精密時鐘源的同步處理技術(shù)課件

精密時鐘源的同步處理技術(shù)

項目承擔(dān)單位：西安電子科技大學(xué)中國科學(xué)院國家授時中心提綱

站間

星站星間星與用戶立項背景導(dǎo)航定位現(xiàn)代授時通訊精密時鐘源的同步技術(shù)西方國家在高精尖技術(shù)領(lǐng)域?qū)ξ覀儗嵭蟹怄i和禁運，因此研究高精度、高可靠的時間同步系統(tǒng)具有非常重要的實用價值。近年來國內(nèi)外花費大量的財力和人力所建立的不同的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的基礎(chǔ)工作就是建立在星-地、星間以及地面站間的精密時鐘源的同步。

總體思路

創(chuàng)新點一

基于時鐘源內(nèi)環(huán)路中的頻率倍增效應(yīng)，建立老化補償模型，改善了時鐘源的溫度漂移和老化問題，提高頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度約一個數(shù)量級。關(guān)鍵技術(shù)一1、頻率源溫度補償技術(shù)本技術(shù)主要用于更高分辨率的原子鐘數(shù)字補償，銣原子頻標(biāo)輸出的10MHz信號中有大于3個量級的倍增，具有超高分辨率的效果。頻率源溫度補償實驗結(jié)果銣原子鐘補償前的頻率準(zhǔn)確度在4.5×10-10左右，而通過DDS補償后輸出的10MHz信號的頻率準(zhǔn)確度在4×10-11左右，提高了一個數(shù)量級。

根據(jù)振蕩器頻率的歷史數(shù)據(jù)，預(yù)測當(dāng)前時刻的振蕩器頻率，產(chǎn)生所需的頻率補償，本項目積累了大量的振蕩器的老化數(shù)據(jù)，建立了數(shù)學(xué)模型：

2、頻率源老化補償技術(shù)國外模型：頻率源老化補償處理技術(shù)實驗結(jié)果將項目所建數(shù)學(xué)模型用于晶振老化漂移的補償,使老化指標(biāo)提高了6倍。

3、馴服保持技術(shù)

利用傳感器組，在沒有主控頻標(biāo)信號的情況下通過計算，獲得對二級頻標(biāo)的壓控量。在失去衛(wèi)星或地面站信號后，在一定時間內(nèi)二級頻標(biāo)仍然能夠保持一定的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度。馴服保持技術(shù)實驗結(jié)果VCOCXO的頻率準(zhǔn)確度在鎖定后12小時內(nèi)的變化保持期間VCOCXO頻率準(zhǔn)確度隨時間的變化

馴服保持技術(shù)鑒定證書具有保持功能的產(chǎn)品已經(jīng)過20所計量站檢定和企業(yè)生產(chǎn)，馴服階段準(zhǔn)確度進入10-13量級，保持階段準(zhǔn)確度達到10-11量級。（頻標(biāo)利用的是晶體振蕩器）

創(chuàng)新點二探索并發(fā)現(xiàn)周期性信號之間相位變化的規(guī)律性，揭示任意周期性信號間存在等效檢相頻率和相位差的量化步進現(xiàn)象，提出了相位群同步概念，研究出同步處理新技術(shù)，實現(xiàn)了群相位同步和頻率的準(zhǔn)確度、穩(wěn)定度在任意頻率信號間的同步傳遞。關(guān)鍵技術(shù)二

群周期和相位群同步在時鐘同步中的應(yīng)用利用相位群同步，進行不同頻率信號的比對處理，使用10MHz原子鐘來鎖定10.23MHz高穩(wěn)晶振達到時鐘同步。創(chuàng)新點二主要成果：共發(fā)表SCI論文4篇、申請專利1項創(chuàng)新點二的先進性：在國內(nèi)外我們首次提出了相位群同步的概念，測量控制分辨率達ps量級，而國外目前只有相位同步。第三方評價

創(chuàng)新點三提出了時-空轉(zhuǎn)換的延遲游標(biāo)法，研究出并行時間間隔測量技術(shù)，使微秒測量間隔下分辨率達50ps。關(guān)鍵技術(shù)三

高分辨率短時間間隔測量技術(shù)

長度游標(biāo)法測量短時間間隔的設(shè)備方框圖分層次并行時空轉(zhuǎn)換

創(chuàng)新點四提出了多線程技術(shù)和濾波算法實現(xiàn)了快速高精度的時間同步，在GPS共視模式下，時間同步精度為4.68ns，在北斗共視模式下，天津監(jiān)管中心與國家授時中心的時間同步精度為9.86ns。衛(wèi)星共視的時間同步技術(shù)基于“共視”原理的GPS/BD衛(wèi)星共視時間同步技術(shù)結(jié)構(gòu)（單站）衛(wèi)星共視時間比對布局結(jié)構(gòu)圖（多站）（虛線表示通過通信網(wǎng)進行數(shù)據(jù)交換）關(guān)鍵技術(shù)四

衛(wèi)星共視的時間同步技術(shù)軟件數(shù)據(jù)處理多線程組成框圖共視比對數(shù)據(jù)分析結(jié)果在北斗共視模式下，天津監(jiān)管中心與國家授時中心的時間同步精度為9.86ns。在GPS共視模式下，時間同步精度為4.68ns。先進性性能指標(biāo)國際本項目相位群同步下，測量控制分辨率國外目前只有相位同步，還沒有提出相位群同步。達ps量級溫度補償下的溫度特性國外的溫度補償只是針對普通振蕩器，對原子頻標(biāo)還沒有進行溫度補償。溫度特性普遍改善了1個量級補償后的老化率目前國外未見老化補償報道。補償后老化率提高了6倍高精度短時間間隔測量分辨率20~100ps達50ps共視法的時間精度1~10ns1~10nsGroup1:Materials,Resonators,&ResonatorCircuitsRandyKubena,HughesResearchLaboratory,USA

DanaWeinstein,MIT,USA

AaronPartridge,SiTimeCorporation,USA

Sheng-ShianLi,NationalTsingHuaUniversity,TaiwanGroup2:Oscillators,Synthesizers,Noise,&CircuitTechniques

WeiZhou,XidianUniversity,China

VincentCros,CNRS,France

XianheHuang,ChengduUniversity,China

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