專利名稱：提高遠程雙向時間比對調(diào)制解調(diào)器同步精度的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提高時間同步精度的方法，特別是涉及提高遠程雙向時間比對調(diào)制解調(diào)器同步精度的方法及裝置。
背景技術(shù)：
衛(wèi)星雙向的時間比對利用專用的時間比對調(diào)制解調(diào)器對定時信號進行調(diào)制發(fā)射與接收解調(diào)，同時測量本地IPPS與解調(diào)出的IPPS之間的時間間隔，通過交換測量值可以精確的獲得比對站間的時間差。調(diào)制解調(diào)器是雙向時間比對的核心設(shè)備，它的性能最終決定了整個比對系統(tǒng)的性能。而調(diào)制解調(diào)器的性能體現(xiàn)在恢復(fù)的秒脈沖的精度。總的來說，恢復(fù)秒脈沖的精度主要取決于兩個條件，其一是接收端定時恢復(fù)的性能，其二則是發(fā)射端對原子鐘秒脈沖的采樣精度問題。發(fā)射端秒脈沖的采樣精度取決于采樣時鐘，例如，發(fā)射端使用IOOMHz的采樣時鐘，那么就會存在IOns的誤差，就是說調(diào)制解調(diào)器的同步精度最高為 10ns。而在遠程雙向時間比對中要求的同步精度可達Ins。目前解決這個問題一般采用提高采樣時鐘頻率的方法，但這種方法存在諸多弱點，首先需要一個獨立的高倍時鐘源提供時鐘，這會增加設(shè)備研制的復(fù)雜性；再者目前研制調(diào)制解調(diào)器一般采用可編程邏輯器件FPGA 完成，而FPGA的時鐘最高只能達到600MHz左右，這顯然無法滿足要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于避免以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種提高遠程雙向時間比對調(diào)制解調(diào)器的同步精度的方法及裝置。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)提高遠程雙向時間比對調(diào)制解調(diào)器同步精度的方法，該方法包括如下步驟1)調(diào)制器中的秒脈沖采樣及數(shù)據(jù)組幀模塊對接收的外部輸入秒脈沖信號進行采樣，并生成數(shù)據(jù)組幀；2)秒脈沖生成模塊根據(jù)接收來的數(shù)據(jù)組幀生成新秒脈沖信號；3)時間間隔計數(shù)器測定該時間間隔計數(shù)器接收到外部輸入秒脈沖信號和新秒脈沖信號之間的時間間隔Δ Tpps (t)；4)測定外部輸入秒脈沖信號和新秒脈沖信號分別通過各自線纜到達時間間隔計數(shù)器時在相應(yīng)線纜中的延遲的線纜延遲差值A(chǔ)Trable ；5)對測定的時間間隔值和線纜延遲差值進行修正得到調(diào)制解調(diào)器的測量結(jié)果 AT“t)；Δ Ti (t) = Δ T (t) + Δ Tpps (t) - Δ Tcable (t)，Δ T (t)為未加修正的調(diào)制解調(diào)器的測量結(jié)果。進一步，所述外部輸入秒脈沖信號通過功分器輸入至秒脈沖采樣及數(shù)據(jù)組幀模塊。進一步，所述秒脈沖信號的采樣時刻為數(shù)據(jù)組幀的起始時刻。
進一步，所述秒脈沖信號的采樣時鐘為IOMHz或100MHz。進一步，所述生成新秒脈沖信號是指所述數(shù)據(jù)組幀對新的秒脈沖生成模塊進行觸發(fā)，該觸發(fā)是從數(shù)據(jù)組幀的幀頭起始位置進行同步觸發(fā)，生成一個新的脈寬為IOms的秒脈沖信號。進一步，所述時間間隔計數(shù)器的分辨力小于Ins。進一步，所述線纜延遲差值A(chǔ)T。able為外部輸入秒脈沖信號通過線纜進入時間間隔計數(shù)器的延遲時間與新秒脈沖信號通過另一線纜進入時間間隔計數(shù)器的延遲時間的差值。進一步，所述對測定的時間間隔值和線纜延遲差值進行修正為對平滑濾波修正。提高遠程雙向時間比對調(diào)制解調(diào)器同步精度的裝置，該裝置包括秒脈沖采樣及數(shù)據(jù)組幀模塊，用于對接收的外部輸入秒脈沖信號進行采樣，并生成數(shù)據(jù)組幀；新的秒脈沖生成模塊，用于根據(jù)接收來的數(shù)據(jù)組幀生成新的秒脈沖信號；時間間隔測量模塊，用于測定接收的外部輸入秒脈沖信號的時間和新的秒脈沖信號之間的時間間隔Δ Tpps (t)；線纜延遲差值測量模塊，用于測定外部輸入秒脈沖信號和生成的新的秒脈沖信號分別通過各自線纜進入時間間隔計數(shù)器中的線纜延遲差值ΔΤ。—；數(shù)據(jù)處理模塊，用于對測定的時間間隔值和線纜延遲值進行修正得到調(diào)制解調(diào)器的測量結(jié)果。進一步，所述秒脈沖采樣及數(shù)據(jù)組幀模塊通過功分器接收外部輸入秒脈沖信號。本發(fā)明的優(yōu)點在于它能夠彌補提高采樣時鐘頻率方案的不足，并且能夠使調(diào)制解調(diào)器的同步精度達到Ins。


圖1 :為實現(xiàn)本發(fā)明的系統(tǒng)裝置圖；圖2 本發(fā)明方法流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明提高遠程雙向時間比對調(diào)制解調(diào)器同步精度的方法及裝置主要是在調(diào)制解調(diào)器的發(fā)射端生成的新的秒脈沖信號，測量該秒脈沖信號與外部輸入的原始秒脈沖信號之間的時間間隔來提高雙向時間比對調(diào)制解調(diào)器的同步精度。下面結(jié)合圖1-2來說明本發(fā)明。如圖1所示為本發(fā)明的系統(tǒng)裝置圖，該裝置包括秒脈沖采樣及數(shù)據(jù)組幀模塊1，用于對接收的外部輸入秒脈沖信號進行采樣，并生成數(shù)據(jù)組幀；新的秒脈沖生成模塊2，用于根據(jù)接收來的數(shù)據(jù)組幀生成新秒脈沖信號；時間間隔測量模塊3，用于測定接收到外部輸入秒脈沖信號的時間和接收到新秒脈沖信號的時間之間的時間間隔ATpps(t)；測定外部輸入秒脈沖信號和新秒脈沖信號分別通過各自線纜到達時間間隔計數(shù)器時在相應(yīng)線纜中的延遲的線纜延遲差值A(chǔ)Trable ；數(shù)據(jù)處理模塊5，用于對測定的時間間隔值和線纜延遲值進行修正得到調(diào)制解調(diào)器的測量結(jié)果。所述秒脈沖采樣及數(shù)據(jù)組幀模塊1可通過功分器接收外部本地原子鐘的秒脈沖信號，所述功分器可以是一個三通接口。所述數(shù)據(jù)處理模塊5可以采樣一個主控計算機進行數(shù)據(jù)處理。如圖2為本發(fā)明方法的流程圖。結(jié)合本發(fā)明的系統(tǒng)裝置圖對本發(fā)明的方法進行如下說明。1)調(diào)制器中的秒脈沖采樣及數(shù)據(jù)組幀模塊對接收的外部輸入秒脈沖信號進行采樣，并生成數(shù)據(jù)組幀。本地原子鐘為調(diào)制解調(diào)器的脈沖采樣及數(shù)據(jù)組幀模塊提供Ipps秒脈沖信號，該秒脈沖信號具體可通過調(diào)制器上的功分器分為兩路一路輸入到脈沖采樣及數(shù)據(jù)組幀模塊進行采樣，將它作為數(shù)據(jù)組幀的觸發(fā)信號，采樣時鐘可以為IOMHz或者100MHz。這樣每個秒脈沖信號的采樣起始時刻即是數(shù)據(jù)組幀的起始時刻。另一路則通過線纜A連接到時間間隔計數(shù)器。所述功分器可以是一個三通接口。通過此功分器的目的是將Ipps秒信號送入秒脈沖采樣及數(shù)據(jù)組幀模塊處理的同時還要將其通過線纜A送入到時間間隔計數(shù)器作為時間間隔計數(shù)器的開門脈沖。秒脈沖采樣及數(shù)據(jù)組幀模塊內(nèi)部采用高倍時鐘對秒脈沖信號進行采樣，得到該秒脈沖的上升沿，然后在該上升沿控制下進行數(shù)據(jù)的組幀工作，數(shù)據(jù)組幀的起始時刻即是上升沿時刻，而數(shù)據(jù)組幀的格式可以根據(jù)需要自定義，幀頭一般采用偽隨機碼。2)秒脈沖生成模塊根據(jù)接收來的數(shù)據(jù)組幀生成新的秒脈沖信號。所述數(shù)據(jù)組幀對新的秒脈沖生成模塊進行觸發(fā)，該觸發(fā)是從數(shù)據(jù)組幀的幀頭起始位置進行同步觸發(fā)，生成一個新的脈寬為IOms的秒脈沖信號，并將該信號輸出，通過線纜B 連接到時間間隔計數(shù)器，該時間間隔計數(shù)器可以選擇高分辨力的時間間隔計數(shù)器。上述秒脈沖采樣及數(shù)據(jù)組幀模塊和新的秒脈沖生成模塊可以采用FPGA來實現(xiàn)，所述功分器可以集成在FPGA板上。3)時間間隔計數(shù)器測定接收的外部輸入秒脈沖信號的時間和新的秒脈沖信號之間的時間間隔Δ Tpps (t)時間間隔計數(shù)器的開門信號是通過線纜A接入的來自功分器的秒脈沖信號，它的關(guān)門信號是通過線纜B接入的來自新的秒脈沖生成模塊輸出的新的秒脈沖信號。時間間隔計數(shù)器的測量值就是這兩個秒脈沖信號的時間間隔值，且每秒鐘更新一次，因此與時間間隔計數(shù)器連接的主控計算機每秒鐘都會收到時間間隔計數(shù)器的測量結(jié)果?？梢圆捎酶呔葧r間間隔計數(shù)器對外部原子鐘的秒脈沖和調(diào)制解調(diào)器內(nèi)部生成的新秒脈沖信號進行時間間隔的測量，由于遠程雙向時間比對調(diào)制解調(diào)器要求的同步精度為1ns，因此對時間間隔計數(shù)器的分辨力要求必須在Ins以內(nèi)，這樣可以比較精確的測定兩個秒脈沖的時間間隔值。4)測定外部輸入秒脈沖信號和生成的新秒脈沖信號分別通過各自線纜進入時間間隔計數(shù)器中的線纜延遲差值ΔΤ。Λ1ε，所述線纜延遲差值A(chǔ)T。able*外部輸入秒脈沖信號通過線纜A進入時間間隔計數(shù)器的延遲時間與新秒脈沖信號通過另一線纜B進入時間間隔計數(shù)器的延遲時間的差值。由于將原子鐘秒脈沖和生成的新秒脈沖需要通過線纜進入時間間隔計數(shù)器中，對兩段線纜延遲值的測定也就極為重要。對線纜延遲值可以采用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測定，最終獲得延遲差值，該值可以提前測定，以在數(shù)據(jù)處理時使用。5)對測定的時間間隔值和線纜延遲值進行修正得到調(diào)制解調(diào)器的測量結(jié)果。
測定的秒脈沖信號的時間間隔值不是一個固定的誤差值，在主控計算機對比對數(shù)據(jù)處理時需要利用該誤差值和兩段線纜的延遲差值對最終數(shù)據(jù)進行修正，從而使最終的同步精度達到優(yōu)于Ins的水平。對測定的時間間隔值和線纜延遲差值進行修正時可以采用平滑濾波修正方式或者別的修正方式進行數(shù)據(jù)處理。利用提前測定的線纜A和B的延遲誤差值和每秒鐘測量一次的兩個秒脈沖的時間間隔測量值對最終時間比對數(shù)據(jù)進行處理時，處理方法可以是測量的兩個秒脈沖的時間間隔值為ATpps(t)，線纜A和B的延遲差A(yù)T。able，修正后的測量結(jié)果為ATi(t)則有 ATi⑴=Δ T (t) + Δ Tpps (t)-Δ Tcable (t), AT(t)表示未加修正的調(diào)制解調(diào)器的測量結(jié)果， 該測量結(jié)果為調(diào)制解調(diào)器的單向測量值(秒脈沖傳輸?shù)臅r間)，經(jīng)過修正后從而能使調(diào)制解調(diào)器的同步精度達到Ins。
權(quán)利要求
1.提高遠程雙向時間比對調(diào)制解調(diào)器同步精度的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟1)調(diào)制器中的秒脈沖采樣及數(shù)據(jù)組幀模塊對接收的外部輸入秒脈沖信號進行采樣，并生成數(shù)據(jù)組幀；2)秒脈沖生成模塊根據(jù)接收來的數(shù)據(jù)組幀生成新秒脈沖信號；3)時間間隔計數(shù)器測定該時間間隔計數(shù)器接收到外部輸入秒脈沖信號和新秒脈沖信號之間的時間間隔Δ Tpps (t)；4)測定外部輸入秒脈沖信號和新秒脈沖信號分別通過各自線纜到達時間間隔計數(shù)器時在相應(yīng)線纜中的延遲的線纜延遲差值A(chǔ)T。able;5)對測定的時間間隔值和線纜延遲差值進行修正得到調(diào)制解調(diào)器的測量結(jié)果八聊；ATi (t) = Δ T (t) + Δ Tpps (t)-Δ Tcable (t), AT(t)為未加修正的調(diào)制解調(diào)器的測量結(jié)^ ο
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述提高遠程雙向時間比對調(diào)制解調(diào)器同步精度的方法，所述外部輸入秒脈沖信號通過功分器輸入至秒脈沖采樣及數(shù)據(jù)組幀模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述提高遠程雙向時間比對調(diào)制解調(diào)器同步精度的方法，其特征在于，所述秒脈沖信號的采樣時刻為數(shù)據(jù)組幀的起始時刻。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述提高遠程雙向時間比對調(diào)制解調(diào)器同步精度的方法，其特征在于，所述秒脈沖信號的采樣時鐘為IOMHz或100MHz。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述提高遠程雙向時間比對調(diào)制解調(diào)器同步精度的方法，其特征在于，所述生成新秒脈沖信號是指所述數(shù)據(jù)組幀對新的秒脈沖生成模塊進行觸發(fā)，該觸發(fā)是從數(shù)據(jù)組幀的幀頭起始位置進行同步觸發(fā)，生成一個新的脈寬為IOms的秒脈沖信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述提高遠程雙向時間比對調(diào)制解調(diào)器同步精度的方法，其特征在于，所述時間間隔計數(shù)器的分辨力小于Ins。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述提高遠程雙向時間比對調(diào)制解調(diào)器同步精度的方法，其特征在于，所述線纜延遲差值ΔΤ。Λ1ε為外部輸入秒脈沖信號通過線纜進入時間間隔計數(shù)器的延遲時間與新秒脈沖信號通過另一線纜進入時間間隔計數(shù)器的延遲時間的差值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述提高遠程雙向時間比對調(diào)制解調(diào)器同步精度的方法，其特征在于，所述對測定的時間間隔值和線纜延遲差值進行修正為對平滑濾波修正。
9.提高遠程雙向時間比對調(diào)制解調(diào)器同步精度的裝置，其特征在于，該裝置包括秒脈沖采樣及數(shù)據(jù)組幀模塊，用于對接收的外部輸入秒脈沖信號進行采樣，并生成數(shù)據(jù)組幀；新的秒脈沖生成模塊，用于根據(jù)接收來的數(shù)據(jù)組幀生成新的秒脈沖信號；時間間隔測量模塊，用于測定接收的外部輸入秒脈沖信號的時間和新的秒脈沖信號之間的時間間隔Δ Tpps (t)；線纜延遲差值測量模塊，用于測定外部輸入秒脈沖信號和生成的新的秒脈沖信號分別通過各自線纜進入時間間隔計數(shù)器中的線纜延遲差值A(chǔ)Trable ；數(shù)據(jù)處理模塊，用于對測定的時間間隔值和線纜延遲值進行修正得到調(diào)制解調(diào)器的測量結(jié)果。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述提高遠程雙向時間比對調(diào)制解調(diào)器同步精度的裝置，其特征在于所述秒脈沖采樣及數(shù)據(jù)組幀模塊通過功分器接收外部輸入秒脈沖信號。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種提高遠程雙向時間比對調(diào)制解調(diào)器同步精度的方法及裝置。該方法包括1)調(diào)制器中的秒脈沖采樣及數(shù)據(jù)組幀模塊對接收的外部輸入秒脈沖信號進行采樣，并生成數(shù)據(jù)組幀；2)秒脈沖生成模塊根據(jù)接收來的數(shù)據(jù)組幀生成新的秒脈沖信號；3)時間間隔計數(shù)器測定該時間間隔計數(shù)器接收的外部輸入秒脈沖信號和新秒脈沖信號之間的時間間隔ΔTpps(t)；4)測定外部輸入秒脈沖信號和生成的新的秒脈沖信號分別通過各自線纜進入時間間隔計數(shù)器中的線纜延遲差值ΔTcable，5)對測定的時間間隔值和線纜延遲差值進行修正得到時間比對結(jié)果。本發(fā)明能夠彌補提高采樣時鐘頻率方案的不足，并且能夠使調(diào)制解調(diào)器的同步精度達到1ns。
文檔編號H04L7/00GK102510327SQ20111033335
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月28日
發(fā)明者張升康, 王學(xué)運 申請人:北京無線電計量測試研究所