具体为；
第一步：已知时钟频率为f，所述均匀补偿算法的排布矩阵的行数为2n；将排布矩阵列数R+1，并将所述时钟频率f与所述排布矩阵列数R+1相减，判断余数是否小于2n，如果余数小于2n，获得列数为R，并结束计算R，否则继续重复第一步的动作，直到结束计算；
第二步：计算向量Col[0:2n-1]，将矩阵某行的第一个编号连续加R个2n，如果结果大于时钟频率，那么该行最后一列有效，对应向量C的元素置1，否则无效，置0；
第三步：计算矩阵第i行的补偿个数G[i]，最大不超过矩阵列数R，从矩阵第一行开始，逐个填补，直到所有余数全部填补完成为止；向量C某i个元素为1，代表第i行能够填补R个，即G[i]＝R；否则能够填补R-1个，即G[i]＝R-1，如果剩余的误差个数r不够填完i行，那么将剩余的数依次填补到i行的前面几个即可，即G[i]＝r；
第四步：利用所述第一步至第三步完成一个大周期的循环输出，实现相噪及时补偿、输出频率稳定的波形。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明能够在地球物理勘探中电磁法发射机发射频率范围0.1-10kHz之间实现任意范围的误差补偿，可实现输出高精度低相噪时钟信号，并且无累积误差，实现相噪实时补偿的目的，晶振频率越高，精度越高，相噪越小。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明晶振误差修正高精度时钟系统示意图；其中，(a)为利用锁相环技术实施调节压控恒温晶振的控制电压系统示意图；(b)为利用数字滤波实时校准晶振分频系数系统示意图；
图2为本发明误差插值补偿示意图；
图3为本发明均匀补偿算法排布规律图；
图4为本发明排布矩阵中每行第一个序列号的确定算法示意图；
图5为本发明低相噪频率合成1/8等间隔均匀补偿矩阵图；
图6为本发明频率输出控制模块封装图；
图7为本发明在输出频率36Hz，误差数为25，1/8等间隔均匀补偿条件下，补偿矩阵列数算法实现过程图；
图8为本发明补偿矩阵某一行最后一列补偿有效性算法实现过程图；
图9为本发明误差数均匀插值补偿算法实现过程图；
图10为本发明36Hz，误差数为25，1/8等间隔均匀补偿算法实现的结果图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
关于卫星同步信号修正晶振误差的方法通常包括两种，一种是利用锁相环技术实时调节压控恒温晶振的控制电压，如图1(a)所示；另一种是利用数字滤波实时校准晶振分频系数，如图1(b)所示。其中，图1(a)用的是高成本的压控恒温晶振，图1(b)用的是高精度的普通的恒温晶振。由于图1(b)的恒温晶振成本低，不需要数模转换器，结构简单，近年来获得广泛应用。
因此，本发明采用如图1(b)所示的晶振误差修正高精度时钟系统来实现卫星与恒温晶振互补的高精度低相噪频率合成均匀补偿。卫星与恒温晶振互补的数字检相器通常采用时间间隔计数器来产生一个计数误差数据存入缓存中，数字滤波器对缓存中的误差数据进行平滑滤波，输出一个分频校正数，然后将分频校正数均匀地插入到晶振频率分频器中进行插值补偿。
基于此，本发明提出一种卫星与恒温晶振互补的高精度频率合成补偿方法，能够解决传统技术中当误差m大于f/2的时候公式失效，导致误差无法得到有效补偿的问题，实现任意范围的高频率低相噪频率均匀补偿，具体包括以下步骤：
S1、对卫星模块输出的1PPS秒脉冲信号取平均值，输出标准的秒时钟脉冲数，即晶振频率；
由于卫星接收模块会产生一个带随机误差秒脉冲信号1pps，此误差不会累计，经过10～30s时间后会产生几十纳秒到几百纳秒的误差，但是对其取平均后就接近标准了，取平均后即得到标准的时钟脉冲数，即晶振频率；
由于晶振本身有误差，会随着时间漂移、老化等因素影响而发生变化，需对其进行平滑滤波，得到稳定的晶振频率，即得到本发明所需要的晶振频率。
S2、根据所需输出时钟频率和所述晶振频率，确定主分频数和插值补偿误差数；
如图2所示，插值补偿误差数为m＝2，时钟频率在1秒内计数f次(主分频数)，每个计数周期内有M个时钟周期，分别将插值补偿误差数m插入序列的两个不同位置，每插入一次，对应的计数周期M就加1，从而实现时间值误差的实时纠正，避免秒末的时间值偏差的问题。假设时钟一秒的周期数为M，晶振频率为F，如果F不能被f整除，那么单周期的计数存在误差，这个插值补偿误差数m可以认为是频偏，也可以认为是相噪，如式(1)所示：
Figure BDA0003123624490000081
其中，M是F除以f的整数部分，m是整除后的余数，且m≤f；
此时，需要将m个余数均匀地插入到f个计数周期内中，才能及时地消除计数误差，确保在一秒内频率误差都足够小。一秒内的所有计数值等于f个计数值之和，就可以保证一秒中平均误差为0。
S3、根据所述时钟频率、主分频数和所述插值补偿误差数，确定均匀间隔参数及所述均匀间隔参数对应的排布矩阵；其中，所述时钟频率越大，选取的均匀间隔参数越大。然后将所述插值补偿误差数按照所述均匀间隔参数对应的排布矩阵的规律均匀插入到所述主分频数内，实现均匀间隔补偿，以消除误差。所述均匀间隔补偿，包括：奇偶1/2补偿、1/4等间隔补偿、1/8等间隔补偿、…、1/2n等间隔补偿；其中，n＝1，2，3，…，n。
具体为：
S3.1、根据所述时钟频率、主分频数和所述插值补偿误差数，确定所述均匀间隔参数；
S3.2、根据所述均匀间隔参数以及所述时钟频率，确定所述均匀间隔参数对应的排布矩阵中的行数及每行的第一个序号和最后一个序号；
通过以上的分析可知，该均匀补偿算法的关键是确定每行的第一个序号和最后一个序号，最后一个序号的确定比较简单，只要以此递增序号大于所需设置的频率数，即可确定，例如按照如图3所示的1/16等间隔插值补偿，频率数f＝40，那么第一行依次0，16，32，下一个是48，大于f，所以第一行的最后一个序号为32。
所述行数等于所述等间隔参数；
每行的所述第一个序号的确定方法，如图4所示，具体为：
步骤一、左边设为0，右边设为1，此时0为奇偶1/2补偿中第1行的第一个序号，1为奇偶1/2补偿中第2行的第一个序号；
步骤二、在所述步骤一设定的0、1的末尾再分别加上0和1，变成00、01、10、11，然后把末尾为0的依次移到左边，末尾为1的依次移到右边，从小到大重新排列得到左边为00、10，右边为01、11；最后把左边和右边一起组合起来成为00、10、01、11；此时，00，10，01，11分别为1/4等间隔补偿矩阵中第1、2、3、4行的第一个序号；
步骤三、在所述步骤二的00，10，01，11的末尾再分别加上0和1，变成000、001、100、101、010、011、110、111，然后把末尾为0的依次移到左边，末尾为1的依次移到右边，从小到大重新排列得到左边为000、100、010、110，右边为001、101、011、111；最后把左边和右边一起组合起来成为000、100、010、110、001、101、011、111；此时，000、100、010、110、001、101、011、111分别为1/8等间隔补偿矩阵中第1、2、3、…、8行的第一个序号；
步骤四、根据所述步骤二～步骤三的排列规律依次类推，依次在前一步骤的二进制数列后面分别加上0和1，并按照0在左、1在右的方式重新排列，即可分别得到1/2n等间隔补偿矩阵中第1、2、3、…、2n行的第一个序号。
每行的所述最后一个序号的确定方法，具体为：
根据所述均匀间隔参数，将每行的所述第一个序号开始，按照等差数列递增排列；所述等差数列的公差为所述均匀间隔参数；然后将整个递增序列的每个数与所述时钟频率相比较，若递增数列的某一个数大于时钟频率，则这个数的前一个数为每行的最后一个序号。
如图3所示，为了说明方便，假设f＝40(计数从0到39)，分别列出了奇偶1/2补偿、1/4等间隔补偿，1/8等间隔补偿，间隔越大，补偿越均匀，以此类推可以扩展为更均匀的补偿。补偿的方法是按照每行的序号，依次补偿，填完一行后，进入第二行，以此类推。以1/16等间隔补偿为例，假设误差m＝3，那么依次补偿的位置为0，16和32，假设误差m＝7，那么补偿的位置分别是0，16，32，8，24，4，20，重新排列顺序为0，4，8，16，20，24，32；可以看出，前面6个是最接近均匀补偿，最后一个最接近2倍间隔补偿，确保完成补偿最均匀，对应的相噪最小。仔细观察图3的排列规律发现，只要确定了每行的第一个编号，后面的就依次按照等差数列递增，等差间隔为所选的等间隔数，如1/16等间隔补偿，其等差间隔为16，依次类推。
S3.3、根据所述时钟频率与所述行数，确定所述均匀间隔参数对应的排布矩阵中的列数；
所述列数确定方法，具体为；
第一步：已知时钟频率为f，所述均匀补偿算法的排布矩阵的行数为2n；将排布矩阵列数R+1，并将所述时钟频率f与所述排布矩阵列数R+1相减，判断余数是否小于2n，如果余数小于2n，获得列数为R，并结束计算R，否则继续重复第一步的动作，直到结束计算；
第二步：计算向量Col[0:2n-1]，将矩阵某行的第一个编号连续加R个2n，如果结果大于时钟频率，那么该行最后一列有效，对应向量C的元素置1，否则无效，置0；
第三步：计算矩阵第i行的补偿个数G[i]，最大不超过矩阵列数R，从矩阵第一行开始，逐个填补，直到所有余数全部填补完成为止；向量C某i个元素为1，代表第i行能够填补R个，即G[i]＝R；否则能够填补R-1个，即G[i]＝R-1，如果剩余的误差个数r不够填完i行，那么将剩余的数依次填补到i行的前面几个即可，即G[i]＝r；
第四步：利用所述第一步至第三步完成一个大周期的循环输出，实现相噪及时补偿、输出频率稳定的波形。
本发明通过可编程器件的硬件描述语言verilog的开发算法实现1/8等间隔补偿为例，描述整个均匀补偿过程：
首先矩阵的行数确定等于8，然后确定矩阵列数，列数最大值由最高发射频率和矩阵的行数决定。定义一个变量Column表示矩阵的列数，等于发射频率/8取整数；定义一个Col，其位代表对应的行最末位是否有效，因此，Col对应位为0，代表对应行的元素个数为R，否则为R+1。如果有m个余数需要插入周期序列中，那么依次从第一行到第8行填入1，这里需要再定义一个向量[0:7]G，每个元素代表对应行需要补1的个数，比如G[0]＝5，表示第0行需要插入5个1，此时m＝5；G[1]＝G[2]＝5，表示第1行和第2行需要插5个1，此时被插了15个1；G[3]＝1，表示第3行插1个1，即第1个插1。
然后解决的是如何计算Col[0:7]和G[0:7]这两个变量。
第一步：计算列数R。将输出频率-8，列数R+1，判断余数是否小于8，如果余数小于8，那么获得列数为R，并结束计算R，否则继续重复前面的动作，直到结束计算。
Figure BDA0003123624490000131
第二步：计算向量Col[0:7](一个字节)。Col代表矩阵某一行最后一列是否有效，最直接的办法就是将矩阵某行的第一个编号连续加R个8，如果结果大于发送频率，那么该行最后一列有效，对应向量C的元素置1，否则无效，置0。
Figure BDA0003123624490000132
第三步：计算8个数，最大不超过R，从矩阵第一行开始，逐个填补，直到所有m个数全部填补完成为止。向量C某i个元素为1，代表第i行可以填补R+1个(G[i]＝R+1)，否则可填补R个(G[i]＝R)，如果剩余的个数r不够填完i行，那么只要把剩余的数依次填补到i行的前面几个即可(G[i]＝r)。
Figure BDA0003123624490000141
最后是利用以上的变量来完成一个大周期的循环发射，实现相噪及时补偿，发射频率稳定的波形。发射顺序是按列发射的，发完一列再发第二列，而每一列的发射顺序不是依次往下发，而是跳跃式，以一列8个元素编号为01234567为例，其发射顺序是04261537，而每一行填补1是不同的，所以每次发射需要携带一个补1计数变量，同时需要一个发射个数计数变量来锁定当前位置状态，用于判断下次发射是否补1以及是否完成一个大周期的循环发射，如果完成一个大周期循环发射，前行在PPS信号触发下进入下一个大周期循环，此时，需要出发前面的变量数据更新，所以要在最后一个发射周期开始时，提前给一个数据更新信号(或者输出模块可以及时对输入数据的更新进行设置)。
case(Tr_N[2:0])
3'b000:begin G[0]<＝(G[0]>0)？G[0]-1'b1:8'd0；Out_Data<＝(G[0]>0)？integer_M+1'b1:integer_M；end
3'b100:begin G[1]<＝(G[1]>0)？G[1]-1'b1:8'd0；Out_Data<＝(G[1]>0)？integer_M+1'b1:integer_M；end
3'b010:begin G[2]<＝(G[2]>0)？G[2]-1'b1:8'd0；Out_Data<＝(G[2]>0)？integer_M+1'b1:integer_M；end
3'b110:begin G[3]<＝(G[3]>0)？G[3]-1'b1:8'd0；Out_Data<＝(G[3]>0)？integer_M+1'b1:integer_M；end
3'b001:begin G[4]<＝(G[4]>0)？G[4]-1'b1:8'd0；Out_Data<＝(G[4]>0)？integer_M+1'b1:integer_M；end
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3'b011:begin G[6]<＝(G[6]>0)？G[6]-1'b1:8'd0；Out_Data<＝(G[6]>0)？integer_M+1'b1:integer_M；end
3'b111:begin G[7]<＝(G[7]>0)？G[7]-1'b1:8'd0；Out_Data<＝(G[7]>0)？integer_M+1'b1:integer_M；end
Endcase
S3.4、基于所述S3.1～S3.3，得到所述均匀间隔参数对应的排布矩阵，即均匀补偿算法的排布矩阵；
如图5所示，以输出频率为f＝36Hz，按1/8等间隔补偿，误差数m分别取25和13为例，也就是1秒时间内，输出36个周期，需要均匀补偿m个1到36个周期中，这个从图中的总体周期数上分配比较简单明显，将图3中的序列号一列排列成一个矩阵。该矩阵的行数为固定的8，列数由输出频率决定，当m确定后，该矩阵就确定下来了。其他如1/32等间隔补偿以及更大间隔的更大均匀度的补偿方法以此类推。
S3.5、将所述插值补偿误差数按照所述均匀补偿算法的排布矩阵规律均匀插入到所述主分频数内，以消除误差。
其次，要解决的是如何触发数据更新的问题，显然数据更新的传统逻辑是先把第一个数据输出去，然后等待第一个数据计数完后，再把第二个数据输出去，下一个数据更新可以利用输出模块的计数结束信号next_sig触发，可是第一个数据还没输出去之前并没有next_sig，所以，触发事件应该是输出个数Tr_N＝0，并且触发后Tr_N++，否则会一直停留在Tr_N＝0的状态下继续触发，另外触发事件结束后，需要通知外部模块已经进入正常的循环输出状态，在操作起来很麻烦，因此引入FIFO模块，frequency_module只负责源源不断地给FIFO送数，至于什么时候停止，什么时候发送什么频率波形完全交给外面的控制模块来负责，这样系统的开发就具有较强的独立性与可控性。
其中，频率输出控制模块封装如图6所示，clk为输入时钟，rstn为复位信号，transmitter_f[15:0]为待输出频率，integer_M[15:0]为单周期的分频数，remainder_m[15:0]为单周期分频余数，frequency_en模块使能信号，write_fifo_data[15:0]依次计算获得的分频数据送入FIFO，fifo_left为FIFO剩余字节深度，i_out[7:0]为内部运算步骤监控信号。
为了进一步验证技术效果，本发明以f＝36，m＝25为例，进行均匀补偿，并给出仿真结果，如图7至图10所示：
(1)计算矩阵列数。
(2)计算向量Col[0:7](一个字节)。Col代表矩阵某一行最后一列是否有效，最直接的办法就是将矩阵某行的第一个编号连续加R个8，如果结果大于发送频率，那么该行最后一列有效，对应向量C的元素置1，否则无效，置0。
(3)计算8行需要补1的个数(G向量)，每行补1个数不超过列数colum+col[i]，从矩阵第一行开始，逐个填补，直到所有m个数全部填补完成为止。向量col某i个元素为1，代表第i行可以填补colum+1个(G[i]＝colum+1)，否则可填补colum个(G[i]＝colum)，如果剩余的个数不够填完i行，那么只要把剩余的数依次填补到i行的前面几个即可。
最后利用以上的变量来完成一个大周期的循环发射，100是整数部分，101是补1输出。
最后得到图7至图10的仿真结果，图7为1/8等间隔均匀补偿条件下补偿矩阵列数算法实现过程图；图8为补偿矩阵某一行最后一列补偿有效性算法实现过程图；图9为误差数均匀插值补偿算法实现过程图；图10为1/8等间隔均匀补偿算法实现的结果图。
将仿真结果与前面图5的分析对比，发明与图5分析一致，说明本发明能够获得期望的效果。
综上，本发明能够在地球物理勘探中电磁法发射机发射频率范围0.1-10kHz之间实现任意范围的误差补偿，可实现输出高精度低相噪时钟信号，并且无累积误差，实现相噪实时补偿的目的，晶振频率越高，精度越高，相噪越小。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种卫星与恒温晶振互补的高精度频率合成补偿方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1、对卫星模块输出的1PPS秒脉冲信号进行计数取平均值，输出标准的秒时钟脉冲数，即晶振频率；
S2、根据所需输出时钟频率和所述晶振频率，确定主分频数和插值补偿误差数；
S3、根据所述时钟频率、主分频数和所述插值补偿误差数，确定均匀间隔参数及所述均匀间隔参数对应的排布矩阵；然后将所述插值补偿误差数按照所述均匀间隔参数对应的排布矩阵的规律均匀插入到所述主分频数内，实现均匀间隔补偿，以消除误差；
所述S3具体为：
S3.1、根据所述时钟频率、主分频数和所述插值补偿误差数，确定所述均匀间隔参数；
S3.2、根据所述均匀间隔参数以及所述时钟频率，确定所述均匀间隔参数对应的排布矩阵中的行数及每行的第一个序号和最后一个序号；
S3.3、根据所述时钟频率与所述行数，确定所述均匀间隔参数对应的排布矩阵中的列数；
S3.4、基于所述S3.1～S3.3，得到所述均匀间隔参数对应的排布矩阵，即均匀补偿算法的排布矩阵；
S3.5、将所述插值补偿误差数按照所述均匀补偿算法的排布矩阵规律均匀插入到所述主分频数内，以消除误差。
2.根据权利要求1所述的卫星与恒温晶振互补的高精度频率合成补偿方法，其特征在于，所述均匀间隔补偿，包括：奇偶1/2补偿、1/4等间隔补偿、1/8等间隔补偿、…、1/2n等间隔补偿；其中，n＝1，2，3，…，n。
3.根据权利要求1所述的卫星与恒温晶振互补的高精度频率合成补偿方法，其特征在于，所述时钟频率越大，选取的均匀间隔参数越大。
4.根据权利要求1所述的卫星与恒温晶振互补的高精度频率合成补偿方法，其特征在于，确定所述晶振的脉冲数之后还需对其进行平滑滤波，得到晶振频率。
5.根据权利要求1所述的卫星与恒温晶振互补的高精度频率合成补偿方法，其特征在于，所述行数等于所述均匀间隔参数。
6.根据权利要求1所述的卫星与恒温晶振互补的高精度频率合成补偿方法，其特征在于，每行的所述第一个序号的确定方法，具体为：
步骤一、左边设为0，右边设为1，此时0为奇偶1/2补偿中第1行的第一个序号，1为奇偶1/2补偿中第2行的第一个序号；
步骤二、在所述步骤一设定的0、1的末尾再分别加上0和1，变成00、01、10、11，然后把末尾为0的依次移到左边，末尾为1的依次移到右边，从小到大重新排列得到左边为00、10，右边为01、11；最后把左边和右边一起组合起来成为00、10、01、11；此时，00，10，01，11分别为1/4等间隔补偿矩阵中第1、2、3、4行的第一个序号；
步骤三、在所述步骤二的00，10，01，11的末尾再分别加上0和1，变成000、001、100、101、010、011、110、111，然后把末尾为0的依次移到左边，末尾为1的依次移到右边，从小到大重新排列得到左边为000、100、010、110，右边为001、101、011、111；最后把左边和右边一起组合起来成为000、100、010、110、001、101、011、111；此时，000、100、010、110、001、101、011、111分别为1/8等间隔补偿矩阵中第1、2、3、…、8行的第一个序号；
步骤四、根据所述步骤二～步骤三的排列规律依次类推，依次在前一步骤的二进制数列后面分别加上0和1，并按照0在左、1在右的方式重新排列，即可分别得到1/2n等间隔补偿矩阵中第1、2、3、…、2n行的第一个序号。
7.根据权利要求6所述的卫星与恒温晶振互补的高精度频率合成补偿方法，其特征在于，每行的所述最后一个序号的确定方法，具体为：
根据所述均匀间隔参数，将每行的所述第一个序号开始，按照等差数列递增排列；所述等差数列的公差为所述均匀间隔参数；然后将整个递增序列的每个数与所述时钟频率相比较，若递增数列的某一个数大于时钟频率，则这个数的前一个数为每行的最后一个序号。
8.根据权利要求1所述的卫星与恒温晶振互补的高精度频率合成补偿方法，其特征在于，所述列数确定方法，具体为；
第一步：已知时钟频率为f，所述均匀补偿算法的排布矩阵的行数为2n；将排布矩阵列数R+1，并将所述时钟频率f与所述排布矩阵列数R+1相减，判断余数是否小于2n，如果余数小于2n，获得列数为R，并结束计算R，否则继续重复第一步的动作，直到结束计算；
第二步：计算向量Col[0:2n-1]，将矩阵某行的第一个编号连续加R个2n，如果结果大于时钟频率，那么该行最后一列有效，对应向量C的元素置1，否则无效，置0；
第三步：计算矩阵第i行的补偿个数G[i]，最大不超过矩阵列数R，从矩阵第一行开始，逐个填补，直到所有余数全部填补完成为止；向量C某i个元素为1，代表第i行能够填补R个，即G[i]＝R；否则能够填补R-1个，即G[i]＝R-1，如果剩余的误差个数r不够填完i行，那么将剩余的数依次填补到i行的前面几个即可，即G[i]＝r；
第四步：利用所述第一步至第三步完成一个大周期的循环输出，实现相噪及时补偿、输出频率稳定的波形。
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