CN115561988A - 一种授时终端及其授时***和方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种授时终端及其授时***和方法，应用于时间同步技术领域，授时***中包括第一原子钟，第二原子钟，控制装置，铷原子钟及时间频率产生器；授时方法应用于控制装置中，包括：根据预设的选取规则，从第一参考时钟信号和第二参考时钟信号之中选取出主参考时钟信号；判断卫星信号是否有效；有效则控制铷原子钟跟踪卫星信号；无效则控制铷原子钟跟踪主参考时钟信号，并确定出用于抵消主参考时钟信号与卫星信号之间的偏差的补偿量；将补偿量发送至时间频率产生器，以通过补偿量对铷原子钟的输出进行补偿，使时间频率产生器产生经过补偿的时间频率信号。应用本申请的方案，实现授时的同时，即便卫星信号无效，也可以进行高精度的守时。

Description

一种授时终端及其授时***和方法

技术领域

本发明涉及时间同步技术领域，特别是涉及一种授时终端及其授时***和方法。

背景技术

随着智能电网的快速建设、5G网络的广泛应用，各大运营商对于时间源以及时间频率同步的精度需求越来越高。目前，基站的高精度时间源主要是通过GNSS（GlobalNavigation Satellite System，全球卫星导航***）提供的，但是，过度依赖于GNSS的授时手段，会使得高精度时间同步的连续性和可靠性急剧降低。因为卫星信号容易因人为干扰、欺骗或自然现象等因素导致长时间无法使用。一些简单廉价的卫星欺骗器装置，便可干扰某些站之间的时间频率同步，使某个基站失效，而长时间的失效将导致相关服务关闭，引发用户投诉等后果。

综上所述，如何进行授时，并且有效地实现守时，保障可靠性，是目前本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种授时终端及其授时***和方法，以有效地进行授时，且提高可靠性。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种授时方法，授时***中包括用于提供第一参考时钟信号的第一原子钟，用于提供第二参考时钟信号的第二原子钟，以及与所述第一原子钟和所述第二原子钟均连接的时频融合设备；所述时频融合设备包括控制装置，与所述控制装置连接的铷原子钟，以及与所述铷原子钟连接，用于根据所述铷原子钟的输出信号产生时间频率信号的时间频率产生器；所述授时方法应用于所述控制装置中，包括：

判断卫星信号是否有效；

如果有效，则控制铷原子钟跟踪所述卫星信号；

如果无效，则根据预设的选取规则，从所述第一参考时钟信号和所述第二参考时钟信号之中选取出主参考时钟信号；

控制所述铷原子钟跟踪主参考时钟信号，并确定出用于抵消所述主参考时钟信号与所述卫星信号之间的偏差的补偿量；

将所述补偿量发送至所述时间频率产生器，以通过所述补偿量对所述铷原子钟的输出进行补偿，使所述时间频率产生器产生经过补偿的时间频率信号。

优选的，所述根据预设的选取规则，从所述第一参考时钟信号和所述第二参考时钟信号之中选取出主参考时钟信号，包括：

当确定出所述第一参考时钟信号异常且所述第二参考时钟信号正常时，将所述第二参考时钟信号作为选取出的主参考时钟信号；

当确定出所述第一参考时钟信号正常且所述第二参考时钟信号异常时，将所述第一参考时钟信号作为选取出的主参考时钟信号；

当确定出所述第一参考时钟信号和所述第二参考时钟信号均正常时，确定出所述第一原子钟的稳定程度Mclock1和所述第二原子钟的稳定程度Mclock2；如果所述第一原子钟的稳定程度Mclock1大于所述第二原子钟的稳定程度Mclock2，则将所述第一参考时钟信号作为选取出的主参考时钟信号；如果所述第一原子钟的稳定程度Mclock1小于所述第二原子钟的稳定程度Mclock2，则将所述第二参考时钟信号作为选取出的主参考时钟信号。

优选的，确定出所述第一原子钟的稳定程度Mclock1，包括：

通过

确定出所述第一原 子钟的稳定程度Mclock1；

确定出所述第二原子钟的稳定程度Mclock2，包括：

通过

确定出所述第二原 子钟的稳定程度Mclock2；

其中，a，b，c均为预设参数，x ₁为所述第一原子钟的第一时长稳定度，x ₂为所述第一原子钟的第二时长稳定度，x ₃为所述第一原子钟的第三时长稳定度；y ₁为所述第二原子钟的第一时长稳定度，y ₂为所述第二原子钟的第二时长稳定度，y ₃为所述第二原子钟的第三时长稳定度。

优选的，确定所述第一参考时钟信号异常，包括：

通过类卡尔曼p步无偏有限脉冲响应滤波器算法，进行所述第一参考时钟信号的相位和频率的异常监测；

确定所述第二参考时钟信号异常，包括：

通过类卡尔曼p步无偏有限脉冲响应滤波器算法，进行所述第二参考时钟信号的相位和频率的异常监测。

优选的，所述确定出用于抵消所述主参考时钟信号与所述卫星信号之间的偏差的补偿量，包括：

将

作为确定出的用于抵消所述主参 考时钟信号与所述卫星信号之间的偏差的补偿量；

其中，phase_base表示的是在判断出卫星信号无效的时刻，所述铷原子钟的输出 信号与所述卫星信号之间的时钟误差；phase_diff表示的是在判断出卫星信号无效的时 刻，所述主参考时钟信号与所述铷原子钟的输出信号之间的时钟误差；

表示的是从 所述卫星信号无效的时刻开始，所述主参考时钟信号与所述卫星信号之间的时钟误差累积 量的预测值，n表示的是时刻，且在判断出卫星信号无效的时刻，n=0。

优选的，确定出

的过程包括：

在所述卫星信号有效期间，从预设的目标时刻开始，统计出在所述目标时刻之后的多个时间节点处的所述主参考时钟信号与所述铷原子钟的输出信号之间的时钟误差累积量；

基于统计出的各个时钟误差累积量，拟合出用于表示时钟误差累积量的第一函数曲线；

基于所述第一函数曲线确定出

。

优选的，确定出

的过程包括：

在所述卫星信号有效期间，从预设的目标时刻开始，统计出在所述目标时刻之后的多个时间节点处的所述主参考时钟信号与所述铷原子钟的输出信号之间的时钟误差累积量；

基于统计出的各个时钟误差累积量，利用自回归滑动平均模型预测出

。

一种授时***，包括：

第一原子钟，用于提供第一参考时钟信号；

第二原子钟，用于提供第二参考时钟信号；

与所述第一原子钟和所述第二原子钟均连接的时频融合设备；

所述时频融合设备包括控制装置，与所述控制装置连接的铷原子钟，以及与所述铷原子钟连接，用于根据所述铷原子钟的输出信号产生时间频率信号的时间频率产生器；

所述控制装置中用于：判断卫星信号是否有效；如果有效，则控制铷原子钟跟踪所述卫星信号；如果无效，则根据预设的选取规则，从所述第一参考时钟信号和所述第二参考时钟信号之中选取出主参考时钟信号；控制所述铷原子钟跟踪主参考时钟信号，并确定出用于抵消所述主参考时钟信号与所述卫星信号之间的偏差的补偿量；将所述补偿量发送至所述时间频率产生器，以通过所述补偿量对所述铷原子钟的输出进行补偿，使所述时间频率产生器产生经过补偿的时间频率信号。

优选的，所述控制装置包括：

分别与所述第一原子钟，所述第二原子钟以及所述铷原子钟连接，用于进行数据处理的时差鉴相器；

分别与所述时差鉴相器和所述铷原子钟连接，用于在中央控制器的控制下进行输出信号选取的切换控制器；

所述中央控制器，具体用于：

接收所述时差鉴相器发送的第一参考时钟信号和所述第二参考时钟信号；

接收所述时差鉴相器发送的卫星信号，并且判断所述卫星信号是否有效；如果有效，则控制所述切换控制器的输出信号为所述卫星信号，以控制铷原子钟跟踪所述卫星信号；

如果无效，则根据预设的选取规则，从所述第一参考时钟信号和所述第二参考时钟信号之中选取出主参考时钟信号；控制所述切换控制器的输出信号为所述主参考时钟信号，以控制所述铷原子钟跟踪所述主参考时钟信号，并确定出用于抵消所述主参考时钟信号与所述卫星信号之间的偏差的补偿量；将所述补偿量发送至所述时间频率产生器，以通过所述补偿量对所述铷原子钟的输出进行补偿，使所述时间频率产生器产生经过补偿的时间频率信号。

一种授时终端，包括如上述所述的授时***。

应用本发明实施例所提供的技术方案，当卫星信号有效时，时频融合设备中的控制装置可以控制铷原子钟跟踪卫星信号，此时时间频率产生器便可以直接根据铷原子钟的输出信号产生时间频率信号，达到授时的目的。而考虑到由于人为干扰、欺骗或自然现象等因素，可能导致卫星信号失效，本申请的方案中，设置了用于提供第一参考时钟信号的第一原子钟，用于提供第二参考时钟信号的第二原子钟，构成主备结构。控制装置会根据预设的选取规则，从第一参考时钟信号和第二参考时钟信号之中选取出主参考时钟信号，有利于保障授时的准确性。当判断出卫星信号无效时，便可以控制铷原子钟跟踪主参考时钟信号，使得本申请的授时***依然能够授时，即卫星信号无效时依然能够提供时间频率信号，有效地保障了授时***的可靠性，即有效地实现了守时。进一步的，本申请考虑到主参考时钟信号在准确度上会低于卫星信号，因此，本申请在控制铷原子钟跟踪主参考时钟信号的同时，会确定出用于抵消主参考时钟信号与卫星信号之间的偏差的补偿量，进而将补偿量发送至时间频率产生器，从而可以通过补偿量对铷原子钟的输出进行补偿，使时间频率产生器产生经过补偿的时间频率信号，即经过补偿之后，时间频率产生器产生的时间频率信号会更为准确。

综上所述，本申请的方案可以有效地进行授时，且通过第一参考时钟信号和第二参考时钟信号的设置，提高了可靠性，并且通过补偿机制，提高了授时的准确性，即实现了授时的同时，即便卫星信号无效，也可以有效地进行高精度的守时。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中一种授时方法的实施流程图；

图2为本发明中一种授时***的结构示意图；

图3为本发明中一种具体实施方式中的授时***的结构示意图；

图4为一种具体实施方式中第一参考时钟信号与铷原子钟的输出信号之间的时钟误差累积量的示意图；

图5为一种具体实施方式中的测试结果示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种授时方法，可以有效地进行授时，且通过第一参考时钟信号和第二参考时钟信号的设置，提高了可靠性，并且通过补偿机制，提高了授时的准确性，即实现了授时的同时，即便卫星信号无效，也可以有效地进行高精度的守时。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，图1为本发明中一种授时方法的实施流程图，图2为本发明中一种授时***的结构示意图，授时***中可以包括用于提供第一参考时钟信号的第一原子钟10，用于提供第二参考时钟信号的第二原子钟20，以及与第一原子钟10和第二原子钟20均连接的时频融合设备30。时频融合设备30包括控制装置31，与控制装置31连接的铷原子钟32，以及与铷原子钟32连接，用于根据铷原子钟32的输出信号产生时间频率信号的时间频率产生器33。

本申请的授时方法可以应用于控制装置31中，包括以下步骤：

步骤S101：判断卫星信号是否有效；

如果有效，则执行步骤S102的操作，如果无效，则执行步骤S103的操作。

步骤S102：控制铷原子钟32跟踪卫星信号；

当判断出卫星信号有效时，控制装置31会控制铷原子钟32跟踪卫星信号，控制装置31的具体结构可以根据实际需要进行设定和调整，只要能够实现本申请对于控制装置31的功能要求即可。例如在图3的具体实施方式中，控制装置31具体包括时差鉴相器311，切换控制器312以及中央控制器313。本申请的后文中，便以图3的具体实施方式进行控制装置31的结构以及功能说明。

本申请描述的卫星信号通常可以为GNSS信号，当然，其他具体实施方式中，可以根据需要设置为其他类型的卫星信号，并不影响本发明的实施。

控制铷原子钟32跟踪卫星信号时，通常可以通过锁相环的原理来实现跟踪，以图3为例，时差鉴相器311分别与第一原子钟10，第二原子钟20以及铷原子钟32连接，并且时差鉴相器311可以接收卫星信号即接收GNSS信号，时差鉴相器311在进行数据处理时，可以确定出在第t时刻，铷原子钟32的输出信号与卫星信号之间的时钟误差X _GR （t）。在第t时刻，铷原子钟32的输出信号与第一参考时钟信号之间的时钟误差X _CR-1（t）。以及在第t时刻，铷原子钟32的输出信号与第二参考时钟信号之间的时钟误差X _CR-2（t），

切换控制器312分别与时差鉴相器311和铷原子钟32连接，可以在中央控制器313的控制下进行输出信号选取。此时，由于卫星信号有效，中央控制器313需要控制铷原子钟32跟踪卫星信号，因此，切换控制器312在中央控制器313的控制下，可以将GNSS信号以及X _GR （t）发送至铷钟，铷钟内部设置有压控振荡结构，通过反馈的原理便可以消除X _GR （t），使得铷原子钟32的输出信号能够跟踪卫星信号。

此外，在实际应用中，切换控制器312中还可以设置有滤波结构，例如切换控制器312中包括环路滤波器的结构，以提高信号传输质量，保障锁相效果。

判断卫星信号是否有效通常可以由控制装置31中的中央控制器313实现，当然，具体的判断卫星信号是否有效的方法可以有多种，例如一种简单的判断方式是在没有接收到卫星信号时，可以确定出卫星信号无效。此外，部分场合中可以进一步地进行判断方式的扩展，根据实际需要进行选取即可，并不影响本发明的实施。例如，接收到了卫星信号之后，可以进一步地对接收到的卫星信号进行有效性判断，例如判断相关参数是否符合设定范围，以确定接收到的是否是有效的卫星信号。

在卫星信号有效时，铷原子钟32会跟踪卫星信号，时间频率产生器33与铷原子钟32连接，会根据铷原子钟32的输出信号产生时间频率信号。此外需要说明的是，时间频率产生器33在产生时间频率信号时，可以产生1种或多种时间频率信号，可以根据实际需要进行设定，并不影响本发明的实施。当然，要输出不同种类的时间频率信号，对于时间频率产生器33的电路结构要求也会不同，例如要求输出高频的时间频率信号时，时间频率产生器33中便需要设置有倍频电路，此外，部分类型的时间频率信号还会存在通信协议上的要求。

在图3的具体实施方式中，时间频率产生器33可以输出5种类型的时间频率信号，也是目前较为常用的时间频率信号的类型。

步骤S103：根据预设的选取规则，从第一参考时钟信号和第二参考时钟信号之中选取出主参考时钟信号。

具体的，本申请的授时***中设置了用于提供第一参考时钟信号的第一原子钟10，以及用于提供第二参考时钟信号的第二原子钟20，可以看出，通过第一原子钟10和第二原子钟20，可以构成主备结构保障本申请的授时***的可靠性。并且可以理解的是，在其他具体实施方式中，还可以设置更多数量的原子钟来提供参考时钟信号，并将其中最稳定的作为主参考时钟信号，进一步地保障方案的可靠性，但成本也会相应地提高。而在实际应用中，考虑到卫星信号通常是有效的，如果出现卫星信号失效的情况，第一原子钟10和第二原子钟20也都同时故障，概率非常低，因此设置2个原子钟来提供参考时钟即可，即设置第一原子钟10和第二原子钟20即可。

预设的选取规则的具体内容可以根据实际需要进行设定和选取，并不影响本发明的实施，但可以理解的是，应当从第一参考时钟信号和第二参考时钟信号之中，选取出更为稳定的作为本申请所需要的主参考时钟信号。

步骤S104：控制铷原子钟32跟踪主参考时钟信号，并确定出用于抵消主参考时钟信号与卫星信号之间的偏差的补偿量。

当判断出卫星信号无效时，控制装置31会控制铷原子钟32跟踪主参考时钟信号，如上文的描述，主参考时钟信号是从第一参考时钟信号和第二参考时钟信号之中选取出的。

例如判断出卫星信号无效时，第一参考时钟信号为主参考时钟信号，则中央控制器313会对切换控制器312进行控制，使得切换控制器312进行输出信号选取时，选取的是第一参考时钟信号以及X _CR-1（t）发送至铷原子钟32，铷原子钟32进而通过锁相环的原理，跟踪第一参考时钟信号，也即跟踪主参考时钟信号。

考虑到主参考时钟信号准确度低于卫星信号，因此，本申请的方案中，控制装置31还会确定出用于抵消主参考时钟信号与卫星信号之间的偏差的补偿量，具体的补偿量的计算方式，可以根据实际情况进行设定和调整，只要能够有效地提高本申请的授时***的准确性即可。

步骤S105：将补偿量发送至时间频率产生器33，以通过补偿量对铷原子钟32的输出进行补偿，使时间频率产生器33产生经过补偿的时间频率信号。

控制装置31可以将确定出的用于抵消主参考时钟信号与卫星信号之间的偏差的补偿量发送至时间频率产生器33，从而通过补偿量对铷原子钟32的输出进行补偿，提高时间频率产生器33产生的时间频率信号的准确度。

在本发明的一种具体实施方式中，步骤S101可以具体，包括：

当确定出第一参考时钟信号异常且第二参考时钟信号正常时，将第二参考时钟信号作为选取出的主参考时钟信号；

当确定出第一参考时钟信号正常且第二参考时钟信号异常时，将第一参考时钟信号作为选取出的主参考时钟信号；

当确定出第一参考时钟信号和第二参考时钟信号均正常时，确定出第一原子钟10的稳定程度Mclock1和第二原子钟20的稳定程度Mclock2；如果第一原子钟10的稳定程度Mclock1大于第二原子钟20的稳定程度Mclock2，则将第一参考时钟信号作为选取出的主参考时钟信号；如果第一原子钟10的稳定程度Mclock1小于第二原子钟20的稳定程度Mclock2，则将第二参考时钟信号作为选取出的主参考时钟信号。

具体的，该种实施方式考虑到，如果第一原子钟10输出的第一参考时钟信号，和第二原子钟20输出的第二参考时钟信号当中，仅有1个异常，因此可以将正常的那个原子钟所输出的参考时钟作为主参考时钟。

而如果第一参考时钟信号和第二参考时钟信号均是正常的，则可以基于述第一原子钟10的稳定程度Mclock1和第二原子钟20的稳定程度Mclock2，来决定是将第一参考时钟信号作为主参考时钟信号，还是将第二参考时钟信号作为主参考时钟信号。

判断参考时钟是否异常的具体实施方式可以有多种，通常可以通过参考时钟的相位和/或频率来实现异常监测。

例如在本发明的一种具体实施方式中，确定第一参考时钟信号异常，可以具体包括：

通过类卡尔曼p步无偏有限脉冲响应滤波器算法，进行第一参考时钟信号的相位和频率的异常监测；

相应的，确定第二参考时钟信号异常，可以具体包括：

通过类卡尔曼p步无偏有限脉冲响应滤波器算法，进行第二参考时钟信号的相位和频率的异常监测。

该种实施方式中，通过类卡尔曼p步无偏有限脉冲响应滤波器算法，可以方便有效地实现异常监测。以第一参考时钟信号为例，当第一参考时钟信号的相位异常或者频率异常时，均可以视为第一参考时钟信号异常，第二参考时钟信号同理。此外还需要说明的是，在实际应用中，通常不会出现第一参考时钟信号和第二参考时钟信号均异常的情况，如果出现这样的情况，可以选择输出提示信息以便工作人员及时进行处理，当然，其他场合中也可以根据需要采用其他的应对措施，并不影响本发明的实施。

如上文的描述，当第一参考时钟信号和第二参考时钟信号均正常时，是按照第一原子钟10的稳定程度Mclock1，和第二原子钟20的稳定程度Mclock2之间的比较结果，来决定第一参考时钟信号和第二参考时钟信号当中哪一个作为主参考时钟信号。

原子钟的稳定程度越高，说明原子钟越准确，越优秀，即Mclock1大于Mclock2时，可以将第一参考时钟信号作为选取出的主参考时钟信号，反之即Mclock2大于Mclock1时，可以将第二参考时钟信号作为选取出的主参考时钟信号。实际应用中通常不会出现Mclock1等于Mclock2的情况，当然如果出现，则可以任意选取1个参考时钟信号作为选取出的主参考时钟信号。

在确定出原子钟的稳定程度时，通常是直接基于百秒稳定程度，或者千秒稳定程度来作为原子钟的稳定程度，优点是较为简单方便，而在本发明的一种具体实施方式中，考虑到如果综合多个时长下的稳定程度，来衡量原子钟的稳定程度，能够更合理、更全面、更准确地反映出原子钟所输出的参考时钟信号的准确性，因此，在本发明的一种具体实施方式中，确定出第一原子钟10的稳定程度Mclock1，可以具体包括：

通过

确定出第一原子钟 10的稳定程度Mclock1；

相应的，确定出第二原子钟20的稳定程度Mclock2，可以具体包括：

通过

确定出第二原子钟 20的稳定程度Mclock2；

其中，a，b，c均为预设参数，x ₁为第一原子钟10的第一时长稳定度，x ₂为第一原子钟10的第二时长稳定度，x ₃为第一原子钟10的第三时长稳定度；y ₁为第二原子钟20的第一时长稳定度，y ₂为第二原子钟20的第二时长稳定度，y ₃为第二原子钟20的第三时长稳定度。

以确定出第一原子钟10的稳定程度Mclock1为例进行说明，可以看出，该种实施方式中，是对3个不同时长下的稳定度进行加权叠加，来作为确定出的第一原子钟10的稳定程度Mclock1，使得确定出的Mclock1能够非常合理、准确地反映出第一原子钟10所输出的第一参考时钟信号的准确性。

预设参数a，b，c的具体取值可以根据需要进行设定和选取，例如一种场合中a，b，c均设置为1。同样的，第一时长，第二时长以及第三时长的具体取值可以根据需要进行设定和选取，例如一种场合中第一时长，第二时长以及第三时长分别选取为100秒，1000秒以及10000秒，即该种实施方式中，x ₁，x ₂以及x ₃依次为第一原子钟10的百秒稳定度，千秒稳定度以及万秒稳定度。

此外，在进行x ₁，x ₂以及x ₃的计算时，具体方式可以有多种，例如较为常用的是采用阿伦方差的方式进行稳定度的计算。

上述是以确定出第一原子钟10的稳定程度Mclock1为例进行说明，确定出第二原子钟20的稳定程度Mclock2的过程与此同理，便不再重复说明。

还需要说明的是，第一原子钟10和第二原子钟20的具体类型也可以根据需要进行设定和选取，例如通常而言，第一原子钟10和第二原子钟20都可以选取为铯钟。

此外，原子钟的稳定程度通常不会发生变化，即在实际应用中，可以在首次执行步骤S103时，按照上文所描述的方式，确定出第一原子钟10和第二原子钟20之间哪个的稳定程度更高，例如确定出第一原子钟10更高时，后续运行过程中，再触发步骤S103时，便不再需要重新进行稳定程度的计算，即只要没有出现第一原子钟10所输出的第一参考时钟信号异常的情况，便可以直接将第一原子钟10视为是主钟，即第一原子钟10所输出的第一参考时钟信号便始终是主参考时钟信号。

在本发明的一种具体实施方式中，步骤S104中描述的确定出用于抵消主参考时钟信号与卫星信号之间的偏差的补偿量，可以具体包括：

将

作为确定出的用于抵消主参考时 钟信号与卫星信号之间的偏差的补偿量；

其中，phase_base表示的是在判断出卫星信号无效的时刻，铷原子钟32的输出信 号与卫星信号之间的时钟误差；phase_diff表示的是在判断出卫星信号无效的时刻，所述 主参考时钟信号与铷原子钟32的输出信号之间的时钟误差；

表示的是从卫星信号 无效的时刻开始，主参考时钟信号与卫星信号之间的时钟误差累积量的预测值，n表示的是 时刻，且在判断出卫星信号无效的时刻，n=0。

该种实施方式考虑到，在卫星信号有效时，铷原子钟32跟踪的是卫星信号，而在确定出卫星信号无效之后，铷原子钟32会切换为跟踪主参考时钟信号，因此，该切换操作所导致的误差主要可以分为3个部分：

其一是铷原子钟32的输出信号与卫星信号之间的误差，也即上述的phase_base。

其二是在判断出卫星信号无效的时刻，主参考时钟信号与铷原子钟32的输出信号之间的时钟误差，也即上述的phase_diff。

其三是在后续的运行过程中，主参考时钟信号自身不断累积的误差，该误差需要 预测，也即上述的

。

可以看出，对于phase_base和phase_diff，在确定出卫星信号无效的时刻，这两个 数值便是确定的，通过时差鉴相器311可以直接测量得出，而

则会随着时间不断累 积，并且可以理解的是，在确定出卫星信号无效的时刻，即n=0的时刻，

=0。

该种实施方式中，对于主参考时钟信号与卫星信号之间的偏差，进行了全面的考虑，因此该种实施方式确定出的补偿量较为准确。

如上文的描述，时差鉴相器311在进行数据处理时，可以确定出在第t时刻，铷原子钟32的输出信号与卫星信号之间的时钟误差X _GR （t）。在第t时刻，铷原子钟32的输出信号与第一参考时钟信号之间的时钟误差X _CR-1（t）。以及在第t时刻，铷原子钟32的输出信号与第二参考时钟信号之间的时钟误差X _CR-2（t）。

因此，在某一时刻，确定出卫星信号无效时，该时刻的X _GR （t）便是所需要的phase_ base，并且例如第一参考时钟信号是主参考时钟信号，则该时刻的X _CR-1（t）便是所需要的phase_diff，当然，如果第二参考时钟信号是主参考时钟信号，则该时刻的X _CR-2（t）便是所需要的phase_diff。

确定出

的具体方式也可以有多种，例如一种场合中，考虑到

是个 单向增加或减小的变量，因此可以在卫星信号有效期间，预先对原子钟所输出的参考时钟 信号与铷原子钟的输出信号之间的时钟误差进行检测，从而确定出时钟误差累积量的变化 规律，进而据此确定出

。

例如在本发明的一种具体实施方式中，确定出

的过程包括：

在卫星信号有效期间，从预设的目标时刻开始，统计出在目标时刻之后的多个时间节点处的主参考时钟信号与铷原子钟的输出信号之间的时钟误差累积量；

基于统计出的各个时钟误差累积量，拟合出用于表示时钟误差累积量的第一函数曲线；

基于第一函数曲线确定出

。

该种实施方式中，便是在卫星信号有效期间，从预设的目标时刻开始进行统计，目标时刻可以是任意时刻，通常会设定目标时刻主参考时钟信号与卫星信号之间的时钟误差累积量为0。之后，随着时间的推移，主参考时钟信号与卫星信号之间的时钟误差会不断累积，即可以得到多个时间节点处的时钟误差累积量。

并且本申请的该种实施方式中，确定出主参考时钟信号与卫星信号之间的时钟误差累积量时，并不是直接基于卫星信号来计算，而是用铷原子钟的输出信号来计算。这是考虑到在卫星信号有效时，铷原子钟跟踪的是卫星信号，二者之间的误差很小可以忽略不计，且此时铷原子钟32的输出稳定性更高，即此时的铷原子钟32的输出信号也可以视为是标准信号，且比卫星信号稳定性高，因此，统计出各个时间节点处的主参考时钟信号与铷原子钟的输出信号之间的时钟误差累积量，相当于反映的是主参考时钟信号与卫星信号之间的时钟误差累积量。

统计出的这些时间节点处的时钟误差累积量，大体上是一条直线，例如第一原子钟10所输出的第一参考时钟信号为主参考时钟信号，图4示出的是从0时刻开始，连续检测了17天的第一参考时钟信号与铷原子钟32的输出信号之间的时钟误差累积量，可以看出，铯钟平均每天飘移42ns，即第一参考时钟信号与卫星信号之间的时钟误差累积量每天大约累积42ns。

因此可以看出，所拟合出的用于表示时钟误差累积量的第一函数曲线，形式上可 以表示为：

；d代表的是钟差的初相，即钟误差累积量的初始值，接近于 0，斜率k反映的是输出主参考时钟信号的原子钟的频率准确度。

在确定出第一函数曲线之后，后续根据n的取值的增加，便可以按照第一函数曲线 确定出任意时刻的

。

在本发明的一种具体实施方式中，确定出

的过程包括：

在卫星信号有效期间，从预设的目标时刻开始，统计出在目标时刻之后的多个时间节点处的主参考时钟信号与铷原子钟32的输出信号之间的时钟误差累积量；

基于统计出的各个时钟误差累积量，利用自回归滑动平均模型预测出

。

该种实施方式中，同样是需要统计出在目标时刻之后的多个时间节点处的主参考时钟信号与卫星信号之间的时钟误差累积量，并且与上文相同的是，也是将铷原子钟32的输出信号作为标准信号使用，即，统计出各个时间节点处的主参考时钟信号与铷原子钟的输出信号之间的时钟误差累积量，相当于反映的是主参考时钟信号与卫星信号之间的时钟误差累积量。

区别在于，后续是利用自回归滑动平均模型预测出

，准确性上会高于上述 的进行曲线拟合的实施方式。

例如一种具体场合中，输出主参考时钟信号的原子钟为第一原子钟10，且以秒为间隔，目标时刻为0时刻，统计出在目标时刻之后的各个时间节点处的主参考时钟信号与铷原子钟32的输出信号之间的时钟误差累积量，可以表示为X（1），X（2），X(3)，...，X(3600)，X(3601)，...，X（259200）。可以理解的是，此处的X（1）表示的是在目标时刻的1秒之后的主参考时钟信号与铷原子钟32的输出信号之间的时钟误差累积量，X（259200）表示的是在目标时刻的259200秒之后，即72小时之后的主参考时钟信号与铷原子钟32的输出信号之间的时钟误差累积量。

以小时为计算间隔，通过最小二乘法可以计算出每个小时的第一原子钟10的时钟误差累积量的初相，可以表示为序列d（1），d（2），...，d（72），以及计算出每个小时的第一原子钟10的时钟误差累积量的频率准确度，可以表示为序列k（1），k（2），...，k（72）。

将上述两个序列输入至自回归滑动平均模型，自回归滑动平均模型便可以预测出后续的各个小时的初相以及频率准确度，即自回归滑动平均模型的输出可以表示为序列d（73），d（74），d（75）...以及序列k（73），k（74），k（75）...。

以第73小时为例，即利用自回归滑动平均模型预测出的

。

应用本发明实施例所提供的技术方案，当卫星信号有效时，时频融合设备30中的控制装置31可以控制铷原子钟32跟踪卫星信号，此时时间频率产生器33便可以直接根据铷原子钟32的输出信号产生时间频率信号，达到授时的目的。而考虑到由于人为干扰、欺骗或自然现象等因素，可能导致卫星信号失效，本申请的方案中，设置了用于提供第一参考时钟信号的第一原子钟10，用于提供第二参考时钟信号的第二原子钟20，构成主备结构。控制装置31会根据预设的选取规则，从第一参考时钟信号和第二参考时钟信号之中选取出主参考时钟信号，有利于保障授时的准确性。当判断出卫星信号无效时，便可以控制铷原子钟32跟踪主参考时钟信号，使得本申请的授时***依然能够授时，即卫星信号无效时依然能够提供时间频率信号，有效地保障了授时***的可靠性，即有效地实现了守时。进一步的，本申请考虑到主参考时钟信号在准确度上会低于卫星信号，因此，本申请在控制铷原子钟32跟踪主参考时钟信号的同时，会确定出用于抵消主参考时钟信号与卫星信号之间的偏差的补偿量，进而将补偿量发送至时间频率产生器33，从而可以通过补偿量对铷原子钟32的输出进行补偿，使时间频率产生器33产生经过补偿的时间频率信号，即经过补偿之后，时间频率产生器33产生的时间频率信号会更为准确。

综上所述，本申请的方案可以有效地进行授时，且通过第一参考时钟信号和第二参考时钟信号的设置，提高了可靠性，并且通过补偿机制，提高了授时的准确性，即实现了授时的同时，即便卫星信号无效，也可以有效地进行高精度的守时。

可参阅图5，为一种具体实施方式中的测试结果示意图，图5中，连续测量了17天的授时***输出秒脉冲与UTC的时间偏差，并且在前3天GNSS信号有效，授时***跟踪了GNSS信号3天之后GNSS信号断开，可以看出，在17天之后，本申请的授时***所产生的误差低于40ns，即本申请的授时***不仅能够有效地授时，还能够在GNSS信号失效时，继续实现较高精度的授时，达到了守时的目的。

相应于上面的方法实施例，本发明实施例还提供了一种授时***，下文描述的授时***与上文描述的授时方法可相互对应参照。

可参阅图2，为本发明中一种授时***的结构示意图，该授时***包括：

第一原子钟10，用于提供第一参考时钟信号；

第二原子钟20，用于提供第二参考时钟信号；

与第一原子钟10和第二原子钟20均连接的时频融合设备30；

时频融合设备30中包括控制装置31，与控制装置31连接的铷原子钟32，以及与铷原子钟32连接，用于根据铷原子钟32的输出信号产生时间频率信号的时间频率产生器33；

控制装置31用于：判断卫星信号是否有效；如果有效，则控制铷原子钟32跟踪卫星信号；如果无效，则根据预设的选取规则，从第一参考时钟信号和第二参考时钟信号之中选取出主参考时钟信号，控制铷原子钟32跟踪主参考时钟信号，并确定出用于抵消主参考时钟信号与卫星信号之间的偏差的补偿量；将补偿量发送至时间频率产生器33，以通过补偿量对铷原子钟32的输出进行补偿，使时间频率产生器33产生经过补偿的时间频率信号。

进一步的，可参阅图3，为本发明一种具体实施方式中的授时***的结构示意图，控制装置31可以具体包括：

分别与第一原子钟10，第二原子钟20以及铷原子钟32连接，用于进行数据处理的时差鉴相器311；

分别与时差鉴相器311和铷原子钟32连接，用于在中央控制器313的控制下进行输出信号选取的切换控制器312；

中央控制器313，具体用于：

接收时差鉴相器311发送的第一参考时钟信号和第二参考时钟信号；接收时差鉴相器311发送的卫星信号，并且判断卫星信号是否有效；如果有效，则控制切换控制器312的输出信号为卫星信号，以控制铷原子钟32跟踪卫星信号；

如果无效，则根据预设的选取规则，从第一参考时钟信号和第二参考时钟信号之中选取出主参考时钟信号；控制切换控制器312的输出信号为主参考时钟信号，以控制铷原子钟32跟踪主参考时钟信号，并确定出用于抵消主参考时钟信号与卫星信号之间的偏差的补偿量；将补偿量发送至时间频率产生器33，以通过补偿量对铷原子钟32的输出进行补偿，使时间频率产生器33产生经过补偿的时间频率信号。

相应于上面的授时方法和授时***的实施例，本发明实施例还提供了一种授时终端，可以包括上述任一实施例中的授时***，此处不再重复说明。该授时终端可以具体为智能电网的授时终端，5G网络的基站授时终端等等。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的***而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种授时方法，其特征在于，授时***中包括用于提供第一参考时钟信号的第一原子钟，用于提供第二参考时钟信号的第二原子钟，以及与所述第一原子钟和所述第二原子钟均连接的时频融合设备；所述时频融合设备包括控制装置，与所述控制装置连接的铷原子钟，以及与所述铷原子钟连接，用于根据所述铷原子钟的输出信号产生时间频率信号的时间频率产生器；所述授时方法应用于所述控制装置中，包括：

判断卫星信号是否有效；

如果有效，则控制铷原子钟跟踪所述卫星信号；

如果无效，则根据预设的选取规则，从所述第一参考时钟信号和所述第二参考时钟信号之中选取出主参考时钟信号；

控制所述铷原子钟跟踪主参考时钟信号，并确定出用于抵消所述主参考时钟信号与所述卫星信号之间的偏差的补偿量；

将所述补偿量发送至所述时间频率产生器，以通过所述补偿量对所述铷原子钟的输出进行补偿，使所述时间频率产生器产生经过补偿的时间频率信号。

2.根据权利要求1所述的授时方法，其特征在于，所述根据预设的选取规则，从所述第一参考时钟信号和所述第二参考时钟信号之中选取出主参考时钟信号，包括：

当确定出所述第一参考时钟信号异常且所述第二参考时钟信号正常时，将所述第二参考时钟信号作为选取出的主参考时钟信号；

当确定出所述第一参考时钟信号正常且所述第二参考时钟信号异常时，将所述第一参考时钟信号作为选取出的主参考时钟信号；

当确定出所述第一参考时钟信号和所述第二参考时钟信号均正常时，确定出所述第一原子钟的稳定程度Mclock1和所述第二原子钟的稳定程度Mclock2；如果所述第一原子钟的稳定程度Mclock1大于所述第二原子钟的稳定程度Mclock2，则将所述第一参考时钟信号作为选取出的主参考时钟信号；如果所述第一原子钟的稳定程度Mclock1小于所述第二原子钟的稳定程度Mclock2，则将所述第二参考时钟信号作为选取出的主参考时钟信号。

3.根据权利要求2所述的授时方法，其特征在于，确定出所述第一原子钟的稳定程度Mclock1，包括：

通过

确定 出所述第一原子钟的稳定程度Mclock1；

确定出所述第二原子钟的稳定程度Mclock2，包括：

通过

确 定出所述第二原子钟的稳定程度Mclock2；

其中，a，b，c均为预设参数，x ₁为所述第一原子钟的第一时长稳定度，x ₂为所述第一原子钟的第二时长稳定度，x ₃为所述第一原子钟的第三时长稳定度；y ₁为所述第二原子钟的第一时长稳定度，y ₂为所述第二原子钟的第二时长稳定度，y ₃为所述第二原子钟的第三时长稳定度。

4.根据权利要求2所述的授时方法，其特征在于，确定所述第一参考时钟信号异常，包括：

通过类卡尔曼p步无偏有限脉冲响应滤波器算法，进行所述第一参考时钟信号的相位和频率的异常监测；

确定所述第二参考时钟信号异常，包括：

通过类卡尔曼p步无偏有限脉冲响应滤波器算法，进行所述第二参考时钟信号的相位和频率的异常监测。

5.根据权利要求1至4任一项所述的授时方法，其特征在于，所述确定出用于抵消所述主参考时钟信号与所述卫星信号之间的偏差的补偿量，包括：

将

作为确定出的用于抵消 所述主参考时钟信号与所述卫星信号之间的偏差的补偿量；

其中，phase_base表示的是在判断出卫星信号无效的时刻，所述铷原子钟的输出信号 与所述卫星信号之间的时钟误差；phase_diff表示的是在判断出卫星信号无效的时刻，所 述主参考时钟信号与所述铷原子钟的输出信号之间的时钟误差；

表示的是从所 述卫星信号无效的时刻开始，所述主参考时钟信号与所述卫星信号之间的时钟误差累积量 的预测值，n表示的是时刻，且在判断出卫星信号无效的时刻，n=0。

6.根据权利要求5所述的授时方法，其特征在于，确定出

的过程包括：

在所述卫星信号有效期间，从预设的目标时刻开始，统计出在所述目标时刻之后的多个时间节点处的所述主参考时钟信号与所述铷原子钟的输出信号之间的时钟误差累积量；

基于统计出的各个时钟误差累积量，拟合出用于表示时钟误差累积量的第一函数曲线；

基于所述第一函数曲线确定出

。

7.根据权利要求5所述的授时方法，其特征在于，确定出

的过程包括：

在所述卫星信号有效期间，从预设的目标时刻开始，统计出在所述目标时刻之后的多个时间节点处的所述主参考时钟信号与所述铷原子钟的输出信号之间的时钟误差累积量；

基于统计出的各个时钟误差累积量，利用自回归滑动平均模型预测出

。

8.一种授时***，其特征在于，包括：

第一原子钟，用于提供第一参考时钟信号；

第二原子钟，用于提供第二参考时钟信号；

与所述第一原子钟和所述第二原子钟均连接的时频融合设备；

所述时频融合设备包括控制装置，与所述控制装置连接的铷原子钟，以及与所述铷原子钟连接，用于根据所述铷原子钟的输出信号产生时间频率信号的时间频率产生器；

所述控制装置中用于：判断卫星信号是否有效；如果有效，则控制铷原子钟跟踪所述卫星信号；如果无效，则根据预设的选取规则，从所述第一参考时钟信号和所述第二参考时钟信号之中选取出主参考时钟信号；控制所述铷原子钟跟踪主参考时钟信号，并确定出用于抵消所述主参考时钟信号与所述卫星信号之间的偏差的补偿量；将所述补偿量发送至所述时间频率产生器，以通过所述补偿量对所述铷原子钟的输出进行补偿，使所述时间频率产生器产生经过补偿的时间频率信号。

9.根据权利要求8所述的授时***，其特征在于，所述控制装置包括：

分别与所述第一原子钟，所述第二原子钟以及所述铷原子钟连接，用于进行数据处理的时差鉴相器；

分别与所述时差鉴相器和所述铷原子钟连接，用于在中央控制器的控制下进行输出信号选取的切换控制器；

所述中央控制器，具体用于：

接收所述时差鉴相器发送的第一参考时钟信号和所述第二参考时钟信号；

接收所述时差鉴相器发送的卫星信号，并且判断所述卫星信号是否有效；如果有效，则控制所述切换控制器的输出信号为所述卫星信号，以控制铷原子钟跟踪所述卫星信号；

如果无效，则根据预设的选取规则，从所述第一参考时钟信号和所述第二参考时钟信号之中选取出主参考时钟信号；控制所述切换控制器的输出信号为所述主参考时钟信号，以控制所述铷原子钟跟踪所述主参考时钟信号，并确定出用于抵消所述主参考时钟信号与所述卫星信号之间的偏差的补偿量；将所述补偿量发送至所述时间频率产生器，以通过所述补偿量对所述铷原子钟的输出进行补偿，使所述时间频率产生器产生经过补偿的时间频率信号。

10.一种授时终端，其特征在于，包括如权利要求8或9所述的授时***。

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