CN113866799A - 一种双模授时方法、装置和电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双模授时方法、装置和电子设备。其中双模授时方法包括：获取GNSS模组在预设时间周期内PPS信号的频率变化信息；根据所述频率变化信息判断所述预设时间周期内的PPS信号是否持续有效；若所述PPS信号持续有效，根据所述GNSS模组的时间信息进行授时；若所述PPS信号失效，根据本地时钟的时间信息进行授时。本发明的技术方案根据PPS信号的频率变化情况对PPS信号进行持续有效判断，只有在PPS信号持续有效时，才利用PPS信号对应的时间信息进行授时，避免无效PPS信号造成的错误授时，提高授时精度。

Description

一种双模授时方法、装置和电子设备

技术领域

本发明涉及高精度授时技术领域，具体涉及一种双模授时方法、装置和电子设备。

背景技术

近年来，在现在信息技术迅猛发展的推动下，通信、雷达、电力、航空、交通及策略等需要高精度同步时钟装置的领域中，人们对时钟频率的稳定性和精确度有着越来越高的要求。

随着全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）技术的飞速发展，人们利用GNSS秒脉冲（Pulse Per Second，PPS）信号传递高精度的时间频率信号来校准本地频率标准，使本地频率标准的长期稳定度和准确度有所改善。但GNSS模组中的全球位置定位系统（Global Positioning System，GPS）信号存在严重的缺点，由于GPS信号远距离传输、接收机本身系统误差、电磁干扰等因素影响，GNSS模组输出的PPS信号在短时间内很不稳定，即短期稳定性很差。且GNSS模组的PPS信号很容易受到外界干扰而失效，因此有必要对GNSS模组输出的PPS信号的有效性进行判断。

针对上述问题，在公布号为CN103913753A的现有技术中，是根据卫星信号接收模块跟踪到的卫星数量持续大于2或等于2颗时，认定卫星信号接收模块提供的卫星PPS信号保持有效，此时卫星PPS信号可用于授时，授时系统维持在授时状态。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供了一种双模授时方法、装置和电子设备，用于精确判断PPS信号的有效性。

依据本发明的第一方面，提供了一种双模授时方法，包括：获取GNSS模组在预设时间周期内PPS信号的频率变化信息；根据所述频率变化信息判断所述预设时间周期内的PPS信号是否持续有效；若所述PPS信号持续有效，根据所述GNSS模组的时间信息进行授时；若所述PPS信号失效，根据本地时钟的时间信息进行授时。

依据本发明的第二方面，提供了一种双模授时装置，包括：获取单元，用于获取GNSS模组在预设时间周期内PPS信号的频率变化信息；判断单元，用于根据所述频率变化信息判断所述预设时间周期内的PPS信号是否持续有效；授时单元，用于若所述PPS信号持续有效，根据所述GNSS模组的时间信息进行授时；若所述PPS信号失效，根据本地时钟的时间信息进行授时。

依据本发明的第三方面，提供了一种电子设备，包括：处理器；以及被安排成存储计算机可执行指令的存储器，可执行指令在被执行时使所述处理器执行前述双模授时方法。

依据本发明的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储一个或多个程序，一个或多个程序当被包括多个应用程序的电子设备执行时，使得所述电子设备执行前述双模授时方法。

本发明采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：本发明实施例的双模授时方法、装置、电子设备和计算机可读存储介质持续地对GNSS模块输出的PPS信号进行有效性判断，只有在PPS信号有效时，才基于PPS信号对应的时间信息进行授时，避免PPS信号超前或滞后时导致的错误授时，提高时间频率的精度。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本发明一个实施例的一种双模授时方法流程示意图；

图2示出了根据本发明一个实施例的一种双模授时系统的结构示意图；

图3示出了根据本发明一个实施例的一种基于GNSS模组和本地时钟进行双模授时流程示意图；

图4示出了根据本发明一个实施例的一种双模授时装置的结构示意图；

图5示出了根据本发明一个实施例一种电子设备示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。

如前文所述，由于GNSS信号远距离传输、接收机本身系统误差、电磁干扰等因素影响，GNSS模组输出的PPS信号在短时间内很不稳定，且GNSS模组的PPS信号很容易受到外界干扰而失效。

针对此情况，相关技术中一般是基于GNSS追踪到的卫星颗数来判断GNSS有效性，当追踪到两颗以上的卫星时，即判断GNSS模组的PPS信号有效，但这种方法仍无法有效避免GNSS信号远距离传输、接收机本身系统误差、电磁干扰等因素对PPS信号的影响。

基于此，本发明实施例提供了一种双模授时方法。

图1示出了根据本发明一个实施例的一种双模授时方法流程示意图，如图1所示，本实施例的双模授时方法至少包括如下的步骤S110至步骤S140：

步骤S110，获取GNSS模组在预设时间周期内PPS信号的频率变化信息。

步骤S120，根据频率变化信息判断预设时间周期内的PPS信号是否持续有效。

理想情况下，GNSS模组输出的PPS信号是严格的周期信号，即每秒钟输出一个脉冲。但实际场景中，例如当天气较差时，GNSS模组接收到的GNSS信号很差，导致GNSS模块输出的PPS信号存在PPS信号超前或滞后的情况。因此，在利用PPS信号进行授时时，需要先确定PPS信号的有效性。

本实施例是利用本地时钟来确定一定时间周期内的PPS信号的频率变化情况，若时间周期内PPS信号接近为同一个频率，或者频率波动在预设范围，此时确定PPS信号持续有效。若时间周期内PPS信号波动幅度较大，超出预设范围，此时确定PPS信号失效。

步骤S130，若PPS信号持续有效，根据所述GNSS模组的时间信息进行授时。

步骤S140，若PPS信号失效，根据本地时钟的时间信息进行授时。

本实施例中，步骤S130和步骤S140是并列的，分别说明了系统启用GNSS模组授时和启用本地时钟授的工作方式，两者不存在先后关系，通过步骤S110和S120的判断，使系统在步骤S130的GNSS模组授时和骤S140的本地时钟授时的工作方式之间切换。

可见，图1所示的方法，持续地对GNSS模块输出的PPS信号进行有效性判断，只有在PPS信号有效时，才基于PPS信号对应的时间信息进行授时，避免PPS信号超前或滞后时导致的错误授时，提高时间频率的精度。

在本发明的一些实施例中，获取GNSS模组在预设时间周期内PPS信号的频率变化信息，包括：

监测GNSS模组输出PPS信号时的本地时钟时间；根据预设时间周期内PPS信号的本地时钟时间获取频率变化信息：

本实施例中频率变化信息的获取方案的一个实现方案是：根据PPS信号的本地时钟时间，获取预设时间周期内的任一相邻PPS信号的时间间隔；若预设时间周期内的所有相邻PPS信号的时间间隔均小于时间阈值，判断频率变化信息指示所述预设时间周期内PPS信号的频率波动小；否则，若预设时间周期内至少一组相邻PPS信号之间的时间间隔不小于时间阈值，判断频率变化信息指示所述预设时间周期内PPS信号的频率波动大。

相应的，若频率变化信息指示预设时间周期内PPS信号的频率波动小，判断PPS信号持续有效；若频率变化信息指示预设时间周期内PPS信号的频率波动大，判断所述PPS信号失效。

以图2所示系统为例，在图2所示的域控制器时间驯服系统中，RTC（Real_TimeClock，实时时钟）和OCXO（Oven Controlled Crystal Oscillator，恒温晶体振荡器）组成一个本地时钟，与GNSS模组构成相互冗余的授时系统，FPGA（Field Programmable GateArray，现场可编程逻辑门阵列）内部实现DPLL（数字锁相环），经合内部设计的逻辑电路对全局时钟（Global Time）驯服，使全局时钟输出高精度的PPS信号和TSU（Timestamp Unit，时间戳单元）信号。

结合图2所示，当系统初始化时，系统加载本地时钟时间，并实时监测GNSS模组输出的PPS信号，在GNSS模组输出PPS信号时，利用本地时钟获取PPS信号的输出时间，这样持续获得多个PPS信号的本地时钟时间，例如持续获得6个PPS信号的本地时钟时间，若这6个PPS信号中，任一相邻PPS信号的本地时钟时间间隔都小于100ns，说明此时间周期内获取到的这6个PPS信号的频率波动较小，近乎为同频，则判定该时间周期内获取的PPS信号为持续有效信号。若当获取到的第3个PPS信号与前一时刻获取到的第2个PPS信号之间的时间间隔大于100ns，说明此时获取到的PPS信号的频率波动较大，则判定该PPS信号为失效信号。

本实现方案是基于时间间隔衡量预设时间周期内的PPS信号的频率变化情况，显然在实际应用中，还可以根据预设时间周期内接收到的PPS信号的个数来衡量PPS信号的频率变化情况，事先设置出预设时间周期对应的PPS信号的数量阈值，若该预设时间周期内接收到的PPS信号的实际数量与数量阈值接近，此时确定PPS信号持续有效，否则确定PPS信号失效。

考虑到本地时钟常采用的OCXO虽然短期稳定度较高，但OCXO的输出频率、相位会因时间和温度变化而产生漂移现象。因此，为保证基于本地时钟时间对PPS信号的持续有效性的判断结果可靠，本发明实施例在PPS信号持续有效时，还根据预设时间周期内的PPS信号对本地时钟的时间信息进行校正。

在一些实施例中，根据预设时间周期内的PPS信号对本地时钟的时间信息进行校正，包括：

确定预设时间周期内所述PPS信号与本地时钟的时间信息之间的时间差异；若本地时钟的时间信息超前或滞后于PPS信号，对本地时钟信号进行校正。

也就是说，当GNSS模组输出有效的PPS信号时，并且本地时钟此时的时间信息若因为各种原因超前或滞后于PPS信号，则利用PPS信号对本地时钟信号进行校正。

本发明实施例中采用两种方式对本地时钟信号进行校正。

第一种校正方法：

获取本地时钟的时间信息超前或滞后于PPS信号的时间间隔△T，对时间间隔△T进行强制归零设置。

第二种校正方法：

获取本地时钟的时间信息超前或滞后于PPS信号的时间间隔，采用逐渐收敛策略，例如采用步进线性算法对时间间隔进行逐渐归零设置。

第一种校正方法强制使△T=0，此时可能造成跳秒现象。第二种校正方法使本地时钟输出的时间信息与PPS信号对应的时间信息实现渐进式同步，不存在跳秒现象。实际应用中，本领域技术人员可以根据应用需求灵活选择校正方法，本实施例对此不作限制。

综上，本发明实现了双模高精授时。如图3所示，本发明实施例中，在系统初始化时，系统加载本地时钟，若成功加载本地时钟，则监测GNSS模组的PPS信号的持续有效性。若系统没有加载成功本地时钟，则对本地时钟进行初始化处理，本地时钟初始化后，开始监测GNSS模组的PPS信号的持续有效性。若利用本地时钟时间判断出PPS信号持续有效，则基于PPS信号对应的时间信息对系统的主时钟进行授时，并校正本地时钟。若判断出PPS信号失效，利用本地时钟对系统的主时钟进行授时，由此完成系统的双模高精授时，避免无效PPS信号导致的错误授时，提高系统的主时钟精度。

需要说明的是，当PPS信号持续有效，根据GNSS模组的时间信息进行授时应理解为：根据有效PPS信号对应的时间信息进行授时，这里有效PPS信号是指预设时间周期内的最后一PPS信号。

假设预设时间周期内GNSS模组依次输出6个PPS信号，若判断出这6个PPS信号持续有效，则利用本预设时间周期内的第6个PPS信号的时间信号来对系统的主时钟进行授时。

需要说明的是，GNSS模组进行授时，会先输出PPS信号，后输出与PPS信号对应的时间信号。而本发明实施例中，系统对PPS信号的逻辑处理时间是小于上述时间间隔的。因此，利用预设时间周期内最后一PPS信号对应的时间信息进行系统授时不会造成延时授时。

与前述实施例中的双模授时方法同属于一个技术构思，本发明实施例还提供了一种双模授时装置。

图4示出了根据本发明一个实施例的一种双模授时装置的结构示意图，如图4所示，双模授时装置400包括：策略确定单元610、时间同步单元620和用户追踪单元630。其中，

获取单元410，用于获取GNSS模组在预设时间周期内PPS信号的频率变化信息；

判断单元420，用于根据所述频率变化信息判断所述预设时间周期内的PPS信号是否持续有效；

授时单元430，用于若所述PPS信号持续有效，根据所述GNSS模组的时间信息进行授时；若所述PPS信号失效，根据本地时钟的时间信息进行授时。

在一些实施例中，获取单元410，用于监测GNSS模组输出PPS信号时的本地时钟时间；根据预设时间周期内PPS信号的本地时钟时间获取所述频率变化信息。

在一些实施例中，获取单元410，具体是用于根据PPS信号的本地时钟时间，获取预设时间周期内的任一相邻PPS信号的时间间隔；若预设时间周期内的所有相邻PPS信号的时间间隔均小于时间阈值，判断所述频率变化信息指示所述预设时间周期内PPS信号的频率波动小；否则，若预设时间周期内至少一组相邻PPS信号之间的时间间隔不小于时间阈值，所述频率变化信息指示所述预设时间周期内PPS信号的频率波动大。

在一些实施例中，判断单元420，还用于若所述频率变化信息指示所述预设时间周期内PPS信号的频率波动小，判断所述PPS信号持续有效；若所述频率变化信息指示所述预设时间周期内PPS信号的频率波动大，判断所述PPS信号失效。

在一些实施例中，双模授时装置400还包括：校正单元，用于在所述PPS信号持续有效时，根据所述预设时间周期内的PPS信号对本地时钟的时间信息进行校正。

在一些实施例中，校正单元，还用于确定所述预设时间周期内所述PPS信号与本地时钟的时间信息之间的时间差异；若本地时钟的时间信息超前或滞后于所述PPS信号，对本地时钟信号进行校正。

在一些实施例中，校正单元，还用于获取本地时钟的时间信息超前或滞后于所述PPS信号的时间间隔；对所述时间间隔进行强制归零设置，或者采用逐渐收敛策略对所述时间间隔进行逐渐归零设置。

在一些实施例中，授时单元430，用于根据有效PPS信号对应的时间信息进行授时，所述有效PPS信号是所述预设时间周期内的最后一PPS信号。

能够理解，上述双模授时装置，能够实现前述实施例中提供的双模授时方法的各个步骤，关于双模授时方法的相关阐释均适用于双模授时装置，此处不再赘述。

需要说明的是：

图5示出了根据本发明一个实施例一种电子设备示意图。请参考图5，在硬件层面，该电子设备包括处理器和存储器，可选地还包括内部总线、网络接口。其中，存储器可能包含内存，例如高速随机存取存储器(Random-Access Memory，RAM)，也可能还包括非易失性存储器（non-volatile memory），例如至少1个磁盘存储器等。当然，该电子设备还可能包括其他业务所需要的硬件。

处理器、接口模块、通信模块和存储器可以通过内部总线相互连接，该内部总线可以是ISA(Industry Standard Architecture，工业标准体系结构）总线、PCI(PeripheralComponent Interconnect，外设部件互连标准)总线或EISA(Extended Industry StandardArchitecture，扩展工业标准结构）总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图5中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

存储器，用于存放计算机可执行指令。存储器通过内部总线向处理器提供计算机可执行指令。

处理器，执行存储器所存放的计算机可执行指令，并具体用于实现以下操作：

获取GNSS模组在预设时间周期内PPS信号的频率变化信息；根据所述频率变化信息判断所述预设时间周期内的PPS信号是否持续有效；若所述PPS信号持续有效，根据所述GNSS模组的时间信息进行授时；若所述PPS信号失效，根据本地时钟的时间信息进行授时。

上述如本发明图1所示实施例揭示的双模授时方法执行的功能可以应用于处理器中，或者由处理器实现。处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。

本发明实施例还提出了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储一个或多个程序，该一个或多个程序当被处理器执行时，实现前述的双模授时方法。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器 (CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器 (RAM) 和/或非易失性内存等形式，如只读存储器 (ROM) 或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体 (transitory media)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

应当理解，尽管在本发明可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种双模授时方法，其特征在于，包括：

获取GNSS模组在预设时间周期内PPS信号的频率变化信息；

根据所述频率变化信息判断所述预设时间周期内的PPS信号是否持续有效；

若所述PPS信号持续有效，根据所述GNSS模组的时间信息进行授时；

若所述PPS信号失效，根据本地时钟的时间信息进行授时。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取GNSS模组在预设时间周期内PPS信号的频率变化信息，包括：

监测GNSS模组输出PPS信号时的本地时钟时间；

根据预设时间周期内PPS信号的本地时钟时间获取所述频率变化信息。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据预设时间周期内PPS信号的本地时钟时间获取所述频率变化信息，包括：

根据PPS信号的本地时钟时间，获取预设时间周期内的任一相邻PPS信号的时间间隔；

若预设时间周期内的所有相邻PPS信号的时间间隔均小于时间阈值，判断所述频率变化信息指示所述预设时间周期内PPS信号的频率波动小；否则，若预设时间周期内至少一组相邻PPS信号之间的时间间隔不小于时间阈值，所述频率变化信息指示所述预设时间周期内PPS信号的频率波动大。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述频率变化信息判断所述预设时间周期内的PPS信号是否持续有效，包括：

若所述频率变化信息指示所述预设时间周期内PPS信号的频率波动小，判断所述PPS信号持续有效；

若所述频率变化信息指示所述预设时间周期内PPS信号的频率波动大，判断所述PPS信号失效。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述PPS信号持续有效时，还包括：

根据所述预设时间周期内的PPS信号对本地时钟的时间信息进行校正。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述预设时间周期内的PPS信号对本地时钟的时间信息进行校正，包括：

确定所述预设时间周期内所述PPS信号与本地时钟的时间信息之间的时间差异；

若本地时钟的时间信息超前或滞后于所述PPS信号，对本地时钟信号进行校正。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，若本地时钟的时间信息超前或滞后于所述PPS信号，对本地时钟信号进行校正，包括：

获取本地时钟的时间信息超前或滞后于所述PPS信号的时间间隔；

对所述时间间隔进行强制归零设置，或者采用逐渐收敛策略对所述时间间隔进行逐渐归零设置。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若所述PPS信号持续有效，根据所述GNSS模组的时间信息进行授时，包括：

根据有效PPS信号对应的时间信息进行授时，所述有效PPS信号是所述预设时间周期内的最后一PPS信号。

9.一种双模授时装置，其特征在于，

获取单元，用于获取GNSS模组在预设时间周期内PPS信号的频率变化信息；

判断单元，用于根据所述频率变化信息判断所述预设时间周期内的PPS信号是否持续有效；

授时单元，用于若所述PPS信号持续有效，根据所述GNSS模组的时间信息进行授时；若所述PPS信号失效，根据本地时钟的时间信息进行授时。

10.一种电子设备，其特征在于，包括：

处理器；以及

被安排成存储计算机可执行指令的存储器，所述可执行指令在被执行时使所述处理器执行所述权利要求1~8之任一所述双模授时方法。

Images