CN113556201A - 一种基于差拍数字化频率测量的多参考钟切换装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种基于差拍数字化频率测量的多参考钟切换装置，所述装置包括：n+1个混频器、模数转换器、计算机、数模转换器、压控晶振和数字频率信号合成器；本发明直接基于差拍数字化频率测量技术获取每个原子钟通道的数字差拍信号，基于计算机选取最稳定的数字差拍信号作为主用参考信号，通过主用参考信号和反馈信号的差值直接对压控晶振进行调整，无需任何的切换开关，克服了因脉冲或频率转换开关存在切换时延造成的输出中断的技术缺陷，并简化了切换装置的结构，降低现有的主钟切换系统的复杂性。而且实现了压控晶振的输出仅与输入设备中最稳定的信号有关，不受其他信号的影响，提高了输出信号的频率稳定度。

Description

一种基于差拍数字化频率测量的多参考钟切换装置及方法

技术领域

本发明涉及通信时钟切换技术领域，特别是涉及一种基于差拍数字化频率测量的多参考钟切换装置及方法。

背景技术

如图1所示，现有的主钟切换方法主要工作原理是建立主用和备用两套结构完全相同的设备，由至少两台原子钟、相位微调仪、时间间隔计数器、脉冲转换开关和频率转换开关组成，主用和备用信号分别经相位微调仪后同时接入时间间隔计数器设备和转换开关，由转换开关的输出最终使用信号。其中时间间隔计数器用于实时监视主用和备用信号的时差，时差值反馈给备份主钟对应的相位微调仪，调节备用信号，使其与主用信号的相位差和频率差保持在一定阈值范围内，当主用信号被检测到异常时，使用转换开关设备切换输出到备用设备上，尽可能保持输出信号的连续性。具体如下技术缺陷：

主备信号切换发生时，输出信号因脉冲或频率转换开关存在切换时延，输出存在约0.1ns(该值与转换开关性能有关，当前典型设备的性能为0.1ns)的中断；

受时间间隔计数器测量分辨率和备路信号控制策略影响，主备信号之间存在亚纳秒量级的时差，切换将导致亚纳秒的相位跳变；

系统除了作为输入的原子钟(主钟或备份主钟)外，须由两台相位微调仪、时间间隔计数器、转换开关和工控机等至少五台设备组成，系统复杂度较本发明更高，系统越复杂，可靠性越难保障，且成本更高。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于差拍数字化频率测量的多参考钟切换装置及方法，以克服因脉冲或频率转换开关存在切换时延造成的输出中断的技术缺陷，提高输出信号的频率稳定度，并简化切换装置的结构，降低现有的主钟切换系统的复杂性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种基于差拍数字化频率测量的多参考钟切换装置，所述装置包括：n+1个混频器、模数转换器、计算机、数模转换器、压控晶振和数字频率信号合成器；

前n个所述混频器的第一输入端分别与n个原子钟连接，第n+1个所述混频器的第一输入端与压控晶振的信号输出端连接；

n+1个所述混频器的第二输入端分别与所述数字频率信号合成器的输出端连接，n+1个所述混频器的输出端分别与所述模数转换器的输入端连接，所述模数转换器的输出端与所述计算机的输入端连接，所述计算机的输出端与所述数模转换器的输入端连接，所述数模转换器的输出端与所述压控晶振的驱动端连接；

所述计算机用于确定模数转换器输出的前n个通道的数字差拍信号中的最稳定的数字差拍信号作为当前调整周期的主用参考信号，并根据当前调整周期的主用参考信号和第n+1个通道的数字差拍信号生成当前调整周期的频率调整量，输出给所述数模转换器，以产生所述压控晶振的驱动信号。

一种基于差拍数字化频率测量的多参考钟切换方法，所述方法包括如下步骤：

获取n个原子钟输出的频率信号与数字频率信号合成器输出的参考信号混频，并经模数转换器转换后输出的前n个通道的数字差拍信号，作为n个输入信号；

获取压控晶振的输出信号与数字频率信号合成器输出的参考信号混频，并经模数转换器转换后输出的第n+1个通道的数字差拍信号，作为反馈信号；

确定n个所述输入信号中的最稳定的输入信号作为当前调整周期的主用参考信号；

计算当前调整周期的主用参考信号与所述反馈信号之间的相对频率差值作为当前调整周期的频率调整量；

根据所述频率调整量对压控晶振进行控制。

可选的，所述确定n个所述输入信号中的最稳定的输入信号作为当前调整周期的主用参考信号，具体包括：

计算任意两个输入信号之间的第一相对频率稳定度和第二相对频率稳定度；所述第一相对频率稳定度为第一预设周期的相对频率稳定度，所述第二相对频率稳定度为第二预设周期的相对频率稳定度；当所述第二预设周期未到达时，将所述第二相对频率稳定度设置为0；

分别根据任意两个输入信号之间的第一相对频率稳定度和第二相对频率稳定度，采用三角帽法计算每个输入信号的频率稳定度，得到每个输入信号的第一频率稳定度和第二频率稳定度；当所述第二预设周期未到达时，将所述第二频率稳定度设置为0；

根据每个输入信号的第一频率稳定度和第二频率稳定度，选取最稳定的输入信号作为当前调整周期的主用参考信号。

可选的，所述根据每个输入信号的第一频率稳定度和第二频率稳定度，选取最稳定的输入信号作为当前调整周期的主用参考信号，具体包括：

判断每个输入信号的第二频率稳定度是否均为0，获得第一判断结果；

若所述第一判断结果表示是，选取第一频率稳定度最小的输入信号作为当前调整周期的主用参考信号；

若所述判断结果表示否，则选取第二频率稳定度最小的输入信号作为当前调整周期的主用参考信号。

可选的，所述计算当前调整周期的主用参考信号与所述反馈信号之间的相对频率差值作为当前调整周期的频率调整量，之后还包括：

判断当前调整周期的主用参考信号的通道是否与上一个调整周期的主用参考信号的通道相同，获得第二判断结果；

若所述第二判断结果表示否，则计算当前调整周期的频率调整量与上一个调整周期的频率调整量的差值是否小于调整量变化阈值，获得第三判断结果；

若所述第三判断结果表示否，则采用衰减因子调整当前调整周期的频率调整量。

可选的，所述确定n个所述输入信号中的最稳定的输入信号作为当前调整周期的主用参考信号，具体包括：

分别将每个所述输入信号中的当前采样时刻的输入信号参数值与上一个采样时刻的输入信号参数值的差值，作为每个输入信号的变化量；每个调整周期内包含多个采样时刻，每个所述输入信号均包括一个调整周期内的不同采样时刻的输入信号参数值；

分别将每个输入信号的变化量与信号稳定性阈值进行比较，获取变化量小于所述信号稳定性阈值的输入信号，组成参考信号序列；

判断所述参考信号序列中是否包含上一个调整周期的主用参考信号所在通道的输入信号，获得第四判断结果；

若所述第四判断结果表示是，则将上一个调整周期的主用参考信号所在通道的输入信号确定为当前调整周期的主用参考信号；

若所述第四判断结果表示否，则判断所述参考信号序列是否为空，获得第五判断结果；

若所述第五判断结果表示否，则将所述参考信号序列中的输入信号作为主用参考信号；

若所述第五判断结果表示是，则选取n个所述输入信号中变化量最小的输入信号作为主用参考信号。

一种基于差拍数字化频率测量的多参考钟切换系统，所述系统包括：

输入信号获取模块，用于获取n个原子钟输出的频率信号与数字频率信号合成器输出的参考信号混频，并经模数转换器转换后输出的前n个通道的数字差拍信号，作为n个输入信号；

反馈信号获取模块，用于获取压控晶振的输出信号与数字频率信号合成器输出的参考信号混频，并经模数转换器转换后输出的第n+1个通道的数字差拍信号，作为反馈信号；

主用参考信号确定模块，用于确定n个所述输入信号中的最稳定的输入信号作为当前调整周期的主用参考信号；

频率调整量计算模块，用于计算当前调整周期的主用参考信号与所述反馈信号之间的相对频率差值作为当前调整周期的频率调整量；

控制模块，用于根据所述频率调整量对压控晶振进行控制。

可选的，所述主用参考信号确定模块，具体包括：

相对频率稳定度计算子模块，用于计算任意两个输入信号之间的第一相对频率稳定度和第二相对频率稳定度；所述第一相对频率稳定度为第一预设周期的相对频率稳定度，所述第二相对频率稳定度为第二预设周期的相对频率稳定度；当所述第二预设周期未到达时，将所述第二相对频率稳定度设置为0；

频率稳定度计算子模块，用于分别根据任意两个输入信号之间的第一相对频率稳定度和第二相对频率稳定度，采用三角帽法计算每个输入信号的频率稳定度，得到每个输入信号的第一频率稳定度和第二频率稳定度；当所述第二预设周期未到达时，将所述第二频率稳定度设置为0；

主用参考信号确定子模块，用于根据每个输入信号的第一频率稳定度和第二频率稳定度，选取最稳定的输入信号作为当前调整周期的主用参考信号；

可选的，所述主用参考信号确定子模块，具体包括：

第一判断单元，用于判断每个输入信号的第二频率稳定度是否均为0，获得第一判断结果；

第一主用参考信号选取单元，用于若所述第一判断结果表示是，选取第一频率稳定度最小的输入信号作为当前调整周期的主用参考信号；

第二主用参考信号选取单元，用于若所述判断结果表示否，则选取第二频率稳定度最小的输入信号作为当前调整周期的主用参考信号。

可选的，所述系统还包括：

第二判断模块，用于判断当前调整周期的主用参考信号的通道是否与上一个调整周期的主用参考信号的通道相同，获得第二判断结果；

第三判断模块，用于若所述第二判断结果表示否，则计算当前调整周期的频率调整量与上一个调整周期的频率调整量的差值是否小于调整量变化阈值，获得第三判断结果；

频率调整量调整模块，用于若所述第三判断结果表示否，则采用衰减因子调整当前调整周期的频率调整量。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明公开了一种基于差拍数字化频率测量的多参考钟切换装置，所述装置包括：n+1个混频器、模数转换器、计算机、数模转换器、压控晶振和数字频率信号合成器；本发明直接基于差拍数字化频率测量技术获取每个原子钟通道的数字差拍信号，基于计算机选取最稳定的数字差拍信号作为主用参考信号，通过主用参考信号和反馈信号的差值直接对压控晶振进行调整，无需任何的切换开关，克服了因脉冲或频率转换开关存在切换时延造成的输出中断的技术缺陷，并简化了切换装置的结构，降低现有的主钟切换系统的复杂性。而且实现了任意原子钟输出频率信号发生异常，均不会直接影响压控晶振的输出，压控晶振的输出仅与输入设备中最稳定的信号有关，提高了输出信号的频率稳定度。

本发明因为数字相关技术能实现优于E-14量级的高分辨率测量，及时分辨输入信号的异常。

而且本发明通过基于衰减因子对计算得到的频率调整量进行调整，使对输出的频率调整量小于信号频率稳定度一个量级，进一步确保输出信号的频率稳定度和相位连续。

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为本发明提供的现有的主钟切换装置的结构示意图；

图2为本发明提供的一种基于差拍数字化频率测量的多参考钟切换装置的结构图；

图3为本发明提供的一种基于差拍数字化频率测量的多参考钟切换方法的流程图。

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。

本发明的目的是提供一种基于差拍数字化频率测量的多参考钟切换装置及方法，以克服因脉冲或频率转换开关存在切换时延造成的输出中断的技术缺陷，提高输出信号的频率稳定度，并简化切换装置的结构，降低现有的主钟切换系统的复杂性。

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

如图2所示，本发明提供一种基于差拍数字化频率测量的多参考钟切换装置，所述装置包括：n+1个混频器、模数转换器、计算机、数模转换器、压控晶振和数字频率信号合成器；前n个所述混频器的第一输入端分别与n个原子钟连接，第n+1个所述混频器的第一输入端与压控晶振的信号输出端连接；n+1个所述混频器的第二输入端分别与所述数字频率信号合成器的输出端连接，n+1个所述混频器的输出端分别与所述模数转换器的输入端连接，所述模数转换器的输出端与所述计算机的输入端连接，所述计算机的输出端与所述数模转换器的输入端连接，所述数模转换器的输出端与所述压控晶振的驱动端连接；所述计算机用于确定模数转换器输出的前n个通道的数字差拍信号中的最稳定的数字差拍信号作为当前调整周期的主用参考信号，并根据当前调整周期的主用参考信号和第n+1个通道的数字差拍信号生成当前调整周期的频率调整量，输出给所述数模转换器，以产生所述压控晶振的驱动信号。

本发明的装置的主要功能包括混频、模数转换、基于数字相关技术的相对频差测量、频率稳定度计算和依据频率稳定度生成参考信号优先级排序，并剔除不符合要求的信号，确定主用参考信号，根据主用参考信号与输出信号的频率差，生成对压控晶振的频率调整量，控制压控晶振的输出，最终控制压控晶振输出稳定、可靠的频率信号。

实施例2

如图3所示，本发明还提供一种基于差拍数字化频率测量的多参考钟切换方法，所述方法包括如下步骤：

步骤301，获取n个原子钟输出的频率信号与数字频率信号合成器输出的参考信号混频，并经模数转换器转换后输出的前n个通道的数字差拍信号，作为n个输入信号。

将不少于两台的具有同等量级频率秒级稳定度的原子钟输出的频率信号，分别与一个数字频率合成器输出的信号通过乘法器混频，混频输出的信号经低通滤波器滤除高频分量，输出频率为1～1kHz的差拍频率信号。其中数字频率合成器的参考信号来自压控晶振最终输出的频率信号。并使用模数转换器将差拍频率信号转换为数字差拍信号，输入计算机处理。

步骤302，获取压控晶振的输出信号与数字频率信号合成器输出的参考信号混频，并经模数转换器转换后输出的第n+1个通道的数字差拍信号，作为反馈信号。

步骤303，确定n个所述输入信号中的最稳定的输入信号作为当前调整周期的主用参考信号。

当n大于2时：

步骤303所述确定n个所述输入信号中的最稳定的输入信号作为当前调整周期的主用参考信号，具体包括：

步骤3031，计算任意两个输入信号之间的第一相对频率稳定度和第二相对频率稳定度；所述第一相对频率稳定度为第一预设周期的相对频率稳定度，所述第二相对频率稳定度为第二预设周期的相对频率稳定度；当所述第二预设周期未到达时，将所述第二相对频率稳定度设置为0。第一预设周期和第二预设周期分别为1s和10000s。

计算机使用数字相关技术，按每秒一个周期处理数字差拍信号，计算出任意两路信号间的相对频率差值或相位差值。根据任意两通道间的相对频率差值或相位差值，使用Allan方差工具，计算各输入通道信号在周期为1s和10000s的相对频率稳定度。

步骤3032，分别根据任意两个输入信号之间的第一相对频率稳定度和第二相对频率稳定度，采用三角帽法计算每个输入信号的频率稳定度，得到每个输入信号的第一频率稳定度和第二频率稳定度。当所述第二预设周期未到达时，将所述第二频率稳定度设置为0。

当原子钟数量大于等于三台时，采用三角帽法，计算各输入信号的频率稳定度，三角帽法计算过程如下：

假定有三台原子钟的输出信号作为本发明的输入信号，分别用a，b，和c表示，步骤3031计算得出的三个信号两两比对的频率稳定度结果(相对频率稳定度)。

则各输入信号的频率稳定度可以用下式计算：

步骤3033，根据每个输入信号的第一频率稳定度和第二频率稳定度，选取最稳定的输入信号作为当前调整周期的主用参考信号。

步骤3033所述根据每个输入信号的第一频率稳定度和第二频率稳定度，选取最稳定的输入信号作为当前调整周期的主用参考信号，具体包括：

默认依据以周期10000s频率稳定度值(当无周期10000s频率稳定度值时，以周期为1s的频率稳定度排序)从小到大，对各输入信号优先级排序。

默认以周期10000s的最小频率稳定度值为基准(当无周期10000s频率稳定度值时，以周期为1s的频率稳定度排序)，若存在超过该值10倍的频率稳定度值，判定该值对应的通道信号存在稳定度异常问题，淘汰出参考信号序列，否则该通道继续保留。

当无周期为10000s的相对频率稳定度值可用时，使用周期为1s的相对频率稳定度最小值作为主用参考信号；当周期为10000s的相对频率稳定度值可用时，以周期为10000s相对频率稳定度最小通道的信号为主用参考信号。具体步骤如下：

判断每个输入信号的第二频率稳定度是否均为0，获得第一判断结果。

若所述第一判断结果表示是，选取第一频率稳定度最小的输入信号作为当前调整周期的主用参考信号。

若所述判断结果表示否，则选取第二频率稳定度最小的输入信号作为当前调整周期的主用参考信号。

当n等于2时：

当原子钟数量为两台时，三角帽法不再适用，仅能算出两个信号间的相对频差，以及相对频率稳定度值，此时可以使用差拍频率信号辅助判断两个输入信号是否完好，判断准则为各差拍频率信号的值相对于上一时刻的变化量若超过该值历史数据均值(均值计算范围不少于10个数值)的n倍，则判断为异常，其中n的取值为经验值，与仪器内部数字频率合成器的性能有关，默认值为3倍，若判决其中一台为异常，则使用另一台作主钟；若两台均完好，则默认不改变原有主钟选择，当前无主钟时则比较两个差拍信号值分别相对自己上一时刻的差拍信号值，以变化量小的值作为主钟。

步骤303所述确定n个所述输入信号中的最稳定的输入信号作为当前调整周期的主用参考信号，具体包括：

分别将每个所述输入信号中的当前采样时刻的输入信号参数值与上一个采样时刻的输入信号参数值的差值，作为每个输入信号的变化量；每个调整周期内包含多个采样时刻，每个所述输入信号均包括一个调整周期内的不同采样时刻的输入信号参数值；

分别将每个输入信号的变化量与信号稳定性阈值进行比较，获取变化量小于所述信号稳定性阈值的输入信号，组成参考信号序列；

判断所述参考信号序列中是否包含上一个调整周期的主用参考信号所在通道的输入信号，获得第四判断结果；

若所述第四判断结果表示是，则将上一个调整周期的主用参考信号所在通道的输入信号确定为当前调整周期的主用参考信号；

若所述第四判断结果表示否，则判断所述参考信号序列是否为空，获得第五判断结果；

若所述第五判断结果表示否，则将所述参考信号序列中的输入信号作为主用参考信号；

若所述第五判断结果表示是，则选取n个所述输入信号中变化量最小的输入信号作为主用参考信号。

步骤304，计算当前调整周期的主用参考信号与所述反馈信号之间的相对频率差值作为当前调整周期的频率调整量。

若主用参考信号的通道编号与上次相同，使用所述主用参考信号与输出信号的相对频差值，控制末级压控晶振的输出信号，使输出锁定到主用参考信号；若主用参考信号通道编号发生变化，表明发生自主切换事件，首先对比本次相对频差值与上一组相对频差值之差，若差值与该值历史数据均值(均值计算范围不少于10个数值)相比，超过2倍，则使用不小于2的衰减因子衰减相对频差值(衰减因子取值原则是使频率调整量低于频率稳定度一个量级)后输出，控制末级压控晶振的输出信号，否则直接使用新的主用参考信号与输出信号的频差测量值，控制输出信号频率。

具体的，步骤304所述计算当前调整周期的主用参考信号与所述反馈信号之间的相对频率差值作为当前调整周期的频率调整量，之后还包括：判断当前调整周期的主用参考信号的通道是否与上一个调整周期的主用参考信号的通道相同，获得第二判断结果；若所述第二判断结果表示否，则计算当前调整周期的频率调整量与上一个调整周期的频率调整量的差值是否小于调整量变化阈值，获得第三判断结果；若所述第三判断结果表示否，则采用衰减因子调整当前调整周期的频率调整量。

步骤305，根据所述频率调整量对压控晶振进行控制。

实施例3

本发明还提供一种基于差拍数字化频率测量的多参考钟切换系统，所述系统包括：

输入信号获取模块，用于获取n个原子钟输出的频率信号与数字频率信号合成器输出的参考信号混频，并经模数转换器转换后输出的前n个通道的数字差拍信号，作为n个输入信号。

反馈信号获取模块，用于获取压控晶振的输出信号与数字频率信号合成器输出的参考信号混频，并经模数转换器转换后输出的第n+1个通道的数字差拍信号，作为反馈信号。

主用参考信号确定模块，用于确定n个所述输入信号中的最稳定的输入信号作为当前调整周期的主用参考信号。

其中，所述主用参考信号确定模块，具体包括：相对频率稳定度计算子模块，用于计算任意两个输入信号之间的第一相对频率稳定度和第二相对频率稳定度；所述第一相对频率稳定度为第一预设周期的相对频率稳定度，所述第二相对频率稳定度为第二预设周期的相对频率稳定度；当所述第二预设周期未到达时，将所述第二相对频率稳定度设置为0；频率稳定度计算子模块，用于分别根据任意两个输入信号之间的第一相对频率稳定度和第二相对频率稳定度，采用三角帽法计算每个输入信号的频率稳定度，得到每个输入信号的第一频率稳定度和第二频率稳定度；当所述第二预设周期未到达时，将所述第二频率稳定度设置为0；主用参考信号确定子模块，用于根据每个输入信号的第一频率稳定度和第二频率稳定度，选取最稳定的输入信号作为当前调整周期的主用参考信号。

所述主用参考信号确定子模块，具体包括：第一判断单元，用于判断每个输入信号的第二频率稳定度是否均为0，获得第一判断结果；第一主用参考信号选取单元，用于若所述第一判断结果表示是，选取第一频率稳定度最小的输入信号作为当前调整周期的主用参考信号；第二主用参考信号选取单元，用于若所述判断结果表示否，则选取第二频率稳定度最小的输入信号作为当前调整周期的主用参考信号。

频率调整量计算模块，用于计算当前调整周期的主用参考信号与所述反馈信号之间的相对频率差值作为当前调整周期的频率调整量。

控制模块，用于根据所述频率调整量对压控晶振进行控制。

所述系统还包括：第二判断模块，用于判断当前调整周期的主用参考信号的通道是否与上一个调整周期的主用参考信号的通道相同，获得第二判断结果；第三判断模块，用于若所述第二判断结果表示否，则计算当前调整周期的频率调整量与上一个调整周期的频率调整量的差值是否小于调整量变化阈值，获得第三判断结果；频率调整量调整模块，用于若所述第三判断结果表示否，则采用衰减因子调整当前调整周期的频率调整量。

本发明的主要工作原理是利用高分辨率的差拍数字化频率测量技术，实时监测各输入信号的相对频差、相位差，然后根据三角帽方法计算出各输入信号的频率稳定度，用于判断信号各输入信号的完好性，以及支撑选择最优的输入信号作为主用参考信号，使用主用参考信号与输出信号的频差控制最终输出信号的压控晶振，使输出信号与各输入信号形成闭合环路，输出一方面跟踪输入信号，又不仅限于跟踪一路输入信号，若实时测试结果监测到主用参考信号发生频率或相位跳变，通过更新频差控制值切换到跟踪其它输入信号，因此即使输入信号发生故障，输出依然连续、稳定，本发明专利相对于已有常规技术的优势包括三方面，

主备切换时，输出信号平稳过渡，无频率或相位跳变。已有技术主备信号之间的相位差受比相设备、备用信号的控制策略影响，存在约亚纳秒量级的相位差，当异常发生时，切换会导致百皮秒量级的相位跳变，不能满足更高精度的应用需求；本发明末级输出跟踪的参考信号根据实时测量结果动态匹配，任意一路信号异常不影响输出，不会发生输出信号跳变问题；

输出信号连续，无中断。已有技术因需要使用切换开关，尽管开关时间已经缩短到0.1ns，但是仍然存在0.1ns间隔的信号缺失。本发明末级输出为晶振，通过锁相环跟踪到输入中最稳定的参考信号，参考信号即使中断也不影响信号连续输出，不会发生输出信号中断的问题；

系统组成更简洁，可靠性高，成本更低。已有技术设备组成包括两台信号相位微调设备、切换开关(切换频率信号)、比相仪，系统复杂，成本高，且设备越多，可靠性越低；本发明仅需要一台设备即可实现上述设备组合实现的全部功能，简化了设备组成。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种基于差拍数字化频率测量的多参考钟切换装置，其特征在于，所述装置包括：n+1个混频器、模数转换器、计算机、数模转换器、压控晶振和数字频率信号合成器；

前n个所述混频器的第一输入端分别与n个原子钟连接，第n+1个所述混频器的第一输入端与压控晶振的信号输出端连接；

n+1个所述混频器的第二输入端分别与所述数字频率信号合成器的输出端连接，n+1个所述混频器的输出端分别与所述模数转换器的输入端连接，所述模数转换器的输出端与所述计算机的输入端连接，所述计算机的输出端与所述数模转换器的输入端连接，所述数模转换器的输出端与所述压控晶振的驱动端连接；

所述计算机用于确定模数转换器输出的前n个通道的数字差拍信号中的最稳定的数字差拍信号作为当前调整周期的主用参考信号，并根据当前调整周期的主用参考信号和第n+1个通道的数字差拍信号生成当前调整周期的频率调整量，输出给所述数模转换器，以产生所述压控晶振的驱动信号。

2.一种基于差拍数字化频率测量的多参考钟切换方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1所述的装置，所述方法包括如下步骤：

获取n个原子钟输出的频率信号与数字频率信号合成器输出的参考信号混频，并经模数转换器转换后输出的前n个通道的数字差拍信号，作为n个输入信号；

获取压控晶振的输出信号与数字频率信号合成器输出的参考信号混频，并经模数转换器转换后输出的第n+1个通道的数字差拍信号，作为反馈信号；

确定n个所述输入信号中的最稳定的输入信号作为当前调整周期的主用参考信号；

计算当前调整周期的主用参考信号与所述反馈信号之间的相对频率差值作为当前调整周期的频率调整量；

根据所述频率调整量对压控晶振进行控制。

3.根据权利要求1所述的基于差拍数字化频率测量的多参考钟切换方法，其特征在于，所述确定n个所述输入信号中的最稳定的输入信号作为当前调整周期的主用参考信号，具体包括：

计算任意两个输入信号之间的第一相对频率稳定度和第二相对频率稳定度；所述第一相对频率稳定度为第一预设周期的相对频率稳定度，所述第二相对频率稳定度为第二预设周期的相对频率稳定度；当所述第二预设周期未到达时，将所述第二频率稳定度设置为0；

分别根据任意两个输入信号之间的第一相对频率稳定度和第二相对频率稳定度，采用三角帽法计算每个输入信号的频率稳定度，得到每个输入信号的第一频率稳定度和第二频率稳定度；当所述第二预设周期未到达时，将所述第二频率稳定度设置为0；

根据每个输入信号的第一频率稳定度和第二频率稳定度，选取最稳定的输入信号作为当前调整周期的主用参考信号。

4.根据权利要求3所述的基于差拍数字化频率测量的多参考钟切换方法，其特征在于，所述根据每个输入信号的第一频率稳定度和第二频率稳定度，选取最稳定的输入信号作为当前调整周期的主用参考信号，具体包括：

判断每个输入信号的第二频率稳定度是否均为0，获得第一判断结果；

若所述第一判断结果表示是，则选取第一频率稳定度最小的输入信号作为当前调整周期的主用参考信号；

若所述第一判断结果表示否，则选取第二频率稳定度最小的输入信号作为当前调整周期的主用参考信号。

5.根据权利要求2所述的基于差拍数字化频率测量的多参考钟切换方法，其特征在于，所述计算当前调整周期的主用参考信号与所述反馈信号之间的相对频率差值作为当前调整周期的频率调整量，之后还包括：

判断当前调整周期的主用参考信号的通道是否与上一个调整周期的主用参考信号的通道相同，获得第二判断结果；

若所述第二判断结果表示否，则计算当前调整周期的频率调整量与上一个调整周期的频率调整量的差值是否小于调整量变化阈值，获得第三判断结果；

若所述第三判断结果表示否，则采用衰减因子调整当前调整周期的频率调整量。

6.根据权利要求2所述的基于差拍数字化频率测量的多参考钟切换方法，其特征在于，所述确定n个所述输入信号中的最稳定的输入信号作为当前调整周期的主用参考信号，具体包括：

分别将每个所述输入信号中的当前采样时刻的输入信号参数值与上一个采样时刻的输入信号参数值的差值，作为每个输入信号的变化量；每个调整周期内包含多个采样时刻，每个所述输入信号均包括一个调整周期内的不同采样时刻的输入信号参数值；

分别将每个输入信号的变化量与信号稳定性阈值进行比较，获取变化量小于所述信号稳定性阈值的输入信号，组成参考信号序列；

判断所述参考信号序列中是否包含上一个调整周期的主用参考信号所在通道的输入信号，获得第四判断结果；

若所述第四判断结果表示是，则将上一个调整周期的主用参考信号所在通道的输入信号确定为当前调整周期的主用参考信号；

若所述第四判断结果表示否，则判断所述参考信号序列是否为空，获得第五判断结果；

若所述第五判断结果表示否，则将所述参考信号序列中的输入信号作为主用参考信号；

若所述第五判断结果表示是，则选取n个所述输入信号中变化量最小的输入信号作为主用参考信号。

7.一种基于差拍数字化频率测量的多参考钟切换系统，其特征在于，所述系统包括：

输入信号获取模块，用于获取n个原子钟输出的频率信号与数字频率信号合成器输出的参考信号混频，并经模数转换器转换后输出的前n个通道的数字差拍信号，作为n个输入信号；

反馈信号获取模块，用于获取压控晶振的输出信号与数字频率信号合成器输出的参考信号混频，并经模数转换器转换后输出的第n+1个通道的数字差拍信号，作为反馈信号；

主用参考信号确定模块，用于确定n个所述输入信号中的最稳定的输入信号作为当前调整周期的主用参考信号；

频率调整量计算模块，用于计算当前调整周期的主用参考信号与所述反馈信号之间的相对频率差值作为当前调整周期的频率调整量；

控制模块，用于根据所述频率调整量对压控晶振进行控制。

8.根据权利要求7所述的基于差拍数字化频率测量的多参考钟切换系统，其特征在于，所述主用参考信号确定模块，具体包括：

相对频率稳定度计算子模块，用于计算任意两个输入信号之间的第一相对频率稳定度和第二相对频率稳定度；所述第一相对频率稳定度为第一预设周期的相对频率稳定度，所述第二相对频率稳定度为第二预设周期的相对频率稳定度；当所述第二预设周期未到达时，将所述第二相对频率稳定度设置为0；

频率稳定度计算子模块，用于分别根据任意两个输入信号之间的第一相对频率稳定度和第二相对频率稳定度，采用三角帽法计算每个输入信号的频率稳定度，得到每个输入信号的第一频率稳定度和第二频率稳定度；当所述第二预设周期未到达时，将所述第二频率稳定度设置为0；

主用参考信号确定子模块，用于根据每个输入信号的第一频率稳定度和第二频率稳定度，选取最稳定的输入信号作为当前调整周期的主用参考信号。

9.根据权利要求8所述的基于差拍数字化频率测量的多参考钟切换系统，其特征在于，所述主用参考信号确定子模块，具体包括：

第一判断单元，用于判断每个输入信号的第二频率稳定度是否均为0，获得第一判断结果；

第一主用参考信号选取单元，用于若所述第一判断结果表示是，选取第一频率稳定度最小的输入信号作为当前调整周期的主用参考信号；

第二主用参考信号选取单元，用于若所述判断结果表示否，则选取第二频率稳定度最小的输入信号作为当前调整周期的主用参考信号。

10.根据权利要求8所述的基于差拍数字化频率测量的多参考钟切换系统，其特征在于，所述系统还包括：

第二判断模块，用于判断当前调整周期的主用参考信号的通道是否与上一个调整周期的主用参考信号的通道相同，获得第二判断结果；

第三判断模块，用于若所述第二判断结果表示否，则计算当前调整周期的频率调整量与上一个调整周期的频率调整量的差值是否小于调整量变化阈值，获得第三判断结果；

频率调整量调整模块，用于若所述第三判断结果表示否，则采用衰减因子调整当前调整周期的频率调整量。

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