CN113810248B - 一种面向分布式时频链路信号同步性能的测试与评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种面向分布式时频链路信号同步性能的测试与评估方法，属于分布式时频系统技术领域。本发明针对传输距离较近的分布式时频系统信号同步性能的测试与评估不好实现的问题，利用具有高精度时间保持能力的时频信号测试装置，采用一种针对中心节点和分布式节点1pps信号、10MHz信号、10.23MHz信号连续测试的方法，经算法设计和计算，可有效实现分布式时频链路各分节点相互之间的1pps信号、10MHz信号、10.23MHz信号同步性能的测试与评估,可有效实现分布式时频链路各分节点与中心节点之间的1pps信号、10MHz信号、10.23MHz信号同步性能的测试与评估。

Description

一种面向分布式时频链路信号同步性能的测试与评估方法

技术领域

本发明涉及分布式时频系统技术领域，特别是指一种面向分布式时频链路信号同步性能的测试与评估方法。

背景技术

分布式时间频率系统在卫星导航、航天测控、雷达组网、天文观测等诸多领域应用广泛，在这些应用领域，往往需要实现多节点的高精度时间频率信号的同步，常见的时间频率信号由中心节点传递到末节点的方法有：

1)低损耗射频电缆直接传输法：适用于短距离时间频率信号的传输，一般传输距离不超过100米。在电缆埋设前需要对连接到各个分布式节点的射频电缆进行信号的配相处理，由于距离较近，因此在保证射频电缆埋设后传输信号的相位变化很小，在这种短距离的应用场合下各个分布式节点的时间频率信号同步精度相对较高，但外界温度的变化、链路的老化的引起的链路时延的漂移难以监测和评估，且一旦链路维修或链路器部件替换后链路时延的变化难以测量。

2)光纤双向时间频率传递法：适用于从100米到几十公里，甚至上百公里的时间频率信号的传递，但随着距离的增加，分布式末节点的时间频率信号的同步精度难以保证，往往需要利用卫星双向时间频率传递法或GNSS共视时间频率传递法类比评测。

3)卫星双向时间频率传递法：适用于从几公里到几百公里，甚至上千公里的时间频率信号的传递，但随着距离的增加，分布式末节点的时间频率信号的同步精度难以保证，往往需要多套卫星双向时间频率传递设备互比，或采用GNSS共视时间频率传递法类比评测。

4)GNSS共视时间频率传递法：适用于从几公里到几百公里，甚至上千公里的时间频率信号的传递，但随着距离的增加，分布式末节点的时间频率信号的同步精度难以保证，往往需要多套GNSS共视时间频率传递设备互比，或采用卫星双向时间频率传递法评测。

综上，各种时间频率传递方法均可实现高精度时间频率信号的分布式传递，但其各个分节点相互之间以及各个分节点相对于中心节点的1pps信号、10MHz信号、10.23MHz信号的同步性能的精确评测较为困难，往往只能采用同一体制的多套设备互比或采用不同体制类比测试，难以消除测试方法存在的系统误差和共模误差。

发明内容

有鉴于此，本发明针对传输距离较近(3000米之内)的分布式时频系统信号同步性能的测试与评估不好实现的问题，提供一种面向分布式时频链路信号同步性能的测试与评估方法，该方法可实现分布式时频链路各分节点相互之间同步性能以及各个分节点相对于中心节点信号同步性能的测试与评估。

本发明的目的是这样实现的：

一种面向分布式时频链路信号同步性能的测试与评估方法，包括以下步骤：

①构建时频信号测试装置，所述测试装置具有高精度1pps信号输出,具有高精度时间保持能力，并具有1pps信号、10MHz信号、10.23MHz信号之间的同步性能测试能力；

②于t₀时刻在中心节点测量中心节点输出1pps信号相对于测试装置输出1pps信号的时差为T₀，并测量中心节点自身输出的10MHz信号正向过零点相对于中心节点输出1pps信号的时差为T_0,10MHz-1pps，测量中心节点自身输出的10.23MHz信号正向过零点相对于中心节点输出1pps信号的时差为T_{0,10.23MHz-1pps}；

③于t_n时刻在n节点测量n节点输出1pps信号相对于测试装置输出1pps信号的时差为T_n，1≤n≤N；测量n节点自身输出的10MHz信号正向过零点相对于n节点输出1pps信号的时差为T_n,10MHz-1pps，测量n节点自身输出的10.23MHz信号正向过零点相对于n节点输出1pps信号的时差为T_{n,10.23MHz-1pps}；

④重复步骤③，直到完成对所有分节点的测量，共计完成对N个节点的测量；

⑤于时刻在中心节点测量中心节点输出1pps信号相对于测试装置输出1pps信号的时差为/>

⑥基于步骤②-⑤的测量值，计算任意两个分节点之间的1pps信号的同步精度ΔT_1pps,j-i，计算任意两个分节点之间的10MHz信号的同步精度ΔT_10MHz,j-i，并计算任意两个分节点之间的10.23MHz信号的同步精度ΔT_10.23MHz,j-i；

⑦基于步骤②-⑤的测量值，计算任意一个分节点与中心节点之间的1pps信号的同步精度ΔT_1pps,k-0，计算任意一个分节点与中心节点之间的10MHz信号的同步精度ΔT_10MHz,k-0，并计算任意一个分节点与中心节点之间的10.23MHz信号的同步精度ΔT_10.23MHz,k-0；

⑧基于步骤⑥的结果，评估所有分节点之间的1pps信号的同步特性σ_1pps,评估所有分节点相互之间的10MHz信号的同步特性σ_10MHz，并评估所有分节点之间的10.23MHz信号的同步特性σ_10.23MHz；

⑨基于步骤⑦的结果，评估所有分节点相对于中心节点1pps信号的同步特性σ₁′_pps，评估所有分节点相对于中心节点10MHz信号的同步特性σ₁′_0MHz，并评估所有分节点相对于中心节点10.23MHz信号的同步特性σ₁′_0.23MHz。

进一步的，步骤⑥具体包括以下步骤：

(601)设任意两个分节点为第i节点和第j节点，1≤i≤j≤N，则第i节点1pps信号与第j节点1pps信号的同步精度为：

(602)第i节点10MHz信号与第j节点10MHz信号的同步精度为：

ΔT_10MHz,j-i＝ΔT_1pps,j-i+(T_j,10MHz-1pps-T_i,10MHz-1pps)

(603)第i节点10.23MHz信号与第j节点10.23MHz信号的同步精度为：

ΔT_10.23MHz,j-i＝ΔT_1pps,j-i+(T_{j,10.23MHz-1pps}-T_{i,10.23MHz-1pps})。

进一步的，步骤⑦具体包括以下步骤：

(701)设任意一个分节点为第k节点，1≤k≤N，则第k节点1pps信号与中心节点1pps信号的同步精度为：

(702)第k节点10MHz信号与中心节点10MHz信号的同步精度为：

ΔT_10MHz,k-0＝ΔT_1pps,k-0+(T_k,10MHz-1pps-T_0,10MHz-1pps)

(703)第k节点10.23MHz信号与中心节点10.23MHz信号的同步精度为：

ΔT_10.23MHz,k-0＝ΔT_1pps,k-0+(T_{k,10.23MHz-1pps}-T_{0,10.23MHz-1pps})。

进一步的，步骤⑧具体包括以下步骤：

(801)所有分节点输出1pps信号相互之间的同步特性为：

(802)所有分节点输出10MHz信号相互之间的同步特性为：

(803)所有分节点输出10.23MHz信号相互之间的同步特性为：

(804)对(801)-(803)中的各同步特性进行评估：σ_1pps越小，所有分节点相互之间的1pps信号的同步特性越好，反之越差；σ_10MHz越小，所有分节点相互之间的10MHz信号的同步特性越好，反之越差；σ_10.23MHz越小，所有分节点相互之间的10.23MHz信号的同步特性越好，反之越差。

进一步的，步骤⑨具体包括以下步骤：

(901)所有分节点输出1pps信号相对于中心节点1pps信号的同步特性为：

(902)所有分节点输出10MHz信号相对于中心节点10MHz信号的同步特性为：

(903)所有分节点输出10.23MHz信号相对于中心节点10.23MHz信号的同步特性为：

(904)对(901)-(903)中的各同步特性进行评估：σ′_1pps越小，所有分节点相对于中心节点1pps信号的同步特性越好，反之越差；σ′_10MHz越小，所有分节点相对于中心节点10MHz信号的同步特性越好，反之越差；σ′_10.23MHz越小，所有分节点相对于中心节点10.23MHz信号的同步特性越好，反之越差。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明可有效实现分布式时频链路各分节点相互之间的1pps信号、10MHz信号、10.23MHz信号同步性能的测试与评估。

(2)本发明可有效实现分布式时频链路各分节点与中心节点之间的1pps信号、10MHz信号、10.23MHz信号同步性能的测试与评估。

附图说明

图1为分布式时频链路节点分布图。

图2为面向分布式时频链路信号同步性能的测试与评估流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1和2所示，一种面向分布式时频链路信号同步性能的测试与评估方法，具体包括如下步骤：

①构建具有高精度时间保持能力的时频信号测试装置，使其具有高精度1pps信号输出,具有高精度时间保持能力(在数小时内频率漂移曲线可近似为一次模型),具有1pps信号、10MHz信号、10.23MHz信号之间的同步性能测试能力。

②于t₀时刻在中心节点测量中心节点输出1pps信号相对于测试装置输出1pps信号的时差为T₀。并测量中心节点自身输出的10MHz信号正向过零点相对于中心节点输出1pps信号的时差为T_0,10MHz-1pps，测量中心节点自身输出的10.23MHz信号正向过零点相对于中心节点输出1pps信号的时差为T_{0,10.23MHz-1pps}。

③于t_n时刻在n(1≤n≤N)节点测量n节点输出1pps信号相对于测试装置输出1pps信号的时差为T_n；测量n节点自身输出的10MHz信号正向过零点相对于n节点输出1pps信号的时差为T_n,10MHz-1pps，测量n节点自身输出的10.23MHz信号正向过零点相对于n节点输出1pps信号的时差为T_{n,10.23MHz-1pps}。

④重复步骤③，直到完成对所有分节点的测量，共计完成对N个节点的测量。

⑤然后，于时刻在中心节点测量中心节点输出1pps信号相对于测试装置输出1pps信号的时差为/>

⑥基于步骤②-⑤的测量值，可计算任意两个分节点之间的1pps信号的同步精度ΔT_1pps,j-i；可计算任意两个分节点之间的10MHz信号的同步精度ΔT_10MHz,j-i；可计算任意两个分节点之间的10.23MHz信号的同步精度ΔT_10.23MHz,j-i。

⑦基于步骤②-⑤的测量值，可计算任意一个分节点与中心节点之间的1pps信号的同步精度ΔT_1pps,k-0；可计算任意一个分节点与中心节点之间的10MHz信号的同步精度ΔT_10MHz,k-0；可计算任意一个分节点与中心节点之间的10.23MHz信号的同步精度ΔT_10.23MHz,k-0。

⑧基于步骤⑥的结果，可评估所有分节点之间的1pps信号的同步特性σ_1pps；可评估所有分节点相互之间的10MHz信号的同步特性σ_10MHz；可评估所有分节点之间的10.23MHz信号的同步特性σ_10.23MHz。

⑨基于步骤⑦的结果，可评估所有分节点相对于中心节点1pps信号的同步特性σ′_1pps；可评估所有分节点相对于中心节点10MHz信号的同步特性σ′_10MHz；可评估所有分节点相对于中心节点10.23MHz信号的同步特性σ′_10.23MHz。

步骤⑥计算任意两个分节点之间的1pps信号、10MHz信号、10MHz信号的同步精度具体包括以下步骤：

(601)设任意两个分节点为第i节点和第j节点(1≤i≤j≤N)，则第i节点1pps信号与第j节点1pps信号的同步精度为：

(602)任意两个分节点：第i节点10MHz信号与第j节点10MHz信号的同步精度为：

ΔT_10MHz,j-i＝ΔT_1pps,j-i+(T_j,10MHz-1pps-T_i,10MHz-1pps)

(603)任意两个分节点：第i节点10.23MHz信号与第j节点10.23MHz信号的同步精度为：

ΔT_10.23MHz,j-i＝ΔT_1pps,j-i+(T_{j,10.23MHz-1pps}-T_{i,10.23MHz-1pps})

步骤⑦计算任意一个分节点与中心节点之间的1pps信号、10MHz信号、10MHz信号的同步精度具体包括以下步骤：

(701)设任意一个分节点为第k节点(1≤k≤N)，则第k节点1pps信号与中心节点1pps信号的同步精度为：

(702)任意一个分节点第k节点10MHz信号与中心节点10MHz信号的同步精度为：

ΔT_10MHz,k-0＝ΔT_1pps,k-0+(T_k,10MHz-1pps-T_0,10MHz-1pps)

(703)任意一个分节点第k节点10.23MHz信号与中心节点10.23MHz信号的同步精度为：

ΔT_10.23MHz,k-0＝ΔT_1pps,k-0+(T_{k,10.23MHz-1pps}-T_{0,10.23MHz-1pps})

步骤⑧评估所有分节点相互之间的1pps信号、10MHz信号、10.23MHz信号的同步特性具体包括以下步骤：

(801)所有分节点输出1pps信号相互之间的同步特性：

(802)所有分节点输出10MHz信号相互之间的同步特性：

(803)所有分节点输出10.23MHz信号相互之间的同步特性：

(804)评估准则：σ_1pps越小，所有分节点相互之间的1pps信号的同步特性越好，反之越差；σ_10MHz越小，所有分节点相互之间的10MHz信号的同步特性越好，反之越差；σ_10.23MHz越小，所有分节点相互之间的10.23MHz信号的同步特性越好，反之越差。

步骤⑨评估所有分节点相对于中心节点1pps信号、10MHz信号、10.23MHz信号的同步特性具体包括以下步骤：

(901)所有分节点输出1pps信号相对于中心节点1pps信号的同步特性：

(902)所有分节点输出10MHz信号相对于中心节点10MHz信号的同步特性：

(903)所有分节点输出10.23MHz信号相对于中心节点10.23MHz信号的同步特性：

(904)评估准则：σ′_1pps越小，所有分节点相对于中心节点1pps信号的同步特性越好，反之越差；σ′_10MHz越小，所有分节点相对于中心节点10MHz信号的同步特性越好，反之越差；σ′_10.23MHz越小，所有分节点相对于中心节点10.23MHz信号的同步特性越好，反之越差。

总之，本发明利用具有高精度时间保持能力的时频信号测试装置，采用一种针对中心节点和分布式节点1pps信号、10MHz信号、10.23MHz信号连续测试的方法，经算法设计和计算，可实现分布式时频链路各分节点相互之间同步性能以及各个分节点相对于中心节点信号同步性能的测试与评估。

Claims (5)

1.一种面向分布式时频链路信号同步性能的测试与评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

①构建时频信号测试装置，所述测试装置具有高精度1pps信号输出,具有高精度时间保持能力，并具有1pps信号、10MHz信号、10.23MHz信号之间的同步性能测试能力；

②于t₀时刻在中心节点测量中心节点输出1pps信号相对于测试装置输出1pps信号的时差为T₀，并测量中心节点自身输出的10MHz信号正向过零点相对于中心节点输出1pps信号的时差为T_0,10MHz-1pps，测量中心节点自身输出的10.23MHz信号正向过零点相对于中心节点输出1pps信号的时差为T_{0,10.23MHz-1pps}；

③于t_n时刻在n节点测量n节点输出1pps信号相对于测试装置输出1pps信号的时差为T_n，1≤n≤N；测量n节点自身输出的10MHz信号正向过零点相对于n节点输出1pps信号的时差为T_n,10MHz-1pps，测量n节点自身输出的10.23MHz信号正向过零点相对于n节点输出1pps信号的时差为T_{n,10.23MHz-1pps}；

④重复步骤③，直到完成对所有分节点的测量，共计完成对N个节点的测量；

⑤于时刻在中心节点测量中心节点输出1pps信号相对于测试装置输出1pps信号的时差为/>

⑥基于步骤②-⑤的测量值，计算任意两个分节点之间的1pps信号的同步精度ΔT_1pps,j-i，计算任意两个分节点之间的10MHz信号的同步精度ΔT_10MHz,j-i，并计算任意两个分节点之间的10.23MHz信号的同步精度ΔT_10.23MHz,j-i；

⑦基于步骤②-⑤的测量值，计算任意一个分节点与中心节点之间的1pps信号的同步精度ΔT_1pps,k-0，计算任意一个分节点与中心节点之间的10MHz信号的同步精度ΔT_10MHz,k-0，并计算任意一个分节点与中心节点之间的10.23MHz信号的同步精度ΔT_10.23MHz,k-0；

⑧基于步骤⑥的结果，评估所有分节点之间的1pps信号的同步特性σ_1pps,评估所有分节点相互之间的10MHz信号的同步特性σ_10MHz，并评估所有分节点之间的10.23MHz信号的同步特性σ_10.23MHz；

⑨基于步骤⑦的结果，评估所有分节点相对于中心节点1pps信号的同步特性σ′_1pps，评估所有分节点相对于中心节点10MHz信号的同步特性σ′_10MHz，并评估所有分节点相对于中心节点10.23MHz信号的同步特性σ′_10.23MHz。

2.根据权利要求1所述的一种面向分布式时频链路信号同步性能的测试与评估方法，其特征在于，步骤⑥具体包括以下步骤：

(601)设任意两个分节点为第i节点和第j节点，1≤i≤j≤N，则第i节点1pps信号与第j节点1pps信号的同步精度为：

(602)第i节点10MHz信号与第j节点10MHz信号的同步精度为：

ΔT_10MHz,j-i＝ΔT_1pps,j-i+(T_j,10MHz-1pps-T_i,10MHz-1pps)

(603)第i节点10.23MHz信号与第j节点10.23MHz信号的同步精度为：

ΔT_10.23MHz,j-i＝ΔT_1pps,j-i+(T_{j,10.23MHz-1pps}-T_{i,10.23MHz-1pps})。

3.根据权利要求1所述的一种面向分布式时频链路信号同步性能的测试与评估方法，其特征在于，步骤⑦具体包括以下步骤：

(701)设任意一个分节点为第k节点，1≤k≤N，则第k节点1pps信号与中心节点1pps信号的同步精度为：

(702)第k节点10MHz信号与中心节点10MHz信号的同步精度为：

ΔT_10MHz,k-0＝ΔT_1pps,k-0+(T_k,10MHz-1pps-T_0,10MHz-1pps)

(703)第k节点10.23MHz信号与中心节点10.23MHz信号的同步精度为：

ΔT_10.23MHz,k-0＝ΔT_1pps,k-0+(T_{k,10.23MHz-1pps}-T_{0,10.23MHz-1pps})。

4.根据权利要求1所述的一种面向分布式时频链路信号同步性能的测试与评估方法，其特征在于，步骤⑧具体包括以下步骤：

(801)所有分节点输出1pps信号相互之间的同步特性为：

(802)所有分节点输出10MHz信号相互之间的同步特性为：

(803)所有分节点输出10.23MHz信号相互之间的同步特性为：

(804)对(801)-(803)中的各同步特性进行评估：σ_1pps越小，所有分节点相互之间的1pps信号的同步特性越好，反之越差；σ_10MHz越小，所有分节点相互之间的10MHz信号的同步特性越好，反之越差；σ_10.23MHz越小，所有分节点相互之间的10.23MHz信号的同步特性越好，反之越差。

5.根据权利要求1所述的一种面向分布式时频链路信号同步性能的测试与评估方法，其特征在于，步骤⑨具体包括以下步骤：

(901)所有分节点输出1pps信号相对于中心节点1pps信号的同步特性为：

(902)所有分节点输出10MHz信号相对于中心节点10MHz信号的同步特性为：

(903)所有分节点输出10.23MHz信号相对于中心节点10.23MHz信号的同步特性为：

(904)对(901)-(903)中的各同步特性进行评估：σ′_1pps越小，所有分节点相对于中心节点1pps信号的同步特性越好，反之越差；σ′_10MHz越小，所有分节点相对于中心节点10MHz信号的同步特性越好，反之越差；σ′_10.23MHz越小，所有分节点相对于中心节点10.23MHz信号的同步特性越好，反之越差。