精密時(shí)鐘源的同步處理技術(shù)課件

精密時(shí)鐘源的同步處理技術(shù)

項(xiàng)目承擔(dān)單位：西安電子科技大學(xué)中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心提綱

站間

星站星間星與用戶立項(xiàng)背景導(dǎo)航定位現(xiàn)代授時(shí)通訊精密時(shí)鐘源的同步技術(shù)西方國(guó)家在高精尖技術(shù)領(lǐng)域?qū)ξ覀儗?shí)行封鎖和禁運(yùn)，因此研究高精度、高可靠的時(shí)間同步系統(tǒng)具有非常重要的實(shí)用價(jià)值。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外花費(fèi)大量的財(cái)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(shí)鐘源的同步。

總體思路

創(chuàng)新點(diǎn)一

基于時(shí)鐘源內(nèi)環(huán)路中的頻率倍增效應(yīng)，建立老化補(bǔ)償模型，改善了時(shí)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(gè)數(shù)量級(jí)。關(guān)鍵技術(shù)一1、頻率源溫度補(bǔ)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(bǔ)償，銣原子頻標(biāo)輸出的10MHz信號(hào)中有大于3個(gè)量級(jí)的倍增，具有超高分辨率的效果。頻率源溫度補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)結(jié)果銣原子鐘補(bǔ)償前的頻率準(zhǔn)確度在4.5×10-10左右，而通過DDS補(bǔ)償后輸出的10MHz信號(hào)的頻率準(zhǔn)確度在4×10-11左右，提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)。

根據(jù)振蕩器頻率的歷史數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)當(dāng)前時(shí)刻的振蕩器頻率，產(chǎn)生所需的頻率補(bǔ)償，本項(xiàng)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(bǔ)償技術(shù)國(guó)外模型：頻率源老化補(bǔ)償處理技術(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果將項(xiàng)目所建數(shù)學(xué)模型用于晶振老化漂移的補(bǔ)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(hào)的情況下通過計(jì)算，獲得對(duì)二級(jí)頻標(biāo)的壓控量。在失去衛(wèi)星或地面站信號(hào)后，在一定時(shí)間內(nèi)二級(jí)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(shí)驗(yàn)結(jié)果VCOCXO的頻率準(zhǔn)確度在鎖定后12小時(shí)內(nèi)的變化保持期間VCOCXO頻率準(zhǔn)確度隨時(shí)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(jì)量站檢定和企業(yè)生產(chǎn)，馴服階段準(zhǔn)確度進(jìn)入10-13量級(jí)，保持階段準(zhǔn)確度達(dá)到10-11量級(jí)。（頻標(biāo)利用的是晶體振蕩器）

創(chuàng)新點(diǎn)二探索并發(fā)現(xiàn)周期性信號(hào)之間相位變化的規(guī)律性，揭示任意周期性信號(hào)間存在等效檢相頻率和相位差的量化步進(jìn)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(shí)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(hào)間的同步傳遞。關(guān)鍵技術(shù)二

群周期和相位群同步在時(shí)鐘同步中的應(yīng)用利用相位群同步，進(jìn)行不同頻率信號(hào)的比對(duì)處理，使用10MHz原子鐘來(lái)鎖定10.23MHz高穩(wěn)晶振達(dá)到時(shí)鐘同步。創(chuàng)新點(diǎn)二主要成果：共發(fā)表SCI論文4篇、申請(qǐng)專利1項(xiàng)創(chuàng)新點(diǎn)二的先進(jìn)性：在國(guó)內(nèi)外我們首次提出了相位群同步的概念，測(cè)量控制分辨率達(dá)ps量級(jí)，而國(guó)外目前只有相位同步。第三方評(píng)價(jià)

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

高分辨率短時(shí)間間隔測(cè)量技術(shù)

長(zhǎng)度游標(biāo)法測(cè)量短時(shí)間間隔的設(shè)備方框圖分層次并行時(shí)空轉(zhuǎn)換

創(chuàng)新點(diǎn)四提出了多線程技術(shù)和濾波算法實(shí)現(xiàn)了快速高精度的時(shí)間同步，在GPS共視模式下，時(shí)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(guó)家授時(shí)中心的時(shí)間同步精度為9.86ns。衛(wèi)星共視的時(shí)間同步技術(shù)基于“共視”原理的GPS/BD衛(wèi)星共視時(shí)間同步技術(shù)結(jié)構(gòu)（單站）衛(wèi)星共視時(shí)間比對(duì)布局結(jié)構(gòu)圖（多站）（虛線表示通過通信網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換）關(guān)鍵技術(shù)四

衛(wèi)星共視的時(shí)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(duì)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(guó)家授時(shí)中心的時(shí)間同步精度為9.86ns。在GPS共視模式下，時(shí)間同步精度為4.68ns。先進(jìn)性性能指標(biāo)國(guó)際本項(xiàng)目相位群同步下，測(cè)量控制分辨率國(guó)外目前只有相位同步，還沒有提出相位群同步。達(dá)ps量級(jí)溫度補(bǔ)償下的溫度特性國(guó)外的溫度補(bǔ)償只是針對(duì)普通振蕩器，對(duì)原子頻標(biāo)還沒有進(jìn)行溫度補(bǔ)償。溫度特性普遍改善了1個(gè)量級(jí)補(bǔ)償后的老化率目前國(guó)外未見老化補(bǔ)償報(bào)道。補(bǔ)償后老化率提高了6倍高精度短時(shí)間間隔測(cè)量分辨率20~100ps達(dá)50ps共視法的時(shí)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

Ma