CN107727926A - 一种时间频率测量方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种时间频率测量方法和装置，包括：检测安装板卡的种类及数量，对板卡进行分类；向各板卡发送本地时间频率信息和外部时间源信号；各板卡分别对时间源信号解调得到多个外部时间频率信息，并分别与本地时间频率信息进行比较，得到时差信息；根据时差信息修正本地时间频率信息，并将修正后的本地时间频率信息输出。板卡种类包括：主控板、接收板、输出板、时频基准板、电源板和远程控制板，所述板卡均接插在主控板上。本发明针对不同种类信号传输特点对板卡传输进行针对性设计，既避免不同信号之间的串扰，又降低了板卡设计的复杂度，保证了高质量时间频率信号的传输。

Description

一种时间频率测量方法和装置

技术领域

本发明涉及时间频率测试和计量技术领域，更具体地，涉及一种时间频率测量方法和装置。

背景技术

时频装置包括时频信号产生装置以及时频信号测试装置等。

时频信号产生装置，又称时统装置、时统终端、时码发(产)生器等，可装备于靶场、舰船、导弹***、军用实验室等军用领域，以及通信、电力、交通、广电、金融等民用领域，用于提供高精度的时间统一服务。

时频信号产生装置通过接收北斗、GPS、GLONASS等导航信号以及IRIG-B时间码、PTP等有线时间码信号获取时间；内部采用原子钟或高稳晶振进行时间自主保持，完成对时后可不依赖外部时间信号，自主保持连续、稳定、可靠的时间信息；对外通过1PPS、B时间码、NTP/SNTP、PTP、串行时间数据帧(RS422、RS232)、网络时间数据帧等多种方式进行授时，对外提供高精度的时间统一服务。

根据时频信号产生装置的工作原理，可以划分为时间频率信号接收单元、时间保持单元和时间频率信号产生单元。其中时间频率信号接收单元包括GNSS接收、B(DC)/B(AC)码接收等时间接收板卡和10MHz/2.048MHz接收等频率接收板卡。时间保持单元可根据需要配置原子钟或高稳晶振，利用时间频率信号接收单元恢复的时间信号或频率信号对本地时钟进行驯服控制，生成本地的频率标准和时钟信息。时间频率信号产生单元则利用本地的频率标准和时钟信息生成1PPS、B(DC)/B(AC)码、NTP/PTP等时间码信号和10MHz、5MHz、2.048MHz等频率信号进行输出。为保证时统装置的正常工作，还需要配置电源模块、电池模块、显控模块、远程控制模块等辅助单元。时频信号产生装置的原理框图如图1所示。

时频信号测试装置则针对时频信号产生装置输出的各种时间码进行测试。针对时统装置输出的各种时间码信号进行解调，恢复出1PPS信号和时间信号，并与自身的时间参考进行比较，从而给出时间偏差的测量结果。

由前述可知，无论是时频信号产生装置还是时频信号测试装置，根据输入输出信号种类、数量的不同，可以有多种组合形态。因此，针对每种需求进行产品研制是效率低下的。时频装置特别适合采用插卡设计，根据不同的用户需求，采用固有的板卡搭配出用户所需的产品形态。即达到类似于“活字印刷术”的设计效果。采用插卡设计需要背板采用统一的总线接口，由于时间频率产品的特点，当前常用的诸如cPCI、PXI、VXI等都存在各种缺陷。

因此，需要提供一种时间频率测量方法和装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种时间频率测量方法和装置，针对1pps(1pulse persecond秒脉冲)信号、10MHz信号、TOD等信号在背板的传输特点进行了针对性的设计，保证了高质量时间频率信号的高隔离度、低附加噪声传输，在保证信号质量的前提下提高了产品设计的自由度。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：一种时间频率测量方法，包括：

S1、检测安装板卡的种类及数量，对板卡进行分类；

S2、向各板卡发送本地时间频率信息和外部时间源信号；

S3、各板卡分别对时间源信号解调得到多个外部时间频率信息，并分别与本地时间频率信息进行比较，得到时差信息；

S4、根据时差信息修正本地时间频率信息，并将修正后的本地时间频率信息输出。

S5、重复步骤S2-S4，不断修正本地时间频率信息并输出。

进一步地，S1中板卡种类包括：主控板、接收板、输出板、时频基准板、电源板和远程控制板，所述板卡均接插在主控板上，通过主控板进行信息交互。

进一步地，S2中时频基准板向主控板发送本地时间频率信息，同时接收板获取外部时间源信号。

进一步地，S3中每个接收板分别解调时间源信号得到多个外部时间频率信息，主控板测量外部时间频率信息与时频基准板发送的本地时间频率信息的时差信息。

进一步地，S4中主控板将时差信息发送到时频基准板，时频基准板修正本地时间频率信息使时差趋近于0，记录并将修正后的本地时间频率信息通过输出板处理后发出。

进一步地，步骤S3与S4之间还包括：每个接收板获取一种时间源信号，主控板按照预定时间源优先级确定最佳时间源，通过时分复用筛选出最佳时间源与正本地时间频率信息比较得到的时差信息。

进一步地，所述主控板根据时频基准板发送的本地时间频率信息的信号类别不同，设置不同的信号传输方式。

进一步地，远程控制板接收远程控制指令，并发送给主控板以控制板卡工作。

进一步地，主控板与每个板卡接插处均设有不同ID，主控板内设置传输路径的ID，各板卡读取对应接插处ID，与传输路径ID匹配时获得所述传输路径使用权并进行信息传输。

本发明还公开了一种时间频率测量装置，包括：

机箱：用于容纳板卡，所述板卡包括主控板、接收板、输出板、时频基准板、电源板和远程控制板；

主控板：用于控制和处理板卡传输信息，所述板卡均接插在主控板上；

接收板：用于获取外部时间源信号；

时频基准板：用于发送和存储本地时间频率信息；

输出板：用于处理和输出修正后的本地时间频率信息；

电源板：用于为板卡提供直流电；

远程控制板：用于接收远程控制指令，并发送给主控板以控制板卡工作。

本发明的有益效果如下：

本发明所述技术方案提供一种用于测量和校正时间频率的方法和装置，针对1pps(1pulse per second秒脉冲)信号、10MHz信号、TOD等信号在主控板的传输特点进行了针对性的设计，既避免不同信号之间的串扰，又降低了板卡设计的复杂度，保证了高质量时间频率信号的高隔离度、低附加噪声传输，在保证信号质量的前提下提高了产品设计的自由度。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明；

图1为视频信号产生装置原理图；

图2为本发明时间频率测量方法流程图；

图3为3U机箱板卡排布示意图；

图4为1PPS信号通过主控板上采用隔离分配连接示意图；

图5为TOD信号通过主控板上采用直接连接示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

如图1所示，为现有技术中视频信号产生装置的原理图，可将装置划分为时间频率信号接收单元、时间保持单元和时间频率信号产生单元，而每个单元中的子模块可以有多种组合形态，本发明就此提出了使用板卡插卡方式代替现有技术中的各个模块，板卡可随着使用需求随时更换，测量更加灵活。在图1中，时间频率信号接收单元相当于本发明的接收板，时间保持单元相当于本发明的主控板和时频基准板，时间频率信号产生单元相当于本发明的输出板，所有类型的信号通过串行数据帧采用时分的方式通过同一传输路径进行发播，在保证测量精准度的同时减少了测量装置的复杂度。

如图2所示，本发明公开的一种时间频率测量方法，包括：

S1、检测安装板卡的种类及数量，对板卡进行分类。

检测装置通电后，主控板检查接插在主控板上的板卡，确认本机上安装的板卡种类及数量，并对板卡进行分类，除主控板外分为接收板、输出板、时频基准板、电源板和远程控制板；其中，主控板：用于控制和处理板卡传输信息，所述板卡均接插在主控板上，通过主控板进行信息交互；接收板：用于获取外部时间源信号；时频基准板：用于发送和存储本地时间频率信息；输出板：用于处理和输出修正后的本地时间频率信息；电源板：用于为板卡提供直流电；远程控制板：用于接收远程控制指令，并发送给主控板以控制板卡工作。

时频基准板至少1块，各种时间频率接收板至少1块，各种时间频率输出板至少1块，主控板至少1块，电源板至少1块。

S2、向各板卡发送本地时间频率信息和外部时间源信号。

板卡信息确认完毕后时频基准板向主控板发送本地时间频率信息，此时的时间频率信息还未与外界进行同步，同时每个接收板接收一种外部时间源信号，如一号接收板接收北斗卫星信号，二号接收板接收GPS信号，三号接收板接收B码信号等。

S3、各板卡分别对时间源信号解调得到多个外部时间频率信息，并分别与本地时间频率信息进行比较，得到时差信息。

每个接收板分别解调各自获取的外部时间源信号，得到北斗1pps信号、TOD信号，GPS1pps信号、TOD信号等等，这些1pps的上升沿携带了精确的时间信息。主控板将这些外部时间频率信息分别与时频基准板发送的本地时间频率信息进行比较，得到时差信息。主控板按照预定的时间源优先级确定最佳时间源，时间源优先级可预先设置，也可由用户修改，常见的如“北斗＞GPS＞PTP＞B码”。在确定使用的时间源后，将所有时差信息通过主控板的时分复用程序筛选出需要的时间源对应的时差信息，并发送到时频基准板。

S4、根据时差信息修正本地时间频率信息，并将修正后的本地时间频率信息输出。

时频基准板接收到主控板发送的时差信息，通过同步和驯服操作，修正本地时间频率与外部时间源一致，时差趋近于0，然后将修正后的本地时间频率信息通过输出板对外发播到区域内用户。

由于修正后携带的时间频率信息的信号种类不同，故主控板提前对各输出板进行设置，每个输出板输出一种时间码信号，不同的时间码信号设置的传输方式也不同，根据图4和图5所示，PIN1为时频基准板输出的1PPS信号的管脚，电平形式为TTL，该信号通过PIN1连接在主控板后通过脉冲隔离分配芯片隔离后连接到其他板卡的接插处，每个板卡的PIN1管脚隔离连接互不接触，保证这些1PPS信号携带的精确时间信息不受互相干扰；而PIN2为时频基准板输出的TOD信号的管脚，电平形式为RS422，主控板中每个接插处的PIN2管脚直接连在一起，进行TOD信号的传输。

本发明实施例还描述了一种时间频率测量装置，如图3所示，包括：机箱：用于容纳板卡，所述板卡包括主控板、接收板、输出板、时频基准板、电源板和远程控制板。

主控板与每个板卡接插处均设有不同ID，ID采用5比特，一共有32种设置。由于装置插卡最多为17块，因此能满足需求。同时主控板内设有传输路径的ID，各板卡读取对应接插处ID，与传输路径ID匹配时，说明自己获得了传输路径的使用权，此时该板卡可以进行信息交互，当传输路径ID与接插处不匹配时，传输路径设置为高阻，不能获得使用权。精确控制信息传输过程中各个板卡间不受互相干扰，避免信号变化存在的竞争冒险现象，提高传输效率和准确率。

时统装置采用插卡式结构，用户可根据自己的需要进行板卡的选择。根据所选板卡的数量，可选择1U、2U或3U机箱作为插卡平台。因此，板卡设计需适应这三种机箱。本实施例以3U机箱为标准进行举例，板卡尺寸选择标准3U插卡尺寸，为160mm×100mm。3U机箱可插卡空间为84HP(1HP＝5.08mm)，为充分利用插卡空间，板卡厚度(面板宽度)选择为4HP的倍数。时频基准板根据所选频标不同，采用8HP、12HP、16HP等宽度；标准电源模块采用8HP宽度，当含有电池时，根据电池容量不同，选用16HP、24HP等宽度；其他各功能板卡采用4HP的宽度。

由于时频基准板不需要有对外的输入输出端口，因此时频基准板设计为前插卡。用户可根据需要选择双时钟备份方案，因此前插卡设计两个卡槽，分列前面板左右两端。前面板中间为OLED显示屏，后背为显控板。显控板与主控板采用排线相连。

电源板有交流输入和直流输入两种型号，用户可根据需要选择双电源板备份。电源板位于后侧两端。除两块电源板外，后侧插槽有17个槽位，可插17块4HP宽度的板卡。如果用户需要电池，则需占据一定数量的槽位宽度，可插普通板卡的数量会小于17块。

电源板与时频基准板前后对插，由于这两个板卡宽度较大，接插处均位于各自的左侧，因此不存在干涉现象。其他各功能板卡均采用后插卡，前方不存在插卡，不存在干涉现象。电源信号为+5V和+15V电源，装置中还设置了公共地管脚，防止工作中短路。远程控制板可用于接收远程控制指令，并发送给主控板以控制板卡工作。

各输出板可统一采用时频基准板输出的时间信息进行信号产生，即无论有多少输出板卡，输出的时间信息只能通过1条传输路径。而接收板则不同，每一个接收板都会解调出各自的1pps信号，如GPS解调1pps、北斗解调1pps、B码解调1pps等。这些1pps的上升沿携带了精确的时刻信息。在传统的设计中，这些1pps都要发送至时频基准板，时频基准板选择相应的1pps对自己进行同步。这样，主控板上会充斥着大量的上升沿不一致的1pps信号，既带来了不同信号之间的串扰，又导致了主控板设计的复杂度。本发明各接收板不再将解调1pps发出，而是测量解调1pps和时频基准板1pps之间的时差，通过串行数据帧进行发播。避免了信号串扰，由于串行数据帧采用时分复用的方式通过同一引脚进行发播，也减少了主控板设计的复杂度。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种时间频率测量方法，其特征在于，包括：

S1、检测安装板卡的种类及数量，对板卡进行分类；

S2、向各板卡发送本地时间频率信息和外部时间源信号；

S3、各板卡分别对时间源信号解调得到多个外部时间频率信息，并分别与本地时间频率信息进行比较，得到时差信息；

S4、根据时差信息修正本地时间频率信息，并将修正后的本地时间频率信息输出；

S5、重复步骤S2-S4，不断修正本地时间频率信息并输出。

2.根据权利要求1所述的时间频率测量方法，其特征在于，S1中板卡种类包括：主控板、接收板、输出板、时频基准板、电源板和远程控制板，所述板卡均接插在主控板上，通过主控板进行信息交互。

3.根据权利要求2所述的时间频率测量方法，其特征在于，S2中时频基准板向主控板发送本地时间频率信息，同时接收板获取外部时间源信号。

4.根据权利要求3所述的时间频率测量方法，其特征在于，S3中每个接收板分别解调时间源信号得到多个外部时间频率信息，主控板测量外部时间频率信息与时频基准板发送的本地时间频率信息的时差信息。

5.根据权利要求4所述的时间频率测量方法，其特征在于，S4中主控板将时差信息发送到时频基准板，时频基准板修正本地时间频率信息使时差趋近于0，记录并将修正后的本地时间频率信息通过输出板处理后发出。

6.根据权利要求4所述的时间频率测量方法，其特征在于，步骤S3与S4之间还包括：每个接收板获取一种时间源信号，主控板按照预定时间源优先级确定最佳时间源，通过时分复用筛选出最佳时间源与正本地时间频率信息比较得到的时差信息。

7.根据权利要求3所述的时间频率测量方法，其特征在于，所述主控板根据时频基准板发送的本地时间频率信息的信号类别不同，设置不同的信号传输方式。

8.根据权利要求2所述的时间频率测量方法，其特征在于，远程控制板接收远程控制指令，并发送给主控板以控制板卡工作。

9.根据权利要求2所述的时间频率测量方法，其特征在于，主控板与每个板卡接插处均设有不同ID，主控板内设置传输路径的ID，各板卡读取对应接插处ID，与传输路径ID匹配时获得所述传输路径使用权并进行信息传输。

10.一种时间频率测量装置，其特征在于，包括：

机箱：用于容纳板卡，所述板卡包括主控板、接收板、输出板、时频基准板、电源板和远程控制板；

主控板：用于控制和处理板卡传输信息，所述板卡均接插在主控板上；

接收板：用于获取外部时间源信号；

时频基准板：用于发送和存储本地时间频率信息；

输出板：用于处理和输出修正后的本地时间频率信息；

电源板：用于为板卡提供直流电；

远程控制板：用于接收远程控制指令，并发送给主控板以控制板卡工作。