CN118300740A - 一种时间频率原位校准装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种时间频率原位校准装置，包括GNSS接收机模块、钟差测量模块、本地时钟、时钟调控模块和控制及数据处理平台五部分。GNSS接收机模块分别与时钟调控模块、控制及数据处理平台、钟差测量模块连接，时钟调控模块进一步与本地时钟、控制及数据处理平台、以及钟差测量模块连接，钟差测量模块与控制及数据处理平台连接，其中控制及数据处理平台进一步包括FPGA逻辑时序及CPU处理单元、通信模块、钟差数据处理平台和校准报告生成模块。
Description
技术领域
本发明属于计量领域，具体涉及一种时间频率原位校准装置及方法。
背景技术
标准时间频率源和GNSS远程时间频率传递装置是保持时间频率连续、稳定运行的必备设备。
在时间频率计量中，标准时间频率源和基于全球卫星导航定位系统的(GNSS)时间频率传递装置需定期送到法定计量机构进行校准。
目前，标准时间频率源可以采用GNSS远程时间频率传递装置对其远程校准，将标准时间频率源的1PPS输出和频率输出接到GNSS远程时间频率传递装置的1PPS输入和频率参考输入，同样的，在原子时标国家基准端也连接一套远程时间频率传递装置。利用卫星共视的方式实现标准时间频率源与原子时标国家基准的比对，得到两者的时差。GNSS远程时间频率传递装置作为时间频率传递设备，其传递结果的准确度直接影响校准结果，需要定期对GNSS远程时间频率传递装置进行校准。时间具有连续运行的特殊性，尤其对于时间频率的使用要求较高的单位，例如，通信公司、铁路营运、国家电网等等，通过运送到检测校准机构校准会影响业务的正常工作。
为了保证特殊行业时间频率应用的连续性和准确性，本申请将设计一种时间频率原位校准装置，利用该原位校准装置实现对时间频率源及GNSS远程时间频率传递装置的现场校准，另外，本申请还提供了一种原位校准的方法。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种时间频率原位校准装置及方法，可以同时实现时间频率源和GNSS远程时间频率传递装置的校准。
时间频率原位校准装置包括GNSS接收机模块、钟差测量模块、本地时钟、时钟调控模块和控制及数据处理平台五部分。其中控制及数据处理平台包括FPGA逻辑时序及CPU处理单元、通信模块、钟差数据处理平台和校准报告生成模块。GNSS接收机首先接入GNSS信号，GNSS信号经过下变频、滤波处理和基带处理后，GNSS接收机完成对北斗信号的捕获、跟踪等信号处理过程，提取出星历、伪距和载波相位观测值；将星历、伪距和载波相位观测值传输到控制及数据处理平台。钟差测量模块接收GNSS接收机和本地时钟的1PPS信号，进行时差测量，时差测量时需要将本地时钟的10MHz作为参考时钟。控制及数据处理平台接收接收机和本地时钟的钟差、星历、伪距和载波相位观测值，解算本地时钟与GNSS卫星时钟的钟差；通信模块接收下载GNSS卫星时钟与原子时标国家基准UTC(NIM)的钟差，利用卫星共视的原理计算得到本地时钟与UTC(NIM)的钟差，控制及数据处理平台接收钟差数据后，计算两钟差的差值再除以两钟差的时间间隔得到两时钟的频差结果，将该频差结果送到将该钟差结果送到时钟调控模块，调节本地时钟的频率输出量，使本地时钟的频率与UTC(NIM)的频率量值保持一致，进而调控本地时钟，减小本地时钟与UTC(NIM)的时钟钟差，保证本地时钟的1PPS输出与UTC(NIM)的1PPS输出量值保持一致最终实现本地时钟与原子时标国家基准UTC(NIM)的时钟同步。时钟调控模块通过调控算法对本地时钟与UTC(NIM)的钟差进行处理形成调控量，对本地时钟进行驯服控制，从而形成闭环，实现时间频率的高精度输出。
综上所述，。
附图说明
图1为高精度时间频率原位校准装置示意图；
图2为时间频率源的校准方法示意图；
图3为GNSS远程时间频率传递装置的校准方法示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步的说明：
参见图1，本发明所述的时间频率原位校准装置包括GNSS接收机模块、钟差测量模块、本地时钟、时钟调控模块和控制及数据处理平台五部分。GNSS接收机模块分别与时钟调控模块、控制及数据处理平台、钟差测量模块连接，时钟调控模块进一步与本地时钟、控制及数据处理平台、以及钟差测量模块连接，钟差测量模块与控制及数据处理平台连接，其中控制及数据处理平台进一步包括FPGA逻辑时序及CPU处理单元、通信模块、钟差数据处理平台和校准报告生成模块。
工作时，GNSS接收机首先接入GNSS信号，GNSS信号经过下变频、滤波处理和基带处理后，GNSS接收机完成对北斗信号的捕获、跟踪等信号处理过程，提取出星历、伪距和载波相位观测值；将星历、伪距和载波相位观测值传输到控制及数据处理平台。钟差测量模块接收GNSS接收机和本地时钟的1PPS信号，进行时差测量，时差测量时需要将本地时钟的10MHz作为参考时钟。控制及数据处理平台接收接收机和本地时钟的钟差、星历、伪距和载波相位观测值，解算本地时钟与GNSS卫星时钟的钟差；通信模块接收下载GNSS卫星时钟与原子时标国家基准UTC(NIM)的钟差，利用卫星共视的原理计算得到本地时钟与UTC(NIM)的钟差，控制及数据处理平台接收钟差数据后，计算两钟差的差值再除以两钟差的时间间隔得到两时钟的频差结果，将该频差结果发送到时钟调控模块，调节本地时钟的频率输出量，使本地时钟的频率与UTC(NIM)的频率量值保持一致，进而调控本地时钟，减小本地时钟与UTC(NIM)的时钟钟差，保证本地时钟的1PPS输出与UTC(NIM)的1PPS输出量值保持一致最终实现本地时钟与原子时标国家基准UTC(NIM)的时钟同步。时钟调控模块通过调控算法对本地时钟与UTC(NIM)的钟差进行处理形成调控量，对本地时钟进行驯服控制，从而形成闭环，实现时间频率的高精度输出。
本发明还涉及一种使用所述时间频率原位校准装置对时间频率源进行校准的方法，其中所述时间频率源的校准方法如图2所示，具体校准步骤如下：
(1)被测时间频率源的10MHz和1PPS分别连接到时间频率原位校准装置的10MHz(外部)和1PPS(外部)输入端，将切换开关开关K切换到10MHz(外部)；
(2)原子时标国家基准UTC(NIM)的10MHz和1PPS连接到参考接收机的10MHz和1PPS输入端；
(3)启动时间频率原位校准装置和参考接收机，开始测量，连续记录15天的数据；
(4)利用英特网将时间频率原位校准装置与位于原子时标国家基准UTC(NIM)端的参考接收机连接，用于交互传输时间频率原位校准装置生成的被测时间频率源与GNSS卫星的钟差和参考接收机生成的原子时标国家基准UTC(NIM)与GNSS卫星的钟差；
(5)利用步骤4的两组钟差数据作差，得到被测时间频率源与原子时标国家基准UTC(NIM)的钟差，控制及数据处理平台的校准报告生成模块生成校准报告。
本发明还涉及一种使用所述时间频率原位校准装置对GNSS远程时间频率传递装置进行校准的校准方法，其中对GNSS远程时间频率传递装置的校准方法如图3所示，具体校准步骤如下：
(1)首先将时间频率原位校准装置的切换开关K切换到10MHz(本地)，连接好天线和网络；
(2)连接参考接收机的天线和网络，将原子时标国家基准UTC(NIM)的10MHz和1PPS连接到参考接收机的10MHz和1PPS输入端；
(3)通过卫星共视的原理，将时间频率原位校准装置的1PPS同步到原子时标国家基准；
(4)将时间频率原位校准装置的10MHz和1PPS连接到GNSS远程时间频率传递装置的10MHz和1PPS输入端；
(5)利用英特网将GNSS远程时间频率传递装置与位于原子时标国家基准UTC(NIM)端的参考接收机连接，用于交互传输时间频率原位校准装置测得的本地时钟生成的时间频率原位校准装置与GNSS卫星时钟的钟差和参考接收机生成测得的原子时标国家基准UTC(NIM)与GNSS卫星的钟差，计算两个钟差的差值，由于时间频率原位校准装置的1PPS与原子时标国家基准UTC(NIM)的1PPS已经同步，因此两个钟差的差值即为被测GNSS远程时间频率传递装置的内部时延。
(6)将步骤5中的内部时延结果送到校准证书生成模块，得到GNSS远程时间频率传递装置的校准报告。
Claims (5)
1.一种时间频率原位校准装置，其特征在于包括GNSS接收机模块、钟差测量模块、本地时钟、时钟调控模块和控制及数据处理平台，其中GNSS接收机模块分别与时钟调控模块、控制及数据处理平台、钟差测量模块连接，时钟调控模块进一步与本地时钟、控制及数据处理平台、以及钟差测量模块连接，钟差测量模块与控制及数据处理平台连接，其中控制及数据处理平台进一步包括FPGA逻辑时序及CPU处理单元、通信模块、钟差数据处理平台和校准报告生成模块，
其中所述GNSS接收机模块中的GNSS接收机接入GNSS信号，GNSS信号经过信号处理后，提取出星历、伪距和载波相位观测值；
将星历、伪距和载波相位观测值传输到控制及数据处理平台；钟差测量模块接收GNSS接收机和本地时钟的1PPS信号，进行时差测量，解算本地时钟与GNSS卫星时钟的钟差；通信模块接收下载GNSS卫星时钟与原子时标国家基准UTC的钟差，利用卫星共视的原理计算得到本地时钟与UTC的钟差；
接收及数据处理平台接收钟差数据后，计算两钟差的差值再除以两钟差的时间间隔得到两时钟的频差结果，将该频差结果发送到时钟调控模块，调节本地时钟的频率输出量，使本地时钟的频率与UTC(NIM)的频率量值保持一致，进而调控本地时钟，减小本地时钟与UTC的时钟钟差，保证本地时钟的1PPS输出与UTC(NIM)的1PPS输出量值保持一致，实现本地时钟与原子时标国家基准UTC(NIM)的时钟同步；
时钟调控模块对本地时钟与UTC(NIM)的钟差进行处理形成调控量，对本地时钟进行驯服控制，从而形成闭环，实现时间频率的高精度输出。
2.根据权利要求1所述的一种时间频率原位校准装置，其特征在于，其中所述GNSS接收机模块中的GNSS接收机接入GNSS信号，GNSS信号经过下变频、滤波处理和基带处理后，GNSS接收机完成对北斗信号的捕获、跟踪信号处理，提取出星历、伪距和载波相位观测值。
3.根据权利要求1所述的一种时间频率原位校准装置，其特征在于，时差测量时需要将本地时钟的10MHz作为参考时钟，控制及数据处理平台接收GNSS接收机和本地时钟的钟差、星历、伪距和载波相位观测值。
4.一种使用权利要求1-3任一所述的时间频率原位校准装置对时间频率源进行校准的校准方法，具体校准步骤如下：
(1)被测时间频率源的10MHz和1PPS分别连接到时间频率原位校准装置的10MHz和1PPS输入端，将切换开关开关K切换到10MHz；
(2)原子时标国家基准UTC(NIM)的10MHz和1PPS连接到参考接收机的10MHz和1PPS输入端；
(3)启动时间频率原位校准装置和参考接收机，开始测量，连续记录15天的数据；
(4)利用英特网将时间频率原位校准装置与位于原子时标国家基准UTC(NIM)端的参考接收机连接，用于交互传输时间频率原位校准装置生成的被测时间频率源与GNSS卫星的钟差和参考接收机生成的原子时标国家基准UTC(NIM)与GNSS卫星的钟差；
(5)利用上述步骤(4)的两组钟差数据作差，得到被测时间频率源与原子时标国家基准UTC(NIM)的钟差，控制及数据处理平台的校准报告生成模块生成校准报告。
5.一种使用权利要求1-3任一所述的时间频率原位校准装置对GNSS远程时间频率传递装置进行校准的校准方法，其中具体校准步骤如下：
(1)首先将时间频率原位校准装置的切换开关K切换到本地10MHz，连接好天线和网络；
(2)连接参考接收机的天线和网络，将原子时标国家基准UTC(NIM)的10MHz和1PPS连接到参考接收机的10MHz和1PPS输入端；
(3)通过卫星共视的原理，将时间频率原位校准装置的1PPS同步到原子时标国家基准；
(4)将时间频率原位校准装置的10MHz和1PPS连接到GNSS远程时间频率传递装置的10MHz和1PPS输入端；
(5)利用英特网将GNSS远程时间频率传递装置与位于原子时标国家基准UTC端的参考接收机连接，用于交互传输时间频率原位校准装置测得的本地时钟生成的时间频率原位校准装置与GNSS卫星时钟的钟差和参考接收机生成测得的原子时标国家基准UTC(NIM)与GNSS卫星的钟差，计算两个钟差的差值，由于时间频率原位校准装置的1PPS与原子时标国家基准UTC的1PPS已经同步，因此两个钟差的差值即为被测GNSS远程时间频率传递装置的内部时延；
(6)将上述步骤(5)中的内部时延结果送到校准证书生成模块，得到GNSS远程时间频率传递装置的校准报告。
Publications (1)
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