長線纜時(shí)頻信號相位一致性監(jiān)測方案

LX1(m米)信號產(chǎn)生器B原子鐘LS(n米)LX1(m米)信號產(chǎn)生器B原子鐘LS(n米)asecoherencemonitoringprogramoflongcableZHONGWei,WANGLei,YANYe-qiang,CHENLi-fengPLAArmy61876,572022Zhongwei@2.Wanglei-19850524@163.com3.274183340@4.Chenlifeng198605@126.comAbstract:Inthenationalsatellitenavigationsystem,becauseofthelocationdispersionofsubsystems,inordertoguaranteehigh-precisionrangingandthecollaborativeworkabilityamongthesesubsystems,thephaseof1PPSsignalmustbeconsistentattheendofline,whichisprovidedbytimeandfrequencysubsystem.However,thelinedelayisaffectedbytemperature,humidity,andaging.Therefore,amulti-channelphaseconsistentofremoteroommonitorsubsystemisdesignedtomeettheconsistenttarget.Bythismethod,theconsistentisimproved,andthehigh-precisionrangingandcollaborativeworkabilityareguaranteedandadvanced.Keywords:remote;phase;consistency;measurement;方案部隊(duì)，572022Zhongwei@2.Wanglei-19850524@163.com3.274183340@4.Chenlifeng198605@126.com【摘要】在自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中，由于各分系統(tǒng)所在分立機(jī)房分散性，為保證各分系統(tǒng)高精度測距和協(xié)同工作能力，時(shí)間頻率分系統(tǒng)所提供的1PPS信號在各機(jī)房線纜末端相位必須保持一致。但是，分立機(jī)房線纜受環(huán)境溫濕度、老化等因素影響，線纜時(shí)延不斷發(fā)生變化，因此，為實(shí)時(shí)監(jiān)測分立機(jī)房相位一致性，使其滿足指標(biāo)要求，設(shè)計(jì)了一套多通道分立機(jī)房相位一致性監(jiān)測方案，通過此方案，可提高分立機(jī)房相位一致性，保證和增強(qiáng)了自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)各分系統(tǒng)協(xié)同工作、高精度測距等能力?！娟P(guān)鍵詞】分立；相位；一致性；測量；引言在自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中，時(shí)間頻率分系統(tǒng)為衛(wèi)星軌道精密測定、高精度時(shí)間同步、信號監(jiān)測和衛(wèi)星導(dǎo)脈沖和頻率信號，確保自主衛(wèi)星導(dǎo)航各分系統(tǒng)設(shè)備工作時(shí)序，完成地面站本地時(shí)守時(shí)任務(wù)。為實(shí)現(xiàn)以上功能，保證自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)各分系統(tǒng)協(xié)同穩(wěn)定工作，時(shí)間頻率分系統(tǒng)脈沖信號產(chǎn)生器為各分系統(tǒng)提供的1PPS信號必須一致(時(shí)頻至分立機(jī)房線纜末端相位與時(shí)頻分系統(tǒng)所維持的本地時(shí)秒時(shí)刻起點(diǎn)相位差必須小于指標(biāo)要求。本地時(shí)秒時(shí)刻起點(diǎn)相位定義為信號產(chǎn)生器1PPS信號經(jīng)n米線纜傳輸后末端相位)。但在實(shí)際工作中，時(shí)頻至其余分系統(tǒng)機(jī)房線纜時(shí)延受環(huán)境溫濕度和老化等因素影響。因此，需建立一套分立機(jī)房時(shí)頻信號相位一致性監(jiān)測系統(tǒng)，完成時(shí)頻至其余分系統(tǒng)1PPS信號相位一致性監(jiān)測和補(bǔ)償，以消除環(huán)境溫濕度、老化等內(nèi)外因素對線纜時(shí)延的影響，提高時(shí)間頻率分系統(tǒng)線纜末端相位一致性。實(shí)時(shí)測量相位一致性，建立分立機(jī)房相位一致性監(jiān)測子系統(tǒng)如圖1所示。時(shí)頻分系統(tǒng)原子鐘為相位測量部分提供1PPS參考信號。信號產(chǎn)生器B為分立機(jī)房提供1PPS信號，其各項(xiàng)脈沖指標(biāo)與原子鐘基本一致，信號發(fā)射線纜(LX1)與返回線纜(LX2)等長m米，其在分立機(jī)房利用直通頭連接；信號選擇器選擇一路返回信號傳輸至選擇測量部分，作為待測信號輪詢測量；相位測量部分利用時(shí)間間隔計(jì)數(shù)器SR620實(shí)現(xiàn)，其單點(diǎn)測量精度為25ps，多點(diǎn)統(tǒng)計(jì)平均后可減小測量誤差；相位測量數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控軟件，數(shù)據(jù)處理完畢后，補(bǔ)償信號產(chǎn)生器B相位，保證時(shí)頻分系統(tǒng)輸出信號相位一；。監(jiān)控軟件相位調(diào)整分立機(jī)房X選擇測量部分測量數(shù)據(jù)LX2(m測量數(shù)據(jù)信號選擇器參考參考信號信號相位測量FigurethestructureofmonitoringsystemSR620SR620位一致性測量原理相位一致性，即時(shí)頻至分立機(jī)房線纜LX1末端相位與時(shí)頻分系統(tǒng)所維持本地時(shí)秒時(shí)刻起點(diǎn)相位的差。由于實(shí)際工作中，直接測量若干分立機(jī)房LX1線纜末端相位存在一定難度，因此，在分立機(jī)房X利用直通頭連接線纜LX1和LX2，相位一致性按照圖1方式測量。但是，LX2時(shí)延真值和LX2對選擇測量部分通道時(shí)延影響必須消除。本文介紹了一種利用與LX1、LX2和LS的近等長線纜LX1_T、LX2_T和LS_T計(jì)算相位一致性算法，基本消除了以上兩者對測量結(jié)果的影.1一致性測量一致性測量基本分為兩部分：1、時(shí)頻至分立機(jī)房發(fā)射線纜末端相位測量；2、時(shí)間頻率分系統(tǒng)所維持本地時(shí)秒時(shí)刻起點(diǎn)相位測量。具體測量計(jì)算過程簡述首先，按照圖2測量分立機(jī)房至?xí)r頻線纜LX3(LX1和LX2通過直通頭相連，編號LX3)末端相位，測量公式如公式1所示。DSSR620信號產(chǎn)生器B信號產(chǎn)生器AFiguretheLX3endphasemeasuringX(1)(1)式中MLX3為測量結(jié)果；PBX為信號產(chǎn)生器輸出端口相位(以下類同)；DLX1為LX1在時(shí)頻1PPS脈沖下時(shí)延(以下類同)；DLX2為LX2在時(shí)頻1PPS脈沖下時(shí)延(以下類同)；DCX3為端口MBX至SR620測量點(diǎn)時(shí)延(以下類同)，PS620_A為信號產(chǎn)生器A至SR620測量點(diǎn)時(shí)延(以下類同)。根據(jù)公式1，可得發(fā)射線纜LX1末端相位為：然后，測量時(shí)間頻率分系統(tǒng)維持本地時(shí)秒時(shí)刻起點(diǎn)相位(如圖3所示)，由于實(shí)際測量線纜與標(biāo)準(zhǔn)線纜LS長度存在差異，測量公式如公式3所示。因此根據(jù)公式3可得，線纜LS末端相位為：LS為線纜時(shí)延修正量；DSRSR620信號產(chǎn)生器A信號產(chǎn)生器AFiguretheLS_TendphasemeasuringLST量最后，根據(jù)公式4、公式2和一致性定義，測量公_(5)A以下兩節(jié)詳細(xì)分析。2.2返回線纜LX2時(shí)延DLX2測量考慮到以下三點(diǎn)，返回線纜LX2SR620時(shí)延測量值不能直接加入一致性計(jì)算：1、線纜傳輸脈沖信號頻率不同。由于SR620測量線纜時(shí)延信號為1KPPS，而線纜實(shí)際傳輸信號為1PPS，考慮相位一致性指標(biāo)，長線纜不能忽略信號種類不同導(dǎo)致的時(shí)延差(經(jīng)實(shí)際測量，同一線纜傳輸頻率100MHz以下信號，100米線纜時(shí)延差為皮秒量級，對長度大于言，此差別基本可忽略)。2、脈沖前沿寬度不同。SR620時(shí)延測量脈沖前沿寬度與實(shí)際工作脈沖前沿寬度不同；3、脈沖前沿退化不同。根據(jù)圖1可見，1PPS信號經(jīng)過LX化，LX2中前沿退化與LX1相比較更加明顯。因此，為計(jì)算LX2時(shí)延真值，利用近等長線纜LX1_T和LX2_T測量。首先，按照圖4測量LX1_T相位測量值，測量公式如公式6所示。D信號產(chǎn)生器AFiguretheLX1_TendphasemeasuringLXT量通道時(shí)延DC0端口PBLS_T/LX1_TB通道通道時(shí)延DC0端口PBLS_T/LX1_TB通道(6)MLX1_T=PBX+DLX1_T+DCX1一PS620_A(6)由于LX1和LX1_T非嚴(yán)格等長線纜，因此，需將公式6中測量值歸算到LX1測量值：(7)MLX1=MLX1_T+LX1=(7)PBX+DLX1_T+DCX1+LX1一PS620_A式中LX1等于線纜LX1SR620時(shí)延測量值減去線纜LX1_TSR620時(shí)延測量值(LX1和LX1_T長度差為小量，導(dǎo)致實(shí)測環(huán)境下時(shí)延真值差可忽略)。LX1_T和LX2_T直通頭連接后，編號線纜LX3_T，分別歸算到LX1和LX2后，測量公式如公式8所示(8)DSSR620信號產(chǎn)生器B信號產(chǎn)生器AFiguretheLX3_TendphasemeasuringLXT量根據(jù)公式7和公式8，LX2時(shí)延可得：(9)(9)最后，將公式9代入公式5中，一致性測量公式為：(10)(10)_式中(DCX1一DCA)為1PPS信號分別傳輸2m米和n米后，選擇測量部分通道X和通道A時(shí)延差。.3通道時(shí)延差測量一致性測量公式10中，僅通道時(shí)延差為未知量，其測量方法如下所示。首先，按照圖6連接線纜及設(shè)備，測量公式為11和12。SR620A通道FiguretheLSTLX_Tendphasemeasuring16.LS_T/LX1_T末端相位測量1公式12減去公式11，可得：(11)(12)(13)然后，按照圖7連接線纜及設(shè)備，測量公式為14、DDSR620信號產(chǎn)生器B信號產(chǎn)生器AFiguretheLSTLX_Tendphasemeasuring2LSTLXT相位測量2SA根據(jù)公式13、14和15，通道時(shí)延差為：最后，公式16代入公式10，可得分立機(jī)房相位一致性測量公式為：T因此，針對每個(gè)分立機(jī)房X，需根據(jù)公式17單獨(dú)歸算，最終求得各分立機(jī)房相位一致性測量公式。實(shí)驗(yàn)與結(jié)果以自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)某時(shí)頻分系統(tǒng)為例，時(shí)頻分系統(tǒng)秒時(shí)刻起點(diǎn)定義在原子鐘1PPS信號15米末端，即n等于15米。公式17分立機(jī)房X中線纜修正量(LX2+LS)為0.3990ns。下面按照公式17中各項(xiàng)進(jìn)行測量：1、按照圖1連接線纜和設(shè)備，MLA3測量值如圖8所示，測量結(jié)果統(tǒng)計(jì)均值為592.1589ns。Figure.themeasurementresultofMLA32、按照圖5連接線纜和設(shè)備，MLA3_T測量值如圖9所示，測量結(jié)果統(tǒng)計(jì)均值為591.4045ns。Figure9.themeasurementresultofMLA3_T3、按照圖4連接線纜和設(shè)備，MLA1_T測量值如圖10所示，測量結(jié)果統(tǒng)計(jì)均值為85.8199ns。Figure0.themeasurementresultofMLA1_TT4、按照圖4連接線纜和設(shè)備，MLS_T測量值如圖11所示，測量結(jié)果統(tǒng)計(jì)均值為85.1035ns。Figure11.themeasurementresultofMLS_T5、按照圖7連接線纜和設(shè)備，SLA1_T2測量值如圖12所示，測量結(jié)果統(tǒng)計(jì)均值為86.5185ns。Figure2.themeasurementresultofSLA1_T2AT6、按照圖7連接線纜和設(shè)備，SLS_T2測量值如圖13所示，測量結(jié)果統(tǒng)計(jì)均值為-341.9221ns。Figure13.themeasurementresultofSLS_T2T7、按照圖6連接線纜和設(shè)備，SLA1_T測量值如圖14所示，測量結(jié)果統(tǒng)計(jì)均值為0.680ns。Figure4.themeasurementresultofSLA1_TT8、按照圖6連接線纜和設(shè)備，SLS_T測量值如圖15所示，測量結(jié)果統(tǒng)計(jì)均值為-426.7500ns。Figure15.themeasurementresultofSLS_TT因此，根據(jù)線纜時(shí)延修正量、公式17和圖8至圖15測量結(jié)果，相位一致性測量結(jié)果為：(PBX+DLX1)(PA+DLST+LS)=(18)(18)MLX3592.0977ns=0.0612ns此結(jié)果與前期實(shí)測值0.1600ns(此測量值為系統(tǒng)安裝時(shí)期直接測量結(jié)果)相比較，排除測量因素、修正量等影響，略有誤差，但仍具有可信性，測量結(jié)果也顯示一致性滿足指標(biāo)要求。監(jiān)控軟件獲取實(shí)測數(shù)據(jù)后，與設(shè)備維持相位相比較，完成設(shè)備相位補(bǔ)償，保證設(shè)備輸出信號相位一致性。4小結(jié)通過對線纜時(shí)延真值、脈沖上升沿退化和時(shí)延修正等研究分析，確定了分立機(jī)房相位一致性測量方法，設(shè)計(jì)了一套多通道分立機(jī)房一致性監(jiān)測方案，此方案較好完成了相位一致性評估，反映了長線纜隨環(huán)境溫濕度時(shí)延變化，為調(diào)整設(shè)備相位提供數(shù)據(jù)依據(jù)，具有一定工程實(shí)用價(jià)值。References(參考文獻(xiàn))[1]GongHang,ZhuXiangwei,YongShaowei,APLLphasecontrolmethodbasedonDDS,The2