(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010234263.4
(22)申请日 2020.03.30
(71)申请人 中国电子科技集团公司第五十四研
究所
地址 050081 河北省石家庄市中山西路589
号中国电子科技集团公司第五十四研
究所卫星导航专业部
(72)发明人 王铮 戴雄 蔚保国 易卿武
戎强 霍海强 左兆辉 刘超
陈涛 刘晓宇
(74)专利代理机构 河北东尚律师事务所 13124
代理人 王文庆
(51)Int.Cl.
G04F 5/14(2006.01)
(54)发明名称
置
(57)摘要
本发明公开了一种多时钟综合守时方法及
多铷钟守时装置，涉及多铷钟守时技术领域。本
发明通过配备多台铷钟，对这些铷钟综合得到综
合钟，并使晶振在守时状态时保持与综合钟的一
致，能够保证守时的高指标性能和更好的一致
性。本发明采用了适应铷钟特性的综合守时技
术，能够有效利用系统的多铷钟资源，保证守时
性能。权利要求书1页 说明书5页 附图1页CN 111399366 A 2020.07.10
C N 111399366
A
1.一种多时钟综合守时方法，其特征在于，用于在守时状态下根据N个铷钟的时间保持晶振的守时精确度，N≥2，包括以下步骤：
（1）测量各铷钟与晶振之间的时差；
（2）以一个铷钟作为参考钟，将其他各铷钟的时差归算至参考钟，得到N -1个铷钟与参考钟之间的时差； （3）计算步骤（2）中各时差在观测周期内的变化量；
（4）对步骤（3）所得的变化量进行加权平均，得到综合钟与参考钟的时差在观测周期内的变化量，所述综合钟为由N -1个铷钟所确定的一个虚拟时钟；
（5）以晶振与参考钟的时差作为观测周期初始时综合钟与参考钟的时差，根据步骤（4）所得的变化量，求得观测周期末时综合钟与参考钟的时差；
（6）根据参考钟以及步骤（5）所得的观测周期末时的时差，调整晶振，使晶振与综合钟保持一致；
所述步骤（4）中加权平均的方式为：
（401）计算除参考钟外N -1个铷钟相对于晶振输出时间的误差；
（402）计算步骤（401）所得误差的阿伦方差，求得N -1个铷钟的稳定性，并将归一化后的稳定性值作为各对应铷钟的权值；
（403）依据步骤（402）所得的权值进行加权平均。
2.一种高可靠多铷钟守时装置，其特征在于，包括时频综合模块、电源模块以及一个或多个铷钟模块，
所述时频综合模块包括外参考解码模块、恒温晶振、数模转换器、第一时差测量芯片以及第一单片机，各铷钟模块均包括各自的铷钟、第二时差测量芯片以及第二单片机，各铷钟模块均通过CAN总线与时频综合模块连接；
所述外参考解码模块用于接收外部输入的外参考信号，并将外参考信号传给第一时差测量芯片；所述第一单片机通过CAN总线与各铷钟模块的第二单片机通信；各铷钟模块的第二时差测量芯片通过CAN总线与所述恒温晶振通信；
当本装置处于跟踪、锁定外参考信号的状态时，各铷钟模块使用内置的第二时差测量芯片测量各自铷钟输出的1PPS信号与恒温晶振输出的1PPS信号的时间差，并依据该时间差，进行滤波后调整各自铷钟的频率，以实现各自铷钟对恒温晶振的跟踪和锁定，从而间接实现铷钟对外参考信号的跟踪和锁定；
锁定后，当外参考信号消失，或人工设置使本装置工作在守时状态时，各铷钟模块使用内置的第二时差测量芯片测量各自铷钟输出的1PPS信号与恒温晶振输出的1PPS信号的时间差，并通过CAN总线将各自的时间差信息发送至时频综合模块的第一单片机；第一单片机依据各时间差信息，通过如权利要求1所述的多时钟综合守时方法调整恒温晶振的频率，以实现恒温晶振对多铷钟综合时间的跟踪。
权 利 要 求 书1/1页CN 111399366 A
一种多时钟综合守时方法及多铷钟守时装置
技术领域
[0001]本发明涉及多铷钟守时技术领域，特别是指一种多时钟综合守时方法及多铷钟守时装置，适用于内含铷钟的各类授时、守时终端。
背景技术
[0002]目前，铷钟因其体积小、功耗低、价格低、频率准确度及稳定度高、寿命长、温度适应性强等特点，广泛应用于各类地面固定、车载、舰载授时及守时终端中。
[0003]铷钟守时主要采用外部输入参考信号进行时钟驯服的方式进行铷钟频率准确度校准，并依据铷钟进行参考源失效或关闭后的高精度守时，持续输出准确、稳定的时间频率信号。
[0004]在高可靠性应用需求下，通常配备多台铷钟进行守时。传统的时频生成原理中，需根据系统规则，选择其中一个铷钟作为主时钟源，产生系统时钟，主用时钟故障时切换系统主用时钟至备用铷钟。但是，这种方案存在如下弊端：
1)守时指标由主用铷钟决定，守时指标随机性大；
2)系统只有一个铷钟参与本地时间产生，其它铷钟闲置，未最大化利用资源；
3)主备钟切换会产生相位跳变；
4)主备钟切换时间较长，会引起系统业务中断。
发明内容
[0005]有鉴于此，本发明提供一种多时钟综合守时方法及多铷钟守时装置，可有效利用系统的多铷钟资源，保证守时性能，提高可靠性。
[0006]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种多时钟综合守时方法，用于在守时状态下根据N个铷钟的时间保持晶振的守时精确度，N≥2，包括以下步骤：
（1）测量各铷钟与晶振之间的时差；
（2）以一个铷钟作为参考钟，将其他各铷钟的时差归算至参考钟，得到N-1个铷钟与参考钟之间的时差；
（3）计算步骤（2）中各时差在观测周期内的变化量；
（4）对步骤（3）所得的变化量进行加权平均，得到综合钟与参考钟的时差在观测周期内的变化量，所述综合钟为由N-1个铷钟所确定的一个虚拟时钟；
（5）以晶振与参考钟的时差作为观测周期初始时综合钟与参考钟的时差，根据步骤（4）所得的变化量，求得观测周期末时综合钟与参考钟的时差；
（6）根据参考钟以及步骤（5）所得的观测周期末时的时差，调整晶振，使晶振与综合钟保持一致；
所述步骤（4）中加权平均的方式为：
（401）计算除参考钟外N-1个铷钟相对于晶振输出时间的误差；
（402）计算步骤（401）所得误差的阿伦方差，求得N-1个铷钟的稳定性，并将归一化后的稳定性值作为各对应铷钟的权值；
（403）依据步骤（402）所得的权值进行加权平均。
[0007]此外，本发明还提供一种高可靠多铷钟守时装置，其包括时频综合模块、电源模块以及一个或多个铷钟模块，所述时频综合模块包括外参考解码模块、恒温晶振、数模转换器、第一时差测量芯片以及第一单片机，各铷钟模块均包括各自的铷钟、第二时差测量芯片以及第二单片机，各铷钟模块均通过CAN总线与时频综合模块连接；
所述外参考解码模块用于接收外部输入的外参考信号，并将外参考信号传给第一时差测量芯片；所述第一单片机通过CAN总线与各铷钟模块的第二单片机通信；各铷钟模块的第二时差测量芯片通过CAN总线与所述恒温晶振通信；
当本装置处于跟踪、锁定外参考信号的状态时，各铷钟模块使用内置的第二时差测量芯片测量各自铷钟输出的1PPS信号与恒温晶振输出的1PPS信号的时间差，并依据该时间差，进行滤波后调整各自铷钟的频率，以实现各自铷钟对恒温晶振的跟踪和锁定，从而间接实现铷钟对外参考信号的跟踪和锁定；
锁定后，当外参考信号消失，或人工设置使本装置工作在守时状态时，各铷钟模块使用内置的第二时差测量芯片测量各自铷钟输出的1PPS信号与恒温晶振输出的1PPS信号的时间差，并通过CAN总线将各自的时间差信息发送至时频综合模块的第一单片机；第一单片机依据各时间差信息，通过如上所述的多时钟综合守时方法调整恒温晶振的频率，以实现恒温晶振对多铷钟综合时间的跟踪。
[0008]本发明采用上述技术方案而具有的有益效果如下：
1、可实现铷钟综合守时，并可无缝切换设备时间至任一指定时钟。
[0009]2、采用多铷钟综合守时，可提高设备守时的可靠性。
[0010]3、不依赖于某一具体铷钟，可实现多铷钟的增减和更换。
附图说明
[0011]图1为本发明实施例中多铷钟守时装置的结构示意图。
具体实施方式
[0012]以下结合附图对本发明做进一步的说明。
[0013]一种多时钟综合守时方法，用于在守时状态下根据N个铷钟的时间保持晶振的守时精确度，N≥2，包括以下步骤：
（1）测量各铷钟与晶振之间的时差；
（2）以一个铷钟作为参考钟，将其他各铷钟的时差归算至参考钟，得到N-1个铷钟与参考钟之间的时差；
（3）计算步骤（2）中各时差在观测周期内的变化量；
（4）对步骤（3）所得的变化量进行加权平均，得到综合钟与参考钟的时差在观测周期内的变化量，所述综合钟为由N-1个铷钟所确定的一个虚拟时钟；
（5）以晶振与参考钟的时差作为观测周期初始时综合钟与参考钟的时差，根据步骤（4）所得的变化量，求得观测周期末时综合钟与参考钟的时差；
（6）根据参考钟以及步骤（5）所得的观测周期末时的时差，调整晶振，使晶振与综合钟保持一致；
所述步骤（4）中加权平均的方式为：
（401）计算除参考钟外N-1个铷钟相对于晶振输出时间的误差；
（402）计算步骤（401）所得误差的阿伦方差，求得N-1个铷钟的稳定性，并将归一化后的稳定性值作为各对应铷钟的权值；
（403）依据步骤（402）所得的权值进行加权平均。
[0014]此外，本发明还提供一种高可靠多铷钟守时装置，其包括时频综合模块、电源模块以及一个或多个铷钟模块，所述时频综合模块包括外参考解码模块、恒温晶振、数模转换器、第一时差测量芯片以及第一单片机，各铷钟模块均包括各自的铷钟、第二时差测量芯片以及第二单片机，各铷钟模块均通过CAN总线与时频综合模块连接；
所述外参考解码模块用于接收外部输入的外参考信号，并将外参考信号传给第一时差测量芯片；所述第
一单片机通过CAN总线与各铷钟模块的第二单片机通信；各铷钟模块的第二时差测量芯片通过CAN总线与所述恒温晶振通信；
当本装置处于跟踪、锁定外参考信号的状态时，各铷钟模块使用内置的第二时差测量芯片测量各自铷钟输出的1PPS信号与恒温晶振输出的1PPS信号的时间差，并依据该时间差，进行滤波后调整各自铷钟的频率，以实现各自铷钟对恒温晶振的跟踪和锁定，从而间接实现铷钟对外参考信号的跟踪和锁定；
锁定后，当外参考信号消失，或人工设置使本装置工作在守时状态时，各铷钟模块使用内置的第二时差测量芯片测量各自铷钟输出的1PPS信号与恒温晶振输出的1PPS信号的时间差，并通过CAN总线将各自的时间差信息发送至时频综合模块的第一单片机；第一单片机依据各时间差信息，通过如上所述的多时钟综合守时方法调整恒温晶振的频率，以实现恒温晶振对多铷钟综合时间的跟踪。
[0015]上述装置可采用模块化设计，依据实际需求配备1台至多台铷钟，铷钟模块与时频综合模块间，仅有CAN总线接口连接，可支持自由扩展。
[0016]以双铷钟为例，如图1所示，一种高可靠多铷钟守时装置，其主要由时频综合模块、铷钟模块1、铷钟模块2、电源模块组成。时频综合模块主要包含外参考解码模块1、恒温晶振2、时差测量芯片3、DAC 4、单片机5。铷钟模块1主要包含时差测量芯片7、铷钟8、单片机9组成。铷钟模块2主要包含时差测量芯片10、铷钟11、单片机12组成。
[0017]当设备处于跟踪、锁定外参考源状态时，各模块工作方式如下：
1)时频综合模块通过外参考解码模块1对外部参考信号进行时间解析；
2)时频综合模块单片机5控制时差测量芯片3，测量解码模块1解析出的1PPS信号与恒温晶振分频产生的1PPS信号的时间差；
3)时频综合模块内置单片机5对该时间差进行滤波后，通过调整DAC 4芯片，驯服恒温晶振，使时频综合模块1PPS信号实现对外部参考信号的跟踪锁定；
4)铷钟模块1使用内置时差测量芯片7测量铷钟8输出1PPS信号与恒温晶振3输出1PPS 信号的时间差，并依据该时间差，进行滤波后调整铷钟频率以实现铷钟对恒温晶振的跟踪锁定，间接实现铷钟对外部参考的跟踪锁定。铷钟模块2工作原理同铷钟模块1。
[0018]当设备处于锁定后，参考源失效或人工设置使设备工作在守时状态时，由于铷钟
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