一種衛(wèi)星雙向時間比對的粗同步方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種衛(wèi)星雙向時間比對的粗同步方法，通過搭建衛(wèi)星雙向時間比對系統(tǒng)、測量粗略鐘差、相位微躍模塊（11）調(diào)節(jié)1PPS相位和實現(xiàn)粗同步，最后實現(xiàn)兩站間1PPS的粗同步。本發(fā)明通過在衛(wèi)星雙向時間比對從站（2）串接粗同步裝置（9），直接測量主原子鐘（3）、從原子鐘（6）1PPS的初始鐘差，利用相位微躍模塊（11）對從站1PPS進(jìn)行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)衛(wèi)星雙向時間比對主從時間的粗對齊，利用控制模塊（13）實現(xiàn)鐘差測量與處理，并對裝置的工作時序進(jìn)行控制，在不需要借助其它手段的情況下，完成主從站時間的粗同步，提升了衛(wèi)星雙向時間比對系統(tǒng)的自主性和獨立性。
【專利說明】—種衛(wèi)星雙向時間比對的粗同步方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種粗同步方法，特別是一種衛(wèi)星雙向時間比對的粗同步方法。
【背景技術(shù)】
[0002]衛(wèi)星雙向時間比對是目前精度最高的時間傳遞技術(shù)之一，它利用地球同步通信衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)時間傳遞地球站間的定時調(diào)制信息，實現(xiàn)各站間高精度時間信息交互比對，廣泛用于國際標(biāo)準(zhǔn)時間(TAI/UTC)比對、標(biāo)準(zhǔn)時間溯源以及高精度遠(yuǎn)程時間同步中。在進(jìn)行衛(wèi)星雙向時間比對時，需要對參加比對的地面站原子鐘的時間脈沖(IPPS)進(jìn)行粗同步，以便降低雙向比對鏈路非對稱性，進(jìn)一步提高雙向比對的精度。
[0003]目前，國內(nèi)外在使用衛(wèi)星雙向時間比對技術(shù)進(jìn)行高精度時間同步時，基本上都采用GPS粗同步方法，它在每個比對站安裝GPS定時接收機(jī)，利用相位微躍計將原子鐘輸出的秒脈沖信號同步到GPS定時接收機(jī)的秒脈沖上?；贕PS定時接收機(jī)的粗同步方法，可以實現(xiàn)50ns左右的粗同步精度，可以滿足現(xiàn)有的亞納秒量級衛(wèi)星雙向時間比對系統(tǒng)的精度要求，但該方法依賴于外部衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，降低了雙向時間比對的獨立性，在戰(zhàn)時或敏感時期，GPS往往容易受到人為干擾或控制，使得GPS定時設(shè)備精度指標(biāo)或可用性降低，甚至無法使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于提供一種衛(wèi)星雙向時間比對的粗同步方法，解決傳統(tǒng)依賴于GPS定時接收機(jī)而引起的易受干擾、獨立性差的問題。
[0005]一種衛(wèi)星雙向時間比對的粗同步方法的具體步驟為:
第一步搭建衛(wèi)星雙向時間比對系統(tǒng)
衛(wèi)星雙向時間比對系統(tǒng)，包括:衛(wèi)星雙向時間比對主站和衛(wèi)星雙向時間比對從站。其中，衛(wèi)星雙向時間比對主站，包括:主原子鐘、主時間比對調(diào)制解調(diào)器和主衛(wèi)星收發(fā)地球站；衛(wèi)星雙向時間比對從站，包括:從原子鐘、從時間比對調(diào)制解調(diào)器、從衛(wèi)星收發(fā)地球站和粗同步裝置。粗同步裝置，包括:1PPS分路器、相位微躍模塊、二選一開關(guān)和控制模塊。
[0006]在衛(wèi)星雙向時間比對主站，主原子鐘輸出的IOMHz和IPPS信號輸入至主時間比對調(diào)制解調(diào)器參考輸入端相連，主時間比對調(diào)制解調(diào)器的中頻輸出與主衛(wèi)星收發(fā)地球站的中頻輸入端相連，主衛(wèi)星收發(fā)地球站的中頻輸出端與主時間比對調(diào)制解調(diào)器的中頻輸入端相連。
[0007]在衛(wèi)星雙向時間比對從站，從原子鐘輸出的IOMHz和IPPS信號與粗同步裝置的參考輸入端相連，粗同步裝置對IOMHz和IPPS信號進(jìn)行處理后輸出給從時間比對調(diào)制解調(diào)器，從時間比對調(diào)制解調(diào)器的中頻輸出與從衛(wèi)星收發(fā)地球站的中頻輸入端相連，從時間比對調(diào)制解調(diào)器的測量數(shù)據(jù)輸出端口與粗同步裝置的數(shù)據(jù)輸入端相連，從衛(wèi)星收發(fā)地球站的中頻輸出端與從時間比對調(diào)制解調(diào)器的中頻輸入端相連。
[0008]在粗同步裝置內(nèi)，各模塊間的連接關(guān)系是:1PPS分路器IPPS輸入端與從站原子鐘IPPS輸出端相連，并將IPPS信號分配成兩路，利用同軸電纜分別輸出給相位微躍模塊與二選一開關(guān)的IPPS輸入端；相位微躍模塊接收IPPS分路器的IPPS信號、從站原子鐘的IOMHz信號和控制模塊的控制信號,輸出調(diào)整后的IPPS信號至二選一開關(guān),輸出處理后的IOMHz至從站時間比對調(diào)制解調(diào)器；二選一開關(guān)接收IPPS分路器和相位微躍模塊輸入的兩路IPPS信號，以及控制模塊輸送的控制信號，選擇一路IPPS輸出至從站時間比對調(diào)制解調(diào)器；控制模塊數(shù)據(jù)采集端與從站時間比對調(diào)制解調(diào)器輸出端口相連，控制信號輸出端口分別與相位微躍模塊和二選一開關(guān)控制端口相連。
[0009]相位微躍模塊的功能為:接收從站銣鐘IOMHz參考信號和IPPS分路器輸出的IPPS信號，根據(jù)控制模塊的相位控制量對IPPS信號進(jìn)行超前滯后控制，并保證IPPS和IOMHz的相參性。
[0010]控制模塊的功能為:完成二選一開關(guān)的時序執(zhí)行控制，采集時間比對調(diào)制解調(diào)器的原子鐘粗同步測量數(shù)據(jù)，并對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計算相位控制量，并對相位微躍模塊進(jìn)行控制。
[0011]第二步測量粗略鐘差
在衛(wèi)星雙向時間比對主站中，主原子鐘為主站提供必須的時間和頻率參考；主時間比對調(diào)制解調(diào)器完成對主原子鐘輸出秒脈沖信號的調(diào)制，解調(diào)主衛(wèi)星收發(fā)地球站輸出的中頻調(diào)制信號，恢復(fù)其中定時信息，并測量本地秒信號與恢復(fù)秒信號的時間間隔；主衛(wèi)星收發(fā)地球站完成對中頻信號的變頻放大，并通過天線向衛(wèi)星輻射，另外，主衛(wèi)星收發(fā)機(jī)還接收衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的遠(yuǎn)程定時調(diào)制信號，對其進(jìn)行放大變頻后供主時間比對調(diào)制解調(diào)器使用。在衛(wèi)星雙向時間比對從站，從原子鐘產(chǎn)生比對必須的時間和頻率參考信號；粗同步裝置對本地IPPS信號進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，按照控制流程產(chǎn)生粗同步IPPS信號；從時間比對調(diào)制解調(diào)器和從衛(wèi)星收發(fā)地球站的作用與對應(yīng)的主站設(shè)備相同。在粗同步裝置內(nèi)，IPPS分路器接收從原子鐘IPPS信號，將其分配成獨立的兩路IPPS信號，分別提供給二選一開關(guān)和相位微躍模塊；二選一開關(guān)接收IPPS分路器和相位微躍模塊的分別輸入兩路IPPS信號，在控制模塊的控制下選擇其中一路輸出給從時間比對調(diào)制解調(diào)器。
[0012]在進(jìn)行粗略鐘差測量時，控制模塊控制二選一開關(guān)，將從原子鐘IPPS信號直接輸入到從時間比對調(diào)制解調(diào)器，并開啟衛(wèi)星雙向時間比對鏈路。在衛(wèi)星雙向時間比對測量正常后，控制模塊開始采集從時間比對調(diào)制解調(diào)器測得的鐘差數(shù)據(jù)，采集一段時間后對數(shù)據(jù)取平均值，得到兩站的粗略鐘差值，用于相位微躍控制。
[0013]第三步相位微躍模塊調(diào)節(jié)IPPS相位
相位微躍模塊接收從原子鐘輸入的IOMHz和分路IPPS信號，以測得鐘差值為控制字對輸入的IPPS進(jìn)行相位調(diào)節(jié)，并將調(diào)節(jié)后的IPPS信號和對應(yīng)的相參IOMHz信號輸送出去。
[0014]第四步實現(xiàn)粗同步
經(jīng)過相位調(diào)整后，相位微躍模塊輸出的IPPS已經(jīng)和主原子鐘IPPS信號實現(xiàn)了粗同步，此時控制模塊向二選一開關(guān)發(fā)送指令將相位調(diào)整后的IPPS信號輸出去，重新啟動從時間比對調(diào)制解調(diào)器，實現(xiàn)兩站間IPPS的粗同步。
[0015]本發(fā)明通過在衛(wèi)星雙向時間比對從站串接粗同步裝置，直接測量主從原子鐘IPPS的初始鐘差，利用相位微躍模塊對從站IPPS進(jìn)行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)衛(wèi)星雙向時間比對主從時間的粗對齊，利用控制模塊實現(xiàn)鐘差測量與處理，并對裝置的工作時序進(jìn)行控制，在不需要借助其它手段的情況下，完成主從站時間的粗同步，提升了衛(wèi)星雙向時間比對系統(tǒng)的自主性和獨立性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1 一種衛(wèi)星雙向時間比對系統(tǒng)的粗同步方法所述的衛(wèi)星雙向時間比對系統(tǒng)示意圖；
圖2 —種衛(wèi)星雙向時間比對系統(tǒng)的粗同步方法所述的粗同步裝置示意圖。
[0017]1.衛(wèi)星雙向時間比對主站2.衛(wèi)星雙向時間比對從站3.主原子鐘
4.主時間比對調(diào)制解調(diào)器 5.主衛(wèi)星收發(fā)地球站 6.從原子鐘
7.從時間比對調(diào)制解調(diào)器 8.從衛(wèi)星收發(fā)地球站 9.粗同步裝置 10.1PPS分路器11.相位微躍模塊12.二選一開關(guān)13.控制模塊。
【具體實施方式】
[0018]一種衛(wèi)星雙向時間比對的粗同步方法的具體步驟為:
第一步搭建衛(wèi)星雙向時間比對系統(tǒng)
衛(wèi)星雙向時間比對系統(tǒng)，包括:衛(wèi)星雙向時間比對主站和衛(wèi)星雙向時間比對從站。其中，衛(wèi)星雙向時間比對主站，包括:主原子鐘、主時間比對調(diào)制解調(diào)器和主衛(wèi)星收發(fā)地球站；衛(wèi)星雙向時間比對從站，包括:從原子鐘、從時間比對調(diào)制解調(diào)器、從衛(wèi)星收發(fā)地球站和粗同步裝置。粗同步裝置，包括:1PPS分路器、相位微躍模塊、二選一開關(guān)和控制模塊。
[0019]在衛(wèi)星雙向時間比對主站，主原子鐘輸出的IOMHz和IPPS信號輸入至主時間比對調(diào)制解調(diào)器參考輸入端相連，主時間比對調(diào)制解調(diào)器的中頻輸出與主衛(wèi)星收發(fā)地球站的中頻輸入端相連，主衛(wèi)星收發(fā)地球站的中頻輸出端與主時間比對調(diào)制解調(diào)器的中頻輸入端相連。
[0020]在衛(wèi)星雙向時間比對從站，從原子鐘輸出的IOMHz和IPPS信號與粗同步裝置的參考輸入端相連，粗同步裝置對IOMHz和IPPS信號進(jìn)行處理后輸出給從時間比對調(diào)制解調(diào)器，從時間比對調(diào)制解調(diào)器的中頻輸出與從衛(wèi)星收發(fā)地球站的中頻輸入端相連，從時間比對調(diào)制解調(diào)器的測量數(shù)據(jù)輸出端口與粗同步裝置的數(shù)據(jù)輸入端相連，從衛(wèi)星收發(fā)地球站的中頻輸出端與從時間比對調(diào)制解調(diào)器的中頻輸入端相連。
[0021]在粗同步裝置內(nèi)，各模塊間的連接關(guān)系是:1PPS分路器IPPS輸入端與從站原子鐘IPPS輸出端相連，并將IPPS信號分配成兩路，利用同軸電纜分別輸出給相位微躍模塊與二選一開關(guān)的IPPS輸入端；相位微躍模塊接收IPPS分路器的IPPS信號、從站原子鐘的IOMHz信號和控制模塊的控制信號,輸出調(diào)整后的IPPS信號至二選一開關(guān),輸出處理后的IOMHz至從站時間比對調(diào)制解調(diào)器；二選一開關(guān)接收IPPS分路器和相位微躍模塊輸入的兩路IPPS信號，以及控制模塊輸送的控制信號，選擇一路IPPS輸出至從站時間比對調(diào)制解調(diào)器；控制模塊數(shù)據(jù)采集端與從站時間比對調(diào)制解調(diào)器輸出端口相連，控制信號輸出端口分別與相位微躍模塊和二選一開關(guān)控制端口相連。
[0022]相位微躍模塊的功能為:接收從站銣鐘IOMHz參考信號和IPPS分路器輸出的IPPS信號，根據(jù)控制模塊的相位控制量對IPPS信號進(jìn)行超前滯后控制，并保證IPPS和IOMHz的相參性。[0023]控制模塊的功能為:完成二選一開關(guān)的時序執(zhí)行控制，采集時間比對調(diào)制解調(diào)器的原子鐘粗同步測量數(shù)據(jù)，并對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計算相位控制量，并對相位微躍模塊進(jìn)行控制。
[0024]第二步測量粗略鐘差
在衛(wèi)星雙向時間比對主站中，主原子鐘為主站提供必須的時間和頻率參考；主時間比對調(diào)制解調(diào)器完成對主原子鐘輸出秒脈沖信號的調(diào)制，解調(diào)主衛(wèi)星收發(fā)地球站輸出的中頻調(diào)制信號，恢復(fù)其中定時信息，并測量本地秒信號與恢復(fù)秒信號的時間間隔；主衛(wèi)星收發(fā)地球站完成對中頻信號的變頻放大，并通過天線向衛(wèi)星輻射，另外，主衛(wèi)星收發(fā)機(jī)還接收衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的遠(yuǎn)程定時調(diào)制信號，對其進(jìn)行放大變頻后供主時間比對調(diào)制解調(diào)器使用。在衛(wèi)星雙向時間比對從站，從原子鐘產(chǎn)生比對必須的時間和頻率參考信號；粗同步裝置對本地IPPS信號進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，按照控制流程產(chǎn)生粗同步IPPS信號；從時間比對調(diào)制解調(diào)器和從衛(wèi)星收發(fā)地球站的作用與對應(yīng)的主站設(shè)備相同。在粗同步裝置內(nèi)，IPPS分路器接收從原子鐘IPPS信號，將其分配成獨立的兩路IPPS信號，分別提供給二選一開關(guān)和相位微躍模塊；二選一開關(guān)接收IPPS分路器和相位微躍模塊的分別輸入兩路IPPS信號，在控制模塊的控制下選擇其中一路輸出給從時間比對調(diào)制解調(diào)器。
[0025]在進(jìn)行粗略鐘差測量時，控制模塊控制二選一開關(guān)，將從原子鐘IPPS信號直接輸入到從時間比對調(diào)制解調(diào)器，并開啟衛(wèi)星雙向時間比對鏈路。在衛(wèi)星雙向時間比對測量正常后，控制模塊開始采集從時間比對調(diào)制解調(diào)器測得的鐘差數(shù)據(jù)，采集一段時間后對數(shù)據(jù)取平均值，得到兩站的粗略鐘差值，用于相位微躍控制。
[0026]在具體實施時，可選擇采集5min數(shù)據(jù)的平均值作為兩站的粗略鐘差，設(shè)ΔT k k=12L，300為調(diào)制解調(diào)器測得的鐘差數(shù)據(jù)，單位為納秒，則兩站粗略鐘差值可用公式(I)計算給出。
【權(quán)利要求】
1.一種衛(wèi)星雙向時間比對的粗同步方法，其特征在于該方法的具體步驟為: 第一步搭建衛(wèi)星雙向時間比對系統(tǒng) 衛(wèi)星雙向時間比對系統(tǒng),包括:衛(wèi)星雙向時間比對主站(I)和衛(wèi)星雙向時間比對從站(2);其中，衛(wèi)星雙向時間比對主站(1)，包括:主原子鐘(3)、主時間比對調(diào)制解調(diào)器(4)和主衛(wèi)星收發(fā)地球站(5);衛(wèi)星雙向時間比對從站(2)，包括:從原子鐘(6)、從時間比對調(diào)制解調(diào)器(7)、從衛(wèi)星收發(fā)地球站(8)和粗同步裝置(9);粗同步裝置(9)，包括:1PPS分路器(10)、相位微躍模塊(11)、二選一開關(guān)(12)和控制模塊(13); 在衛(wèi)星雙向時間比對主站(1)，主原子鐘(3)輸出的IOMHz和IPPS信號輸入至主時間比對調(diào)制解調(diào)器(4)參考輸入端相連，主時間比對調(diào)制解調(diào)器(4)的中頻輸出與主衛(wèi)星收發(fā)地球站(5)的中頻輸入端相連，主衛(wèi)星收發(fā)地球站(5)的中頻輸出端與主時間比對調(diào)制解調(diào)器(4)的中頻輸入端相連； 在衛(wèi)星雙向時間比對從站(2)，從原子鐘(6)輸出的IOMHz和IPPS信號與粗同步裝置(9)的參考輸入端相 連，粗同步裝置(9)對IOMHz和IPPS信號進(jìn)行處理后輸出給從時間比對調(diào)制解調(diào)器(7)，從時間比對調(diào)制解調(diào)器(7)的中頻輸出與從衛(wèi)星收發(fā)地球站(8)的中頻輸入端相連，從時間比對調(diào)制解調(diào)器(7)的測量數(shù)據(jù)輸出端口與粗同步裝置(9)的數(shù)據(jù)輸入端相連，從衛(wèi)星收發(fā)地球站(8)的中頻輸出端與從時間比對調(diào)制解調(diào)器(7)的中頻輸入端相連； 在粗同步裝置(9)內(nèi)，各模塊間的連接關(guān)系是:IPPS分路器(10) IPPS輸入端與從站原子鐘IPPS輸出端相連，并將IPPS信號分配成兩路，利用同軸電纜分別輸出給相位微躍模塊(11)與二選一開關(guān)(12)的IPPS輸入端；相位微躍模塊(11)接收IPPS分路器(10)的IPPS信號、從站原子鐘的IOMHz信號和控制模塊(13)的控制信號，輸出調(diào)整后的IPPS信號至二選一開關(guān)(12)，輸出處理后的IOMHz至從站時間比對調(diào)制解調(diào)器；二選一開關(guān)(12)接收IPPS分路器(10)和相位微躍模塊(11)輸入的兩路IPPS信號，以及控制模塊(13)輸送的控制信號，選擇一路IPPS輸出至從站時間比對調(diào)制解調(diào)器；控制模塊(13)數(shù)據(jù)采集端與從站時間比對調(diào)制解調(diào)器輸出端口相連，控制信號輸出端口分別與相位微躍模塊(11)和二選一開關(guān)(12)控制端口相連； 相位微躍模塊(11)的功能為:接收從站銣鐘IOMHz參考信號和IPPS分路器(10)輸出的IPPS信號，根據(jù)控制模塊(13)的相位控制量對IPPS信號進(jìn)行超前滯后控制，并保證IPPS和IOMHz的相參性； 控制模塊(13)的功能為:完成二選一開關(guān)(12)的時序執(zhí)行控制，采集時間比對調(diào)制解調(diào)器的原子鐘粗同步測量數(shù)據(jù)，并對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計算相位控制量，并對相位微躍模塊(11)進(jìn)行控制； 第二步測量粗略鐘差 在衛(wèi)星雙向時間比對主站(I)中，主原子鐘(3)為主站提供必須的時間和頻率參考；主時間比對調(diào)制解調(diào)器(4)完成對主原子鐘(3)輸出秒脈沖信號的調(diào)制，解調(diào)主衛(wèi)星收發(fā)地球站(5)輸出的中頻調(diào)制信號，恢復(fù)其中定時信息，并測量本地秒信號與恢復(fù)秒信號的時間間隔；主衛(wèi)星收發(fā)地球站(5)完成對中頻信號的變頻放大，并通過天線向衛(wèi)星輻射，另外，主衛(wèi)星收發(fā)機(jī)還接收衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的遠(yuǎn)程定時調(diào)制信號，對其進(jìn)行放大變頻后供主時間比對調(diào)制解調(diào)器(4)使用；在衛(wèi)星雙向時間比對從站(2)，從原子鐘(6)產(chǎn)生比對必須的時間和頻率參考信號；粗同步裝置(9)對本地IPPS信號進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，按照控制流程產(chǎn)生粗同步IPPS信號；從時間比對調(diào)制解調(diào)器(7)和從衛(wèi)星收發(fā)地球站(8)的作用與對應(yīng)的主站設(shè)備相同；在粗同步裝置(9 )內(nèi)，IPPS分路器(10 )接收從原子鐘(6 ) IPPS信號，將其分配成獨立的兩路IPPS信號，分別提供給二選一開關(guān)(12)和相位微躍模塊(11) ;二選一開關(guān)(12)接收IPPS分路器(10)和相位微躍模塊(11)的分別輸入兩路IPPS信號，在控制模塊(13)的控制下選擇其中一路輸出給從時間比對調(diào)制解調(diào)器(7)； 在進(jìn)行粗略鐘差測量時，控制模塊(13)控制二選一開關(guān)(12)，將從原子鐘(6) IPPS信號直接輸入到從時間比對調(diào)制解調(diào)器(7)，并開啟衛(wèi)星雙向時間比對鏈路；在衛(wèi)星雙向時間比對測量正常后，控制模塊(13)開始采集從時間比對調(diào)制解調(diào)器(7)測得的鐘差數(shù)據(jù)，采集一段時間后對數(shù)據(jù)取平均值，得到兩站的粗略鐘差值，用于相位微躍控制； 第三步相位微躍模塊(11)調(diào)節(jié)IPPS相位 相位微躍模塊(11)接收從原子鐘(6)輸入的IOMHz和分路IPPS信號，以測得鐘差值為控制字對輸入的IPPS進(jìn)行相位調(diào)節(jié)，并將調(diào)節(jié)后的IPPS信號和對應(yīng)的相參IOMHz信號輸送出去； 第四步實現(xiàn)粗同步 經(jīng)過相位調(diào)整后，相位微躍模塊(11)輸出的IPPS已經(jīng)和主原子鐘(3) IPPS信號實現(xiàn)了粗同步，此時控制模塊(13)向二選一開關(guān)(12)發(fā)送指令將相位調(diào)整后的IPPS信號輸出去，重新啟動從時間比對 調(diào)制解調(diào)器(7)，實現(xiàn)兩站間IPPS的粗同步。
【文檔編號】H04B7/185GK103454911SQ201310418272
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月16日
【發(fā)明者】張升康, 王宏博, 楊軍, 馮克明 申請人:中國航天科工集團(tuán)第二研究院二〇三所