CN114142957A - 一种远距离时频设备测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种远距离时频设备测试方法，属于时间频率测试领域。本发明采用同步以太网技术实现主、从端频率同步；使用IEEE1588技术实现粗同步，使用数字双混频技术测试主、从端收、发时钟相位差值，作为精确补偿值提高主、从端同步精度；使用数字双混频技术实现被测频率信号与远端恢复频率信号间的相位差值，处理计算被测信号频率准确度、频率稳定度；使用时间数字转换技术实现被测时间信号与远端恢复脉冲信号间的时间间隔，处理计算被测信号同步精度。
Description
技术领域
本发明涉及时间频率测试领域，特别是指一种远距离时频设备测试方法，可用于分布式时间频率系统中的时频信号频率准确度、稳定度、同步精度参数测试应用。
背景技术
目前，时间频率系统的应用发展，体现为集中式守时-分布式应用的特点。系统架构多为时频中心配备氢原子钟、铯原子钟作为主时间源，通过卫星双向时间比对、卫星共视时间比对、卫星单向授时等方式进行系统时间溯源，并采用无线、有线的时间同步传递手段将时频信号分发至各用时节点处。这些用时节点往往距离时频中心距离在10km以内。传统的测试方法采用电缆传输标准时频信号配合时间频率测试仪器的方法，无法满足远距离分布的时间频率设备间相对频率准确度、频率稳定度及同步精度的测试，存在如下弊端：
1)电信号传输距离较近(通常为100米以内)，难以满足测试距离要求；
2)电信号采用单向传输，线缆时延受环境温度、电缆弯折等因素影响较大，测试准确度低；
3)电信号传输易收到电磁辐射影响，影响基准信号稳定性。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种远距离时频信号测试方法，可实现远距离时间频率信号同步精度、相对频率偏差、频率稳定度的测试，提高测试精度。
为了实现上述目的，本发明采用技术方案为：
一种远距离时频设备测试方法，包括以下步骤：
步骤1，主端设备接收外部基准时钟输入的10MHz、1PPS信号，作为基准时钟，并通过同步以太网模块，发送至从端设备，通过时间戳单元记录报文发送时间戳；
步骤2，从端设备通过接收主端设备发送的同步以太网数据，并记录接收时间戳，使用时钟恢复模块恢复10MHz信号；
步骤3，从端设备通过时钟调整模块，对同步以太网恢复出的时钟信号进行相位修正，然后进行发送编码，并记录发送时间戳，通过光纤发送至主端；
步骤4，主端设备接收从端设备发送的同步以太网数据，并记录接收时间戳，通过时钟恢复模块恢复出时钟信号，并通过数字双混频模块，测量基准频率信号与光恢复频率信号间的相位偏差；
步骤5，从端设备按照IEEE 1588时间戳处理流程，计算主、从时钟设备间的相位偏差，并进行时钟粗同步；
步骤6，主端设备通过计算主端设备发送、接收时钟相位偏差及从端设备恢复时钟及发送时钟相位偏差，计算主端、从端设备间的精确时间偏差；从端设备通过时钟调整模块，调整时钟信号，实现主端、从端设备的高精度时间同步；
步骤7，从端设备使用时间数字转换器计算被测时钟与从端设备恢复脉冲信号间的时差信息，作为被测时钟同步精度测试值；
步骤8，从端设备使用数字双混频模块，测量被测时钟与从端设备恢复频率信号间的相位差信息，作为被测时钟频率信号相位测试值，对相位测试值进行频率准确度、频率稳定度计算，作为被测时钟频率准确度、频率稳定度测试值。
进一步的，步骤5的具体方式为：
步骤501，主端设备发送SYNC报文，并将发送时间戳T1发送至从端；
步骤502，从端设备记录接收到SYNC报文的时间戳T2；
步骤503，从端设备发送DELAY_REQ报文，并记录发送时间戳T3；
步骤504，主端通过DELAY_RESP报文将接收时间戳T4发送至从端；
步骤505，通过T1、T2、T3、T4计算出主、从端间单向路径延迟Delay及粗时间偏差Offset：
进一步的，步骤6的具体方式为：
步骤601，根据从端数字双混频鉴相器输出相位差phaseS和主端数字双混频鉴相器输出相位差为phaseM，计算精确补偿时间戳T2P和T4P；
T4P＝T4+phaseM
T2P＝T2+phaseS
步骤602，将精确补偿时间戳代入公式(2)，计算精确时间偏差：
步骤603，使用精确时间偏差修正从端时钟，实现高精度从端时间同步。
本发明的有益效果在于：
1、本发明结合了同步以太网技术、IEEE 1588时间同步技术、数字双混频技术、时间数字转换技术，实现了光纤远距离时间频率信号传递、时间频率信号测量，可提供低成本、远距离的时间频率信号测量。
2、本发明可实现远距离频率准确度、频率稳定度、同步精度测试。
3、本发明所需设备体积小、成本低，便于携带使用。
附图说明
图1为本发明实施例中远程时间频率测试的原理图。
图2为本发明实施例中精确时间同步的原理图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
一种远距离时频信号测试方法，用于远距离时间频率测试。如图1所示，该方法的实施需要主端、从端两个设备，主端设备连接时频基准信号、从端设备连接被测时频信号，主、从端间使用光纤连接。该方法包括以下步骤：
第一步、建立光纤同步链路，并在接收端通过同步以太网技术(SYNC-E)进行载波时钟恢复；
第二步、使用IEEE 1588中约定的时间戳交互方法，实现时间戳分辨率(8ns)以上的相位同步；
第三步、使用数字双混频(DDMTD)技术，在从端实现载波恢复是时钟信号与光信号发送是时钟信号间的精确相位差值测量；
第四步、主端根据从端返回的相位差信息，计算从端的相位修正值；
第五步、从端使用数字双混频(DDMTD)技术，测试被测频率信号与恢复标准频率信号间相位差值信息；
第六部、依据相位差值计算被测频率信号频率准确度、频率稳定度测试值；
第七步、从端使用时间数字转换器(TDC)技术，测试被测脉冲信号与恢复脉冲信号间时间间隔测量信息，依据时间间隔测试信息计算被测脉冲信号同步精度。
以下为一个更具体的例子：
一种远距离时频信号测试方法，包括以下步骤：
第一步、主端设备接收外部基准时钟输入10MHz、1PPS信号，作为基准时钟，并通过同步以太网模块，发送至从端设备，通过时间戳单元记录报文发送时间戳；
第二步、从端设备通过接收主端设备发送的同步以太网数据，并记录接收时间戳，使用时钟恢复模块恢复10MHz信号并通过；
第三步、从端设备通过时钟调整模块，对同步以太网恢复出时钟信号进行相位修正后，进行发送编码，并记录发送时间戳，通过光纤发送至主端；
第四步、主端设备接收从端设备发送的同步以太网数据，并记录接收时间戳，通过时钟恢复模块恢复出时钟信号，并通过数字双混频模块，测量基准频率信号与光恢复频率信号间相位偏差；
第五步、从端设备，按照IEEE 1588时间戳处理流程，计算主、从时钟设备间相位偏差，并进行时钟粗同步；
第六步、主端设备，通过计算主端设备、发送、接收时钟相位偏差及从端设备恢复时钟及发送时钟相位偏差，计算主端、从端设备设备间精确时间偏差；从端设备通过是时钟调整模块，调整时钟信号，实现主端、从端设备的高精度时间同步；
第七步、从端设备使用时间数字转换器计算被测时钟与从端设备恢复脉冲信号间的时差信息，作为被测时钟同步精度测试值；
第八步、从端设备使用数字双混频模块，测量被测时钟与从端设备恢复频率信号间的相位差信息，作为被测时钟频率信号相位测试值，对相位测试值进行频率准确度、频率稳定度计算，作为被测时钟频率准确度、频率稳定度测试值。
其中，主、从模块间精确时频恢复过程如图2所示，主端设备依据IEEE 1588中规定的同步流程进行相位信息粗同步，具体步骤如下：
第一步、主端设备发送SYNC报文，并将发送时间戳T1发送至从端；
第二步、从端设备记录接收到SYNC报文的时间戳T2；
第三步、从端设备发送DELAY_REQ报文，并记录发送时间戳T3；
第四步、主端通过DELAY_RESP报文，将接收时间戳T4，发送至从端；
第五步、通过T1、T2、T3、T4接口计算出主、从端间单向路径延迟及粗时间偏差：
由于时间戳模块采用125M时钟，其时间戳分辨率为8ns，因此通过传统IEEE 1588方法只能实现8ns以上的粗同步。本方法利用主端、从端数字双混频模块测量的相位偏差信息，可进一步提高主端、从端同步精度，通过以下两个步骤实现精确收发时延的计算：
1)从端数字双混频鉴相器输出相位差为phaseS，主端数字双混频鉴相器输出相位差为phaseM，这样，精确补偿时间戳T2P和T4P可以通过以下公式计算：
T4P＝T4+phaseM
T2P＝T2+phaseS
2)将T2P和T4P再次带入式(1)即可得到精确时差数据：
使用精确计算Offset值，修正从端时钟，即可实现高精度从端时间同步。
总之，本发明方法采用同步以太网技术实现主、从端频率同步；使用IEEE 1588技术实现粗同步；使用数字双混频技术测试主、从端收、发时钟相位差值，作为精确补偿值提高主、从端同步精度；使用数字双混频技术实现被测频率信号与远端恢复频率信号间的相位差值，处理计算被测信号频率准确度、频率稳定度；使用时间数字转换技术实现被测时间信号与远端恢复脉冲信号间的时间间隔，处理计算被测信号同步精度。该方法简单易行，可用于分布式时间频率系统的日常测试和零值标定。
Claims (3)
1.一种远距离时频设备测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，主端设备接收外部基准时钟输入的10MHz、1PPS信号，作为基准时钟，并通过同步以太网模块，发送至从端设备，通过时间戳单元记录报文发送时间戳；
步骤2，从端设备通过接收主端设备发送的同步以太网数据，并记录接收时间戳，使用时钟恢复模块恢复10MHz信号；
步骤3，从端设备通过时钟调整模块，对同步以太网恢复出的时钟信号进行相位修正，然后进行发送编码，并记录发送时间戳，通过光纤发送至主端；
步骤4，主端设备接收从端设备发送的同步以太网数据，并记录接收时间戳，通过时钟恢复模块恢复出时钟信号，并通过数字双混频模块，测量基准频率信号与光恢复频率信号间的相位偏差；
步骤5，从端设备按照IEEE 1588时间戳处理流程，计算主、从时钟设备间的相位偏差，并进行时钟粗同步；
步骤6，主端设备通过计算主端设备发送、接收时钟相位偏差及从端设备恢复时钟及发送时钟相位偏差，计算主端、从端设备间的精确时间偏差；从端设备通过时钟调整模块，调整时钟信号，实现主端、从端设备的高精度时间同步；
步骤7，从端设备使用时间数字转换器计算被测时钟与从端设备恢复脉冲信号间的时差信息，作为被测时钟同步精度测试值；
步骤8，从端设备使用数字双混频模块，测量被测时钟与从端设备恢复频率信号间的相位差信息，作为被测时钟频率信号相位测试值，对相位测试值进行频率准确度、频率稳定度计算，作为被测时钟频率准确度、频率稳定度测试值。
2.根据权利要求1所述的一种远距离时频设备测试方法，其特征在于，步骤5的具体方式为：
步骤501，主端设备发送SYNC报文，并将发送时间戳T1发送至从端；
步骤502，从端设备记录接收到SYNC报文的时间戳T2；
步骤503，从端设备发送DELAY_REQ报文，并记录发送时间戳T3；
步骤504，主端通过DELAY_RESP报文将接收时间戳T4发送至从端；
步骤505，通过T1、T2、T3、T4计算出主、从端间单向路径延迟Delay及粗时间偏差Offset：
3.根据权利要求2所述的一种远距离时频设备测试方法，其特征在于，步骤6的具体方式为：
步骤601，根据从端数字双混频鉴相器输出相位差phaseS和主端数字双混频鉴相器输出相位差为phaseM，计算精确补偿时间戳T2P和T4P；
T4P＝T4+phaseM
T2P＝T2+phaseS
步骤602，将精确补偿时间戳代入公式(2)，计算精确时间偏差：
步骤603，使用精确时间偏差修正从端时钟，实现高精度从端时间同步。
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