CN117111434B - 一种时钟性能的评估方法、装置及终端设备 - Google Patents

一种时钟性能的评估方法、装置及终端设备 Download PDF

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CN117111434B CN202311040369.0A CN202311040369A CN117111434B CN 117111434 B CN117111434 B CN 117111434B CN 202311040369 A CN202311040369 A CN 202311040369A CN 117111434 B CN117111434 B CN 117111434B
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Abstract

本申请实施例适用于原子钟技术领域，提供了一种时钟性能的评估方法、装置及终端设备，该方法包括：在多个时间尺度内，分别同步采集参考钟的第一信号和被检钟的第二信号；参考钟的时钟性能高于被检钟期望达到的时钟性能；针对任一时间尺度，确定第一信号和第二信号之间的第一相位差；基于第一相位差计算第一信号和第二信号之间的相位梯度；根据多个相位梯度和参考钟的时钟性能评估被检钟的时钟性能。采用上述方法能够提高时钟性能评估的准确性。

Description

一种时钟性能的评估方法、装置及终端设备
技术领域
本申请属于原子钟技术领域，尤其涉及一种时钟性能的评估方法、装置及终端设备。
背景技术
原子钟作为一种高精度计时器，广泛应用于实现卫星导航、地球物理学、计量学等关键领域。利用原子的自旋运动频率作为基准频率，原子钟可实现高精度时间测量。然而，由于原子钟本身的固有性质，在受到外部环境因素的影响时，其时钟性能容易发生变化。因此，需要定期对原子钟的时钟性能进行评估。
目前，通常采用一个标准时钟，定期给原子钟进行授时。然而，该方法只能完成原子钟的对时，无法对原子钟时钟性能进行评估。或者，采用时间测试仪与示波器联合的方式来对原子钟的时间精度进行测试。然而，市场上的时间测试仪的测试精度较低，并且设备复杂。
基于此，现有技术中，在对原子钟的时钟性能进行评估时，其测试精度较低，无法较好地评估原子钟的时钟性能。
发明内容
本申请实施例提供了一种时钟性能的评估方法、装置及终端设备，可以解决现有技术无法较好地评估原子钟的时钟性能的问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种时钟性能的评估方法，该方法包括：
在多个时间尺度内，分别同步采集参考钟的第一信号和被检钟的第二信号；参考钟的时钟性能高于被检钟期望达到的时钟性能；
针对任一时间尺度，确定第一信号和第二信号之间的第一相位差；
基于第一相位差计算第一信号和第二信号之间的相位梯度；
根据多个相位梯度和参考钟的时钟性能评估被检钟的时钟性能。
第二方面，本申请实施例提供了一种时钟性能的评估装置，该装置包括：
采集模块，用于在多个时间尺度内，分别同步采集参考钟的第一信号和被检钟的第二信号；参考钟的时钟性能高于被检钟期望达到的时钟性能；
第一相位差确定模块，用于针对任一时间尺度，确定第一信号和第二信号之间的第一相位差；
相位梯度确定模块，用于基于第一相位差计算第一信号和第二信号之间的相位梯度；
第一时钟性能评估模块，用于根据多个相位梯度评估被检钟的时钟性能。
第三方面，本申请实施例提供了一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如上述第一方面的方法。
第四方面，本申请实施例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有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述第一方面的方法。
第五方面，本申请实施例提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在终端设备上运行时，使得终端设备执行上述第一方面的方法。
本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：在多个时间尺度内，可以分别同步采集参考钟的第一信号和被检钟的第二信号，以确定在每个时间尺度下，同步采集的第一信号和第二信号之间的第一相位差。由于相位差可以用于表征两个或多个波形或振动间的相位位置的相对差异的度量。基于此，根据第一相位差所计算出的第一信号与第二信号之间的相位梯度，也能够表征在每个时间尺度内第二信号相对于第一信号之间的相对偏移量。进而，可以根据相位梯度确定被检钟的时钟性能与参考钟已知时钟性能之间的时钟性能差，以得到被检钟的时钟性能。并且，因参考钟的时钟性能高于被检钟期望达到的时钟性能，因此，可以认为以高时钟性能的参考钟的第一信号为参照量对同步采集到的第二信号进行处理得到上述相位梯度时，相位梯度的计算精度也将高于以低时钟性能的参考钟进行上述处理所得到的相位梯度的计算精度，进而，可以提高后续评估被检钟的时钟性能的准确性。即，低时钟性能的参考钟在输出第一信号时，其输出的第一信号对应的相位本身存在一定的偏差，基于具有一定偏差的相位进行处理得到的相位梯度计算精度较低。以及，在评估被检钟的时钟性能时，可以基于多个时间尺度对应的相位梯度进行评估，以此能够进一步地提高评估的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一实施例提供的一种时钟性能的评估方法的实现流程图；
图2是本申请一实施例提供的一种时钟性能的评估方法中同步采集第一信号和第二信号的应用场景示意图；
图3是本申请另一实施例提供的一种时钟性能的评估方法的实现流程图；
图4是本申请一实施例提供的一种时钟性能的评估装置的结构示意图；
图5是本申请一实施例提供的一种终端设备的结构示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
原子钟作为一种高精度计时器，广泛应用于实现卫星导航、地球物理学、计量学等关键领域。利用原子的自旋运动频率作为基准频率，原子钟可实现高精度时间测量。示例性的，铷原子钟通过铷原子的自旋运动频率实现高精度时间测量。
然而，由于原子钟本身的固有性质，在受到外部环境因素的影响时，其时钟性能容易发生变化。例如，容易受到温度漂移、尘埃以及磁场扰动等影响，使其时间测量出现误差。因此，需要定期对原子钟的时钟性能进行评估。
目前，通常采用一个标准时钟，定期给原子钟进行授时。然而，该方法只能完成原子钟的对时，无法对原子钟时钟性能进行评估。或者，采用时间测试仪(例如，时间同步系统测试仪)与示波器联合的方式来对原子钟的时间精度进行测试。然而，市场上的时间测试仪的测试精度较低，并且设备复杂。
基于此，为了能够对原子钟的时钟性能进行准确评估，本申请实施例提供了一种时钟性能的评估方法，可以应用于平板电脑、笔记本电脑、超级移动个人计算机(ultra-mobile personal computer，UMPC)、上网本等终端设备上，本申请实施例对终端设备的具体类型不作任何限制。
请参阅图1，图1示出了本申请实施例提供的一种时钟性能的评估方法的实现流程图，该方法包括如下步骤：
S101、在多个时间尺度内，分别同步采集参考钟的第一信号和被检钟的第二信号；参考钟的时钟性能高于被检钟期望达到的时钟性能。
在一实施例中，上述被检钟包括但不限于铷原子钟、铯原子钟或氢原子钟，对此不作限定。上述时钟性能包括但不限于时钟准确度以及时钟稳定度，对此不作限定。示例性的，以准确度为例，若被检钟为铷原子钟，则被检钟期望达到的时钟性能(期望达到的准确度)通常为准确度优于10-11。
其中，期望达到的时钟性能可以根据实际情况进行设置，不同的被检钟其对应的期望达到的时钟性能通常不同。在本实施例中，以被检钟为铷原子钟，参考钟为氢原子钟或者标定的铷原子钟为例进行解释。
具体的，时钟准确度能够用于判定被检钟在长时间工作时，在各个时间尺度内的输出频率与参考钟的输出频率之间的偏差程度。时钟稳定度能够用于判定被检钟在长时间工作时，在各个时间尺度内的输出频率是否稳定，其输出频率与期望输出频率之间的偏差是否随时间变化以及变化程度。
在一实施例中，上述第一信号和第二信号为同步采集到的信号，一个时间尺度内，可以同步采集到多个一一对应的第一信号和第二信号。其中，采集多个时间尺度的第一信号和第二信号的目的在于：在仅根据一个时间尺度内的第一信号和第二信号评估被检钟的时钟性能时，其时钟性能可能存在偶然性。因此，基于多个时间尺度的第一信号和第二信号进行评估，可以提高被检钟的时钟性能的评估准确度。
示例性的，参照图2，图2是本申请一实施例提供的一种时钟性能的评估方法中同步采集第一信号和第二信号的应用场景示意图。其中，参考钟和被检钟分别对应分为i个时间尺度，每个时间尺度采集到的第一信号和第二信号一一对应。例如，A-B表征一个时间尺度。a表征第一信号，a1表征与第一信号a同步采集到的第二信号。
需要说明的是，各个时间尺度对应的时长可以相同，也可以不相同，对此不作限定。类似的，各个时间尺度内同步采集第一信号和第二信号的采样周期也可以相同或不同，对此不作限定。
其中，采样周期可以认为是相邻两次同步采集信号之间的时间间隔。例如，图2中的C表征两次采集参考钟的第一信号之间的时间间隔。因每次采集第一信号时均同步采集第二信号，因此，同一个时间尺度内，参考钟的采样周期与被检钟的采样周期相同。
示例性的，若T1和T2相同，但采样周期不同，则T1和T2对应采集到的信号的数量并不相同。
在一实施例中，为了实现第一信号和第二信号的同步采集，可以先采用同轴电缆连接参考钟和被检钟，以同时对参考钟和被检钟工作时的状态进行监测。
其中，同轴电缆为一种常用的信号传输线缆，主要用于连接两个原子钟之间信号的传输，进而确定两个原子钟之间信号的差异，以进行后续处理。
需要说明的是，因原子钟的时钟性能会受到温度变化的影响，因此，为减小该影响，可以先对原子钟进行预热(即预热参考钟和被检钟)，使得参考钟和被检钟内部的各个零部件的温度达到均衡。同时，可以使参考钟和被检钟在最佳温度范围内工作，提高后续测量的精度以及评估的准确性。
其中，对参考钟和被检钟进行预热的方式可以为采用电预热方式，对此不作限定。在本实施例中，因参考钟和被检钟在工作时需要对其进行供电，因此，对参考钟和被检钟进行预热的方式可以为电预热。
S102、针对任一时间尺度，确定第一信号和第二信号之间的第一相位差。
在一实施例中，因每个时间尺度内同步采集第一信号和第二信号的采样周期一定。因此，可以认为同一时间尺度内的各个第一信号和对应的第二信号之间的第一相位差均相同。因此，在计算第一相位差时，若每个时间尺度内包括多组一一对应的第一信号和第二信号，可以仅需根据其中一组对应的第一信号和第二信号计算第一相位差即可。不同时间尺度内的被检钟的时钟准确度可能各不相同，因此，不同时间尺度下所计算得到的第一相位差也各不相同。
在一实施例中，终端设备可以计算第一信号和第二信号在频域上的第二相位差，而后对第二相位差进行滤波处理，得到第一相位差。
具体的，可以使用高精度的模数转换器(ADC)采集参考钟的第一信号以及被检钟的第二信号。而后，采用短时傅里叶变换(STFT)技术对第一信号和第二信号进行处理，以将时域的第一信号在频域上转换为对应的第一相位进行表征，以及将时域的第二信号在频域上转换为对应的第二相位进行表征。之后，可以计算第一信号和第二信号在频率分量的相位差作为第二相位差。即，Δφi＝φi1-φi2。其中φi1表征第i个时间尺度内的第一信号在频域上对应的第一相位，φi2表征第i个时间尺度内的第二信号在频域上对应的第二相位。
需要说明的是，因频域分析可以将复杂信号分解为简单的信号(例如，正弦信号)的叠加，因此，可以更加精确的了解信号的“构造”。然而，时域无法用有限的参数对信号进行准确的描述。因此，在对一信号和第二信号进行处理时，可以分别将第一信号和第二信号对应转换为频域上的第一相位和第二相位进行后续处理。
在一实施例中，因第一信号和第二信号在进行短时傅里叶变换技术处理时，只能“平均掉”第一信号和第二信号中的一些噪音。然而，最终得到的第二相位差可能仍然具有一些噪音。
基于此，为了得到精度更高的第一相位差，可以对第二相位差再次进行滤波降噪处理。其中，可以采用使用卡尔曼滤波或者高斯滤波等方式消除第二相位差中的高频噪声和干扰，得到第一相位差。其中，卡尔曼滤波和高斯滤波进行降噪处理的方式为已有技术，对此不作详细说明。
在另一实施例中，还可以先对第一信号和第二信号分别进行上述滤波处理，而后将滤波后的第一信号和第二信号在频域上的相位差确定为第一相位差。
S103、基于第一相位差计算第一信号和第二信号之间的相位梯度。
在一实施例中，基于第一相位差得到相位梯度的方式可以为：计算第一相位差与信号采样周期的比值。
其中，基于上述可知，第一相位差为频域上的第一信号和第二信号之间的差值，此时，为了将第一相位差由频域转换回时域，需要再次使用逆傅里叶变换对去噪后的第一相位差所表征的信号进行处理，得到时域的相位梯度。
需要说明的是，因在对第一信号和第二信号进行傅里叶变换和逆变换的过程中加入了滤波处理，因此，可以先执行S102步骤将无需使用的频率分量滤除，而后再执行S103步骤做逆傅里叶变换，得到所需的时域信号对应的相位梯度。
需要补充的是，因频域是时间从负无穷到正无穷的叠加，所以，频域的第一相位差可能无法用于判断第一相位差对应的时间定位。也即，无法判断某一时间段的频率成分。基于此，在本实施例中，还需对第一相位差执行S103步骤，得到上述相位梯度。
可以理解的是，因第一相位差能够用于表征第一信号与第二信号之间的相对偏移量，因此，可以认为此时时域的相位梯度也能够表征第一信号与第二信号之间的相对偏移量。
S104、根据多个相位梯度和参考钟的时钟性能评估被检钟的时钟性能。
在一实施例中，不同的时钟性能，其基于多个相位梯度评估时钟性能的方式可能各不相同，对此不作限定。
可以理解的是，因上述相位梯度能够表征第一信号与第二信号之间的相对偏移量。因此，为了能够量化第二信号相对于第一信号的偏移程度，还需对相位梯度进行量化处理，得到能够用于表征偏移程度的时钟误差程度。进而，可以基于时钟误差程度和参考钟的时钟性能确定被检钟的时钟性能。
具体的，在时钟性能为时钟准确度时，可以分别计算每个相位梯度与第一预设值的比值，得到每个时间尺度对应的同步频率偏差。而后，分别根据同步频率偏差和参考钟的输出频率，确定在每个时间尺度内被检钟相对于参考钟的时钟误差程度。最后，分别将每个时钟误差程度与参考钟的预设准确度之和，确定为每个时间尺度内被检钟的时钟准确度。
其中，上述第一预设值可以为2π。具体的，可以采用如下公式计算同步频率偏差：
其中，Δfi表征第i个时间尺度对应的同步频率偏差，Δφ表征第一相位差，Δt表征信号采样周期，2π表征第一预设值，(Δφ/Δt)i表征第i个时间尺度对应的相位梯度。
以及，可以采用如下公式计算时钟准确度：
dtest_i＝dreference_i+Δfi/freference_i；
其中，dtest_i表征被检钟在第i个时间尺度对应的时钟准确度，dreference_i表征参考钟的预设准确度，freference_i表征参考钟在第i个时间尺度对应的输出频率。
在一实施例中，因第一信号和第二信号的采样周期相同，因此，可以认为造成同步频率偏差的原因在于：被检钟的第二信号的输出频率与参考钟的第一信号的输出频率不同。也即，被检钟的时钟性能低于参考钟的时钟性能。
基于此，为了明确被检钟的时钟性能，可以计算同步频率偏差与参考钟的输出频率的比值，以量化被检钟的输出频率相对于参考钟的输出频率之间的差异。此时，在得到上述比值后，将其与参考钟的预设准确度之和，确定为被检钟在该时间尺度对应的时钟性能。
基于上述S101对时钟性能的解释可知，在时钟性能为时钟准确度时，其可以采用数值进行表征。因此，可以将比值与预设准确度进行加和。并且，在上述S102步骤计算第一相位差时，其数值可能为负数。因此，在上述步骤中计算出的比值也可能为负数。也即，最终加和后得到的被检钟的时钟准确度通常低于参考钟的时钟准确度。
可以理解的是，采用数字化表征被检钟的时钟准确度，可以使工作人员更直观地了解被检钟的时钟性能，有助于确定后续对被检钟进行优化的程度。
需要说明的是，在得到被检钟的准确度后，可以将其与被检钟期望达到的时钟性能(期望达到的准确度)进行比较。若大于等于期望达到的准确度，则可以认为被检钟的时钟性能达到期望时钟性能。否则，可以认为被检钟的时钟性能未达到期望时钟性能。
需要说明的是，因S101步骤中采集的是多个时间尺度，因此，在执行上述时钟性能的评估方法后，可以对应得到多个时间尺度分别对应的时钟性能。基于此，若任一时间尺度对应的时钟性能未达到期望时钟性能时，即可认为最终的被检钟的时钟性能未达到期望时钟性能。否则，确定最终的被检钟的时钟性能达到期望时钟性能。或者，也可以统计所有时钟性能达到期望时钟性能的时间尺度的总数量，而后，在总数量小于预设数量时，确定最终的被检钟的时钟性能未达到期望时钟性能。否则，确定最终的被检钟的时钟性能达到期望时钟性能。进而，基于多个时间尺度分别对应的时钟性能，能够进一步地提高时钟性能的评估的准确性。
在本实施例中，在多个时间尺度内，可以分别同步采集参考钟的第一信号和被检钟的第二信号，以确定在每个时间尺度下，同步采集的第一信号和第二信号之间的第一相位差。由于相位差可以用于表征两个或多个波形或振动间的相位位置的相对差异的度量。基于此，根据第一相位差所计算出的第一信号与第二信号之间的相位梯度，也能够表征在每个时间尺度内第二信号相对于第一信号之间的相对偏移量。进而，可以根据相位梯度确定被检钟的时钟性能与参考钟已知时钟性能之间的时钟性能差，以得到被检钟的时钟性能。并且，因参考钟的时钟性能高于被检钟期望达到的时钟性能，因此，可以认为以高时钟性能的参考钟的第一信号为参照量对同步采集到的第二信号进行处理得到上述相位梯度时，相位梯度的计算精度也将高于以低时钟性能的参考钟进行上述处理所得到的相位梯度的计算精度。进而，可以提高后续评估被检钟的时钟性能的准确性。即，低时钟性能的参考钟在输出第一信号时，其输出的第一信号对应的相位本身存在一定的偏差，基于具有一定偏差的相位进行处理得到的相位梯度计算精度较低。以及，在评估被检钟的时钟性能时，可以基于多个时间尺度对应的相位梯度进行评估，以此能够进一步地提高评估的准确性。
在另一实施例中，上述S101中已说明时钟性能还包括时钟稳定度，且对时钟稳定度进行解释，对此不再进行说明。
需要说明的是，与上述评估时钟准确度的方式不同，终端设备可以根据如图3所示的S301-S304步骤评估被检钟的时钟稳定度。详述如下：
S301、针对任一时间尺度，获取目标原子钟在时间尺度上的信号采样周期、第一输出频率、在下一时间尺度上的第二输出频率，以及在所有时间尺度上包含的目标时钟信号的信号总数量；目标原子钟为参考钟和被检钟。
在一实施例中，目标原子钟包括参考钟和被检钟，因此，在获取上述信息时，分别获取参考钟在时间尺度上对应的第一输出频率，参考钟在下一个时间尺度上对应的第二输出频率，被检钟在时间尺度上对应的第一输出频率以及被检钟在下一个时间尺度上对应的第二输出频率。其中，因第一信号和第二信号同步采集，因此，在每个时间尺度内，参考钟的信号采样周期和信号数量与被检钟的信号采样周期和信号数量一致。
其中，对于被检钟第i时间尺度上的第一输出频率，可以认为是上述参考钟在第i个时间尺度对应的输出频率(freference_i)与上述第i个时间尺度对应的同步频率偏差(Δfi)之和。
S302、根据信号采样周期、信号总数量、第一输出频率以及第二输出频率，计算目标原子钟在时间尺度上的Allan偏差；Allan偏差包括参考钟的第一Allan偏差和被检钟的第二Allan偏差。
具体的，可以将信号采样周期、信号数量、第一输出频率以及第二输出频率输入至偏差计算公式中，得到Allan偏差；偏差计算公式如下：
其中，σi为第i个时间尺度上对应的Allan偏差，Δti为第i个时间尺度上对应的信号采样周期，N为信号总数量；fi为第一输出频率，fi+1为第二输出频率。
在一实施例中，第一Allan偏差的计算方式与第二Allan偏差的计算方式相似，只需对应输入参考钟和被检钟分别对应的信息即可，对此不再进行详细说明。
S303、计算第一Allan偏差和第二Allan偏差的差值。
在一实施例中，上述第一Allan偏差为基于参考钟的第一输出频率、第二输出频率以及其他信息进行计算得到。因此，可以认为上述第一Allan偏差能够表征被检钟的输出频率是否稳定。并且，基于上述公式可知，可以得到每个时间尺度分别对应的第一Allan偏差。因此，还可以认为多个时间尺度分别对应的第一Allan偏差，能够表征参考钟的输出频率与期望输出频率之间的偏差是否随时间变化以及变化程度。
并且，因参考钟的时钟性能高于被检钟期望达到的时钟性能，因此，可以认为参考钟在多个时间尺度分别对应的第一Allan偏差均位于正常的偏差范围内。基于此，可以将参考钟在多个时间尺度分别对应的第一Allan偏差作为参照量。
进而，在得到第一Allan偏差和第二Allan偏差的差值后，可以认为差值能够用于表征在各个时间尺度内被检钟的时钟稳定度与标准的参考钟的时钟稳定度之间的偏差程度。其中，为了便于说明上述偏差程度，上述差值在为负数时，均需对其采用绝对值进行后续处理。
可以理解的是，若采用时钟性能较低的参考钟的第一Allan偏差作为参照量，则因其自身时钟稳定度较差。也即，得到的各个时间尺度对应的第一Allan偏差容易随时间大幅度的变化。因此，在使用具有较大变化程度的第一Allan偏差作为参照量时，所得的被检钟的时钟稳定度的评估结果将存在较大误差。基于此，在确定参考钟时，需选择时钟性能高于被检钟期望达到的时钟性能(期望稳定度)的参考钟。
S304、根据多个差值评估被检钟的时钟性能。
在一实施例中，可以在差值大于第二预设值(第二Allan偏差与第一Allan偏差相差较大)时，确定该时间尺度内参考钟的时钟稳定度未满足期望稳定度。否则，确定该时间尺度内参考钟的时钟稳定度满足期望稳定度。或者，在连续预设数量的差值均小于或等于第二预设值时，确定各个时间尺度内参考钟的时钟稳定度满足期望稳定度。否则，在未具有连续预设数量的差值小于或等于第二预设值时，确定各个时间尺度内参考钟的时钟稳定度未满足期望稳定度。
在另一实施例中，为了能够提高对被检钟的时钟性能进行评估的准确度，可以从所有差值中，确定差值的最大值，最小值以及平均值。而后基于最大值，最小值以及平均值等数值，多维度的评估被检钟的时钟稳定度。
具体的，在最大值小于或等于第二预设值时，可以确定时钟稳定度满足期望稳定度。即，在最大值小于或等于第二预设值时，可以认为其他时间尺度对应的差值均将小于或等于第二预设值。因此，可以确定被检钟的时钟稳定度满足期望稳定度，以及，其时钟稳定度随时间变化的变化程度稳定，不容易产生时钟误差。
同样的，在最小值均大于第二预设值时，可以认为其他时间尺度对应的绝对值均将大于第二预设值。因此，可以认为被检钟的时钟稳定度较差，无法满足期望稳定度。以及，时钟稳定度随时间变化的变化程度较大，容易产生时钟误差。基于此，需要根据影响时钟准确度的因素对被检钟进行优化调整。
可以理解的是，在根据影响时钟准确度的因素对被检钟进行优化调整后，能够提高被检钟的准确度。进而，使被检钟的输出频率将接近于期望的输出频率。基于此，在被检钟的输出频率被调整时，其可以对被检钟的第二Allan偏差(基于被检钟的输出频率进行计算得到)产生影响。即，对时钟稳定度产生影响。因此，可以认为根据影响时钟准确度的因素对被检钟进行优化调整，也能够优化时钟的稳定度。
以及，在最大值大于第二预设值且最小值小于或等于第二预设值，也可以认为随着被检钟的长时间工作，其时钟稳定度可能比较容易受到环境干扰，使得在不同的时间尺度下，被检钟的时钟稳定度并不平稳。基于此，需要根据差值大于第二预设值的时间尺度内对应影响时钟准确度的因素，针对性的对被检钟进行调整。
以及，在平均值小于或等于第二预设值时，可以认为被检钟在整个时间尺度内具有较高的时钟稳定度。也即，可以确定时钟稳定度满足期望稳定度。因此，可以不对被检钟进行调整。
以及，在平均值大于第二预设值时，可以认为被检钟在整个时间尺度内的时钟稳定度较差。也即，可以确定时钟稳定度未满足期望稳定度。因此，需要根据差值大于第二预设值的时间尺度内对应影响时钟稳定度的因素，针对性的对被检钟进行调整。
其中，期望稳定度(第二预设值)可以根据实际情况进行设置，本实施例中，在被检钟为铷原子钟时，其对应的期望稳定度可以为10-12。也即，在差值或平均值大于10-12时，可以确定时钟稳定度不满足期望稳定度。以及，在差值且平均值小于或等于10-12时，可以确定时钟稳定度满足期望稳定度。
本实施例中，因参考钟的时钟性能高于被检钟期望达到的时钟性能，因此，可以根据上述信号采样周期、信号数量、第一输出频率以及第二输出频率，确定参考钟对应的第一Allan偏差。而后，将参考钟对应的第一Allan偏差确定为位于正常的偏差范围内。以此，在基于同样的计算方式得到各个时间尺度分别对应的第二Allan偏差后，可以计算每个时间尺度下第一Allan偏差和第二Allan偏差的差值，以基于差值评估在各个时间尺度下被检钟的时钟性能的变化，提高对时钟稳定度进行评估的准确性。
另外，结合上一个实施例中对时钟准确度进行评估的示例，本实施例中，结合时钟稳定度和时钟准确度可以多维度的综合评估时钟性能。进而，可以进一步地提高对时钟性能进行评估的准确性。
请参阅图4，图4是本申请实施例提供的一种时钟性能的评估装置的结构框图。本实施例中时钟性能的评估装置包括的各模块用于执行图1至图3对应的实施例中的各步骤。具体请参阅图1至图3以及图1至图3所对应的实施例中的相关描述。为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分。参见图4，时钟性能的评估装置400可以包括：采集模块410、第一相位差确定模块420、相位梯度确定模块430以及第一时钟性能评估模块440，其中：
采集模块410，用于在多个时间尺度内，分别同步采集参考钟的第一信号和被检钟的第二信号；参考钟的时钟性能高于被检钟期望达到的时钟性能。
第一相位差确定模块420，用于针对任一时间尺度，确定第一信号和第二信号之间的第一相位差。
相位梯度确定模块430，用于基于第一相位差计算第一信号和第二信号之间的相位梯度。
第一时钟性能评估模块440，用于根据多个相位梯度评估被检钟的时钟性能。
在一实施例中，时钟性能的评估装置400，还包括：
预热模块，用于预热参考钟和被检钟。
连接模块，用于采用同轴电缆连接参考钟和被检钟。
在一实施例中，第一相位差确定模块420还用于：
计算第一信号和第二信号在频域上的第二相位差；对第二相位差进行滤波处理，得到第一相位差。
在一实施例中，相位梯度确定模块430还用于：
将第一相位差与信号采样周期的比值确定为相位梯度；信号采样周期为相邻两次同步采集第一信号和第二信号之间的时间间隔。
在一实施例中，第一时钟性能评估模块440还用于：
分别计算每个相位梯度与第一预设值的比值，得到每个时间尺度对应的同步频率偏差；分别根据同步频率偏差和参考钟的输出频率，确定在每个时间尺度内被检钟相对于参考钟的时钟误差程度；分别将每个时钟误差程度与参考钟的预设准确度之和，确定为每个时间尺度内被检钟的时钟准确度。
在一实施例中，时钟性能的评估装置400，还包括：
同步频率偏差计算模块，用于针对任一时间尺度，获取目标原子钟在时间尺度上的信号采样周期、第一输出频率、在下一时间尺度上的第二输出频率，以及在所有时间尺度上包含的目标时钟信号的信号总数量；目标原子钟为参考钟和被检钟。
偏差计算模块，用于根据信号采样周期、信号总数量、第一输出频率以及第二输出频率，计算目标原子钟在时间尺度上的Allan偏差；Allan偏差包括参考钟的第一Allan偏差和被检钟的第二Allan偏差。
绝对值计算模块，用于计算第一Allan偏差和第二Allan偏差的差值的绝对值。
第二时钟性能评估模块，用于根据多个绝对值评估被检钟的时钟性能。
在一实施例中，偏差计算模块还用于：
将信号采样周期、信号总数量、第一输出频率以及第二输出频率输入至偏差计算公式中，得到Allan偏差；偏差计算公式如下：
其中，σi为第i个时间尺度上对应的Allan偏差，Δti为第i个时间尺度上对应的信号采样周期，Ni为信号总数量；fi为第一输出频率，fi+1为第二输出频率。
在一实施例中，时钟性能还包括时钟稳定度；第二时钟性能评估模块还用于：
从所有绝对值中，确定绝对值的最大值，最小值以及平均值；若最大值小于或等于第二预设值，则确定时钟稳定度满足期望稳定度；若最大值大于第二预设值且最小值小于或等于第二预设值，或者，最小值大于第二预设值，则确定时钟稳定度未满足期望稳定度；若平均值小于或等于第二预设值，则确定时钟稳定度满足期望稳定度；若平均值大于第二预设值，则确定时钟稳定度未满足期望稳定度
当理解的是，图4示出的时钟性能的评估装置的结构框图中，各模块用于执行图1至图3对应的实施例中的各步骤，而对于图1至图3对应的实施例中的各步骤已在上述实施例中进行详细解释，具体请参阅图1至图3以及图1至图3所对应的实施例中的相关描述，此处不再赘述。
图5是本申请一实施例提供的一种终端设备的结构框图。如图5所示，该实施例的终端设备500包括：处理器510、存储器520以及存储在存储器520中并可在处理器510运行的计算机程序530，例如时钟性能的评估方法的程序。处理器510执行计算机程序530时实现上述各个时钟性能的评估方法各实施例中的步骤，例如图1所示的S101至S104。或者，处理器510执行计算机程序530时实现上述图4对应的实施例中各模块的功能，例如，图4所示的模块410至440的功能，具体请参阅图4对应的实施例中的相关描述。
示例性的，计算机程序530可以被分割成一个或多个模块，一个或者多个模块被存储在存储器520中，并由处理器510执行，以实现本申请实施例提供的时钟性能的评估方法。一个或多个模块可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序530在终端设备500中的执行过程。例如，计算机程序530可以实现本申请实施例提供的时钟性能的评估方法。
终端设备500可包括，但不仅限于，处理器510、存储器520。本领域技术人员可以理解，图5仅仅是终端设备500的示例，并不构成对终端设备500的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器510可以是中央处理单元，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路、现成可编程门阵列或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器520可以是终端设备500的内部存储单元，例如终端设备500的硬盘或内存。存储器520也可以是终端设备500的外部存储设备，例如终端设备500上配备的插接式硬盘，智能存储卡，闪存卡等。进一步地，存储器520还可以既包括终端设备500的内部存储单元也包括外部存储设备。
本申请实施例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有计算机程序，计算机程序被处理器执行上述各个实施例中的时钟性能的评估方法。
本申请实施例提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在终端设备上运行时，使得终端设备执行上述各个实施例中的时钟性能的评估方法。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种时钟性能的评估方法，其特征在于，所述方法包括：
在多个时间尺度内，分别同步采集参考钟的第一信号和被检钟的第二信号；所述参考钟的时钟性能高于所述被检钟期望达到的时钟性能；
针对任一时间尺度，确定所述第一信号和所述第二信号之间的第一相位差；
基于所述第一相位差计算所述第一信号和所述第二信号之间的相位梯度；
根据多个所述相位梯度和所述参考钟的时钟性能评估所述被检钟的时钟性能；所述时钟性能包括时钟准确度和时钟稳定度；
所述基于所述第一相位差计算所述第一信号和所述第二信号之间的相位梯度，包括：
将所述第一相位差与信号采样周期的比值确定为所述相位梯度；所述信号采样周期为相邻两次同步采集所述第一信号和所述第二信号之间的时间间隔；
所述根据多个所述相位梯度和所述参考钟的时钟性能评估所述被检钟的时钟性能，包括：
分别计算每个所述相位梯度与第一预设值的比值，得到每个所述时间尺度对应的同步频率偏差；分别根据所述同步频率偏差和所述参考钟的输出频率，确定在每个所述时间尺度内所述被检钟相对于所述参考钟的时钟误差程度；分别将每个所述时钟误差程度与所述参考钟的预设准确度之和，确定为每个所述时间尺度内所述被检钟的时钟准确度；
所述方法还包括：
针对任一所述时间尺度，获取目标原子钟在所述时间尺度上的信号采样周期、第一输出频率、在下一时间尺度上的第二输出频率，以及在所有所述时间尺度上包含的目标时钟信号的信号总数量；所述目标原子钟为所述参考钟和所述被检钟；根据所述信号采样周期、所述信号总数量、所述第一输出频率以及所述第二输出频率，计算所述目标原子钟在所述时间尺度上的Allan偏差；所述Allan偏差包括所述参考钟的第一Allan偏差和所述被检钟的第二Allan偏差；计算所述第一Allan偏差和所述第二Allan偏差的差值；根据多个所述差值评估所述被检钟的时钟性能；
所述根据所述信号采样周期、所述信号总数量、所述第一输出频率以及所述第二输出频率，计算所述目标原子钟在所述时间尺度上的Allan偏差，包括：
将所述信号采样周期、所述信号总数量、所述第一输出频率以及所述第二输出频率输入至偏差计算公式中，得到所述Allan偏差；所述偏差计算公式如下：
其中，σi为第i个所述时间尺度上对应的Allan偏差，Δti为第i个所述时间尺度上对应的信号采样周期，N为所述信号总数量；fi为所述第一输出频率，fi+1为所述第二输出频率；
所述根据多个所述差值评估所述被检钟的时钟性能，包括：
从所有所述差值中，确定所述差值的最大值，最小值以及平均值；若所述最大值小于或等于第二预设值，则确定所述时钟稳定度满足期望稳定度；若所述最大值大于第二预设值且所述最小值小于或等于第二预设值，或者，所述最小值大于第二预设值，则确定所述时钟稳定度未满足期望稳定度；若所述平均值小于或等于第二预设值，则确定所述时钟稳定度满足期望稳定度；若所述平均值大于第二预设值，则确定所述时钟稳定度未满足期望稳定度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述在多个时间尺度内，分别同步采集参考钟的第一信号和被检钟的第二信号之前，还包括：
预热所述参考钟和所述被检钟；
采用同轴电缆连接所述参考钟和所述被检钟。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述第一信号和所述第二信号之间的第一相位差，包括：
计算所述第一信号和所述第二信号在频域上的第二相位差；
对所述第二相位差进行滤波处理，得到所述第一相位差。
4.一种时钟性能的评估装置，其特征在于，所述装置包括：
采集模块，用于在多个时间尺度内，分别同步采集参考钟的第一信号和被检钟的第二信号；所述参考钟的时钟性能高于所述被检钟期望达到的时钟性能；
第一相位差确定模块，用于针对任一时间尺度，确定所述第一信号和所述第二信号之间的第一相位差；
相位梯度确定模块，用于基于所述第一相位差计算所述第一信号和所述第二信号之间的相位梯度；
第一时钟性能评估模块，用于根据多个所述相位梯度评估所述被检钟的时钟性能；所述时钟性能包括时钟准确度和时钟稳定度；
所述相位梯度确定模块用于：
将所述第一相位差与信号采样周期的比值确定为所述相位梯度；所述信号采样周期为相邻两次同步采集所述第一信号和所述第二信号之间的时间间隔；
所述第一时钟性能评估模块用于：
分别计算每个所述相位梯度与第一预设值的比值，得到每个所述时间尺度对应的同步频率偏差；分别根据所述同步频率偏差和所述参考钟的输出频率，确定在每个所述时间尺度内所述被检钟相对于所述参考钟的时钟误差程度；分别将每个所述时钟误差程度与所述参考钟的预设准确度之和，确定为每个所述时间尺度内所述被检钟的时钟准确度；
所述装置还包括：
同步频率偏差计算模块，用于针对任一所述时间尺度，获取目标原子钟在所述时间尺度上的信号采样周期、第一输出频率、在下一时间尺度上的第二输出频率，以及在所有所述时间尺度上包含的目标时钟信号的信号总数量；所述目标原子钟为所述参考钟和所述被检钟；
偏差计算模块，用于根据所述信号采样周期、所述信号总数量、所述第一输出频率以及所述第二输出频率，计算所述目标原子钟在所述时间尺度上的Allan偏差；所述Allan偏差包括所述参考钟的第一Allan偏差和所述被检钟的第二Allan偏差；
绝对值计算模块，用于计算所述第一Allan偏差和所述第二Allan偏差的差值；
第二时钟性能评估模块，用于根据多个所述差值评估所述被检钟的时钟性能；
所述偏差计算模块还用于：
将所述信号采样周期、所述信号总数量、所述第一输出频率以及所述第二输出频率输入至偏差计算公式中，得到所述Allan偏差；所述偏差计算公式如下：
其中，σi为第i个所述时间尺度上对应的Allan偏差，Δti为第i个所述时间尺度上对应的信号采样周期，N为所述信号总数量；fi为所述第一输出频率，fi+1为所述第二输出频率；
所述第二时钟性能评估模块还用于：
从所有所述差值中，确定所述差值的最大值，最小值以及平均值；若所述最大值小于或等于第二预设值，则确定所述时钟稳定度满足期望稳定度；若所述最大值大于第二预设值且所述最小值小于或等于第二预设值，或者，所述最小值大于第二预设值，则确定所述时钟稳定度未满足期望稳定度；若所述平均值小于或等于第二预设值，则确定所述时钟稳定度满足期望稳定度；若所述平均值大于第二预设值，则确定所述时钟稳定度未满足期望稳定度。
5.一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至3任一项所述的方法。
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