CN1752890A - 提高卫星时间同步脉冲保持性能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了通过固定相位校正量、统计相位校正时间间隔的方式提高卫星时间同步脉冲保持性能的方法，该方法包括以下步骤：A1.CPU设置相位校正门限并建立先入先出存储器；B1.CPU根据校正门限调整本地秒脉冲的相位；C1.CPU在先入先出存储器中记录并存储本次校正与上次校正之间的时间间隔；D1.判断卫星的秒脉冲信号是否丢失，如果是，则执行步骤E1，否则，返回执行步骤B1；E1.CPU计算下次校正与本次校正之间的时间间隔，并在满足校正条件时对本地秒脉冲的相位进行校正。另外，本发明还公开了通过固定相位校正间隔、统计相位校正量以及统计每秒平均相差的方式提高卫星时间同步脉冲保持性能的方法。

Description

提高卫星时间同步脉冲保持性能的方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域中的卫星定时技术，尤其涉及提高卫星时间同步脉冲保持性能的方法。

背景技术

目前应用较为广泛的卫星导航***有：全球定位***(GPS)、全球导航卫星***(GLONASS)以及北斗导航***。它们均利用导航卫星进行测时和测距，能够在海、陆、空进行全方位实时的三维导航与定位。由于它们具有精度高、全天候、覆盖范围广等特点，卫星导航***在精密导航、指挥和调度等方面发挥了十分重要的作用。

具体而言，卫星导航***的主要用途是导航定位和定时。只要装备有卫星接收机的用户，便能够全天候、实时地接收空间卫星发出的信号，从而获得精确的导航定位信息和精确的时间信息，其中时间信息包含年、月、日、时、分、秒以及卫星时间同步脉冲信号，即1PPS(秒脉冲)信号等。由于卫星上都安装有铯原子钟，因而具有很高的频率精度和时间精度。

在无线通信领域中，任何设备都需要时钟为其提供工作频率，所以时钟性能是影响设备性能的一个重要因素。通常通过提高外部同步信号的质量来提高时钟的性能。常规的产生时钟频率的方法是利用晶体和原子钟。但是晶体会老化，易受外界环境变化的影响，长期的精度漂移影响其输出的频率；原子钟长期使用后也会产生偏差，需要定期校准，因此两者均不能够提供高质量的外部同步信号。而卫星***定期对自身时钟***进行修正，所以它们的时钟***长期稳定，具有对外界物理因素变化不敏感的特性。目前许多产品都将卫星信号作为外部同步信号，获取准确频率、实现精确定时。各产品的本地时钟以卫星时钟为参考，尽可能与卫星保持时间同步。通常的做法是：卫星卡接收卫星的1PPS和绝对时间信息后，将接收到的信息转发给***，再由***作相应的处理，从而实现整个网络的时间同步。

当卫星卡接收天线受地球磁场干扰或天气的影响而暂停工作时，卫星信号会暂时丢失。为了不中断使用卫星信号的***的工作，可以利用本地时钟来跟踪卫星的时钟信号，实现对卫星时间同步脉冲的保持功能，以便***在失去卫星信号后还能够正常工作一段时间。通常，保持时间的长短是由本地时钟的频率准确度决定的。

通信设备通常选用晶振作为本地时钟。在规定条件下，晶振的输出频率相对于标称频率的允许偏离值称为是该晶振的频率准确度。为了提高本地时钟相对于卫星时钟信号的保持性能，就需要提高晶振的频率准确度，即选用一个性能较好的晶振作为本地时钟源。晶振可以分为普通晶振(PXO)、温补晶振(TCXO)、压控晶振(VCXO)和恒温晶振(OCXO)等。其中普通晶振是一种没有采取温度补偿措施的晶体振荡器，频率稳定度取决于其内部所用晶体的性能，一般用于普通场所中的振源或中间信号，是晶振中最廉价的产品；温补晶振在晶振内部采取了对晶体频率-温度特性进行补偿的措施，以达到在较宽的温度范围内满足稳定度的要求，由于其良好的开机特性、功耗低、体积小、环境适应性较强等多方面优点，因而获得了广泛应用；压控晶振是一种可通过调整外加电压使晶振输出频率随之改变的晶体振荡器，主要用于锁相环路或频率微调，其频率控制范围及线性度主要取决于电路所用变容二极管及晶体参数的组合；恒温晶振采用精密控温，使电路元件及晶体工作在该晶体的零温度系数点的温度上，中精度产品的频率稳定度约为10^-7～10^-8，高精度产品的频率稳定度在10^-9量级以上，主要用作频率源或标准信号。考虑到各种晶振的性能及成本，一般选择恒温晶振作为本地时钟源。

如图1所示，本地时钟与卫星时间同步脉冲信号保持同步的方法是：恒温晶振输出的时钟信号分成两路，一路经过分频器产生本地1PPS信号，另一路用作1Hz鉴相模块的计数时钟，即控制相邻两次鉴相的时间间隔。由于分频器的实现方式为计数分频，分频器中的计数器从计数初值开始减1计数，当计数值为某一数值时，分频器的输出信号状态改变，因此经过分频得出的本地1PPS信号的相位可以通过调整分频器的计数初值而改变。分频出的本地1PPS信号与卫星1PPS信号在1Hz鉴相模块中进行鉴相，CPU读取两者的相位差后调整分频器的计数初值，从而调整本地1PPS信号的相位，实现本地1PPS信号跟踪卫星1PPS信号。另外，卫星1PPS信号输入到1PPS信号丢失检测模块中，通过该模块向CPU提供卫星时间同步脉冲是否丢失的信息。而本地1PPS信号输入到CPU的目的是：方便CPU利用1PPS进行计时。当恒温晶振输出频率较低的时钟信号时，可以在本方案的恒温晶振与分频模块之间增加倍频模块，以提高本地1PPS信号跟踪卫星1PPS信号的效果。

上述方案存在的问题是：虽然在卫星信号不丢失的情况下能够使本地1PPS对齐卫星的1PPS信号，但是当卫星信号丢失后，1Hz鉴相模块停止工作，CPU不再从鉴相模块中获取鉴相值，此时本地1PPS的准确性则只能依靠恒温晶振的性能来保证。但是恒温晶振不可避免的会因为老化而产生频率的漂移，而分频计数器还是按照其标称频率对恒温晶振产生的时钟信号进行分频，产生本地1PPS。显然此时分频出来的本地1PPS的频率已经不再是1HZ了，这样的后果就是导致本地1PPS和卫星的1PPS发生相位偏差。如果不进行校正，则该相位偏差将逐渐增大，当本地1PPPS与卫星1PPS的相差超过相差容限时，***无法正常工作。

本方案中恒温晶振的长期偏移影响本地1PPS与卫星时间同步脉冲之间的保持。假设恒温晶振的老化率为K，标称频率为F，经过N年的老化后，其输出频率与标称频率间的偏差值为ΔF，则：

$\frac{\mathrm{\ΔF}}{F}=K\⇒\mathrm{\ΔF}=\mathrm{KF}$

每秒钟的偏差为每个周期的偏差乘以频率，即：

$\mathrm{\ΔS}=(\frac{1}{F+\mathrm{\ΔF}}-\frac{1}{F})\×F=\frac{\mathrm{\ΔF}}{F+\mathrm{\ΔF}}=\frac{K}{1+K},$

则一天的偏差为： $S=\mathrm{\ΔS}\×24\×3600=\frac{K}{1+K}\×24\×3600.$

通常，恒温晶振的年老化率约为0.1ppm，即0.1×10^-6，则将K用0.1ppm替换后得出一天的偏差为：S＝8.6ms。

可见，当卫星信号丢失时，本套装置对卫星时间同步脉冲的保持性能较低。

为了克服上述方案的缺点，考虑到恒温晶振老化所带来的频率漂移使得本地1PPS无法长时间保持1Hz的频率，故现有的一种方案是利用直接数字合成器(DDS)来抵消恒温晶振老化产生的频率漂移。

如图2所示，采用DDS抵消恒温晶振的频率漂移的方法是：恒温晶振向DDS输出参考时钟信号，DDS用其内部累加寄存器中的数值对参考时钟信号的频率进行调整后，输出DDS时钟信号。由于DDS输出的信号含有高次谐波噪声，因此需要经过整形模块进行滤波整形处理后送给分频器。分频器经分频处理后输出本地1PPS信号，同时该信号进入1HZ鉴相模块，和卫星的1PPS信号进行鉴相。CPU通过1PPS丢失检测模块获取卫星1PPS存在与否的信息。当卫星1PPS未丢失时，CPU读取鉴相模块的鉴相值，计算出DDS内部累加寄存器中的数值后写入DDS，再由DDS调整自身的输出频率，进而调整鉴相模块中本地1PPS和卫星的1PPS的相差。这样的一个闭环控制***经过一段时间的运行后，最终使进入稳定状态，实现本地1PPS信号跟踪卫星的1PPS信号。当1PPS丢失检测模块发现卫星信号丢失并上报给CPU后，鉴相模块停止工作，即不再向CPU传送鉴相值，因而控制环路断开。此时本地1PPS信号的相位保持性能取决于DDS输出时钟的频率准确度。

利用DDS抵消恒温晶振的频率漂移这一方法的不足在于：由于需要增加DDS和整形模块等器件，增加了成本。

如图3所示，目前还存在另一种实现本地1PPS与卫星1PPS相保持的方法：利用改变VCXO的电压控制信号来微调其输出频率的特性，用VCXO替代恒温晶振。具体过程如下：

VCXO输出的时钟信号经分频器分频后产生本地1PPS信号，同时本地1PPS在鉴相模块中与卫星1PPS鉴相。CPU获取鉴相值后，计算出相位调整值，并将其写入数据锁存器(REG)。REG的数字信号经过高精度数/模(D/A)转换器转换为模拟信号。由于此时的信号含有高频谐波，因此在低通滤波器(LPF)中滤除此噪声，输出低频的电压控制信号作为VCXO的输入。VCXO在电压控制信号的作用下改变输出频率，从而通过分频器改变本地1PPS的相位，达到减小鉴相模块中相差的目的。经过不断的调整，整个闭环控制环路进入稳定状态，本地1PPS较好地跟踪卫星的1PPS信号的相位。在1PPS丢失检测模块发现卫星1PPS信号丢失后，将丢失信息提供给CPU，此时鉴相模块停止工作，即不再向CPU传送鉴相值，因而控制环路断开。此时本地1PPS信号的相位保持性能取决于VCXO输出时钟的频率准确度。

利用VCXO替代恒温晶振这一方法的不足在于：由于需要增加VCXO、REG、D/A转换器及LPF等器件，特别是VCXO和高精度的D/A转换器价格较高，因此该方法的成本较高。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种卫星时间同步脉冲的保持方法，延长本地1PPS信号与卫星时间同步脉冲的相位保持时间。

本发明包含一种提高卫星时间同步脉冲保持性能的方法，该方法包括以下步骤：

A1.CPU设置相位校正门限并建立先入先出存储器；

B1.CPU根据校正门限调整本地秒脉冲的相位；

C1.CPU在先入先出存储器中存储本次校正与上次校正之间的时间间隔；

D1.判断卫星的秒脉冲信号是否丢失，如果是，则执行步骤E1，否则，返回执行步骤B1；

E1.CPU根据存储的校正时间间隔计算下次校正与本次校正之间的时间间隔，并在到达下次校正时间时对本地秒脉冲的相位进行校正。

所述的步骤B1包括以下步骤：

B11.CPU读取本地秒脉冲与卫星秒脉冲的相位差；

B12.CPU判断相位差是否大于或等于相位校正门限，如果是，则执行步骤B13，否则，返回执行步骤B11；

B13.CPU校正本地秒脉冲的相位，校正量等于相位校正门限。

步骤E1所述CPU计算下次校正与本次校正之间时间间隔的方法为：

对步骤C1所述先入先出存储器中的所有校正时间间隔求平均值，该平均值为下次校正与本次校正之间的时间间隔。

步骤E1所述CPU对本地秒脉冲相位校正的方法为：

CPU从本次校正结束时刻开始计时，当到达下次校正时间时，校正本地秒脉冲的相位，校正量等于相位校正门限，而后返回执行步骤D1。

本发明包含另一种提高卫星时间同步脉冲保持性能的方法，该方法包括以下步骤：

A2.CPU设置校正时间间隔并建立先入先出存储器；

B2.CPU根据本地秒脉冲与卫星秒脉冲之间的相位差调整本地秒脉冲的相位；

C2.CPU在先入先出存储器中记录并存储本次相位校正量；

D2.判断卫星的秒脉冲信号是否丢失，如果是，则执行步骤E2，否则，返回执行步骤B2；

E2.CPU根据存储的相位校正量计算下次校正的相位校正量，并在到达下次校正时间时对本地秒脉冲的相位进行校正。

所述的步骤B2包括以下步骤：

B21：CPU读取本地秒脉冲与卫星秒脉冲的相位差；

B22：CPU判断是否到达校正时间，如果是，则执行步骤B23，否则，返回执行步骤B21；

B23：CPU校正本地秒脉冲的相位，校正量等于步骤B21中所读取的相位差。

步骤E2所述CPU计算下次校正的相位校正量的方法为：

对步骤C2所述先入先出存储器中的所有相位校正量求平均值，该平均值为下次校正的相位校正量。

步骤E2所述CPU对本地秒脉冲的相位进行校正的方法为：

CPU从本次校正结束时刻开始计时，当到达下次校正时间时，校正本地秒脉冲的相位，校正量等于步骤E2中计算出来的相位校正量，而后返回执行步骤D2。

本发明还包含一种提高卫星时间同步脉冲保持性能的方法，该方法包括以下步骤：

A3.CPU设置相位校正门限并建立第一先入先出存储器FIFO₁和第二先入先出存储器FIFO₂；

B3.CPU根据本地秒脉冲与卫星秒脉冲之间的相位差调整本地秒脉冲的相位，并在第一先入先出存储器FIFO₁中记录存储所述相位差；

C3.CPU在第二先入先出存储器FIFO₂中记录并存储校正时间；

D3.判断卫星的秒脉冲信号是否丢失，如果是，则执行步骤E3，否则，返回执行步骤B3；

E3.CPU根据存储的相位差和校正时间间隔计算下次校正与本次校正之间的时间间隔，并在到达下次校正时间时对本地秒脉冲的相位进行校正。

所述的第一先入先出存储器FIFO₁的深度为1；所述的第二先入先出存储器FIFO₂的深度为2。

所述的步骤B3包括以下步骤：

B31.CPU读取本地秒脉冲与卫星秒脉冲的相位差；

B32.CPU判断相位差是否大于或等于相位校正门限，如果是，则执行步骤B33，否则，返回执行步骤B31；

B33.CPU将相位差记录到第一先入先出存储器FIFO₁中；

B34.CPU校正本地秒脉冲的相位，校正量为步骤B33中的相位差。

步骤E3所述CPU计算下次校正与本次校正之间时间间隔的方法为：

CPU首先将第一先入先出存储器FIFO₁中的相位差除以第二先入先出存储器FIFO₂中最近两次校正时间的差值，得出平均每秒的相位校正量；然后，将相位校正门限除以平均每秒的相位校正量，得出下次校正与本次校正之间的时间间隔。

步骤E3所述对本地秒脉冲的相位进行校正的方法为：

CPU从本次校正结束时刻开始计时，当到达下次校正时间时，校正本地秒脉冲的相位，校正量等于相位校正门限，而后返回执行步骤D3。

应用本发明，CPU在卫星1PPS信号丢失后，根据记录存储的丢失前的各校正参数进行统计学习，得出本地1PPS相对于卫星1PPS的变化趋势，进而计算出卫星信号丢失后的校正参数，并按照计算结果对本地1PPS信号的相位进行调整，从而提高本地1PPS与卫星1PPS的保持性能。具体而言，本发明具有如下有益效果：

1.本发明在现有的实现卫星时间同步脉冲保持功能的硬件基础上增加少量软件算法，不增加任何硬件模块，因此硬件结构较为简单，同时成本较低；

2.本发明的软件算法较为简单，易于实现；

3.本发明通过多种方式对卫星1PPS丢失前的各校正参数进行统计学习，并在卫星1PPS信号丢失后，CPU按照统计学习的结果调整本地1PPS信号的相位，使得本地1PPS信号继续使用卫星1PPS信号丢失之前的相位变化规律，从而大大提高了本地1PPS对卫星1PPS信号的保持性能，延长了保持时间。

附图说明

图1为卫星时间同步脉冲保持性能实现原理图。

图2为卫星时间同步脉冲保持性能改进方案一原理图。

图3为卫星时间同步脉冲保持性能改进方案二原理图。

图4为本发明固定相位校正量、统计相位校正时间间隔的实施例的流程图。

图5为本发明固定相位校正时间间隔、统计相位校正量的实施例的流程图。

图6为本发明统计每秒平均相差的实施例的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明做进一步的详细说明。

本发明为提高卫星时间同步脉冲保持性能的方法，其基本思想是：利用恒温晶振短时间内的输出频率固定的特性，针对图1中的硬件增加少量软件算法，使CPU可以通过对卫星信号丢失之前的校正数据和校正频度的统计学习，而在卫星信号丢失后的较长时间内继续使本地1PPS与卫星时间同步脉冲保持同步。

本发明至少可通过如下的三种方式实现延长本地1PPS信号与卫星时间同步脉冲的相位保持时间：(1)固定相位校正量、统计相位校正时间间隔；(2)固定相位校正间隔、统计相位校正量；(3)统计每秒平均相差。

下面对本发明的具体实现进行详细描述。

实施例1：固定相位校正量、统计相位校正时间间隔。

由于恒温晶振的短期稳定性很好，在短时间内可以近似认为恒温晶振的输出频率是固定的。但是恒温晶振的实际输出频率不可能绝对等于其标称频率，两者之差记做ΔF。在短时间内可以认为ΔF是恒定的。由于信号的相位是频率的积分，因此如果没有CPU对分频器的校正，本地1PPS和卫星1PPS的相差将会随着时间线性增加，并最终超出***的相差容限。当本地1PPPS与卫星1PPS的相差超过相差容限时，***无法正常工作。

本实施例中，***设置一个远小于相差容限的相位校正门限，当本地1PPS与卫星1PPS之间的相位差达到相位校正门限时，校正本地1PPS的相位；在卫星1PPS丢失后，CPU可以根据卫星1PPS丢失前一段时间的校正频度计算以后的校正时间间隔，继续对本地1PPS的相位进行校正。

如图4所示，本实施例包括以下步骤：

步骤401：CPU设置校正门限并建立深度为L的FIFO。

本步骤中CPU首先将工作方式设置为固定相位校正量、统计相位校正时间间隔。由于该方式的相位校正量是固定的，因此CPU还设置相位校正门限的数值，作为后续步骤中判断是否需要进行校正的标准以及校正时的相位校正量；然后CPU建立一个深度为L的FIFO，用于存储卫星1PPS丢失前一段时间的校正时间间隔，作为卫星1PPS丢失后校正本地1PPS的学习统计数据源。

步骤402：CPU读取本地1PPS与卫星1PPS的相位差。

本地1PPS与卫星1PPS在1Hz鉴相模块中鉴相后，CPU从鉴相模块的输出端读取两者的相位差。

步骤403：CPU判断相位差是否大于或等于相位校正门限，如果是，则执行步骤404；否则返回执行步骤402。

步骤404：CPU校正本地1PPS的相位，校正量等于相位校正门限。

本步骤CPU校正本地1PPS信号相位的具体过程是：CPU根据相位校正门限的数值计算并调整分频器的计数初值，使得本地1PPS信号的相位接近卫星1PPS信号的相位。

步骤405：CPU在FIFO中记录存储本次校正与上次校正之间的时间间隔ΔT_n。

FIFO的特性是只保留最新的数据。具体而言，FIFO按时间先后的顺序存放各个数据，时间上较早的数据放在前面，而后来的数据放在后面；在存储的数据个数达到其深度L后，此时在放入新来的数据时，FIFO将丢弃最前面的数据。本实施例利用FIFO先入先出的特性记录存储最新的校正时间间隔。

步骤406：CPU判断卫星1PPS信号是否丢失，如果是，则执行步骤507；否则，返回执行步骤402。

本步骤中CPU通过读取1PPS丢失检测模块的输出信号来判断卫星1PPS信号是否丢失。

步骤407：根据FIFO中存储的校正时间间隔计算下次校正与本次校正之间的时间间隔：ΔT＝(ΔT_n+ΔT_n-1+K+ΔT_n-K+1)/K，其中n为FIFO中所记录的最后一个时间间隔的标号，K为FIFO中存储的时间间隔的个数。

当***开始工作不久卫星的1PPS信号就丢失时，FIFO中所记录存储的校正时间间隔的个数没有达到其深度L，即K＜L，那么以后的校正时间间隔就是FIFO中所有校正时间间隔的平均值；当***已经工作一段时间后卫星的1PPS信号丢失时，FIFO已经记满，此时存储的校正时间间隔的个数等于FIFO的深度L，即K＝L，则校正时间间隔的计算公式变为：ΔT＝(ΔT_n+ΔT_n-1+K+Δ_n-1-L+1)/L。

步骤408：判断是否到达校正时间，如果是，则执行步骤409；否则，返回执行本步骤。

图1中本地1PPS信号每秒钟向CPU送入一个脉冲，因此CPU可以利用这一脉冲进行计时。CPU从本次校正结束时刻开始，根据步骤407中计算出来的校正时间间隔ΔT进行计时，例如：ΔT等于10秒，则CPU接收到10个本地1PPS信号即表示到达校正时间。

步骤409：CPU校正本地1PPS的相位，校正量等于相位校正门限。

本步骤中CPU根据相位校正门限的数值计算并调整分频器的计数初值，使得本地1PPS信号的相位与卫星1PPS信号的相位相同。

本实施例中，当本地1PPS与卫星1PPS的相位差大于或等于相位校正门限时，CPU对本地1PPS进行校正，校正量等于相位校正门限。由于偏移量大于或等于校正量，因此校正后本地1PPS与卫星1PPS仍然可能不完全同步。但是校正后两信号的相位差能够累计到在下次校正前的相位差中，再由CPU进行校正。所以本实施例中的技术方案在工作一段时间后能够较好的保持本地1PPS与卫星1PPS的同步。

实施例2：固定相位校正时间间隔、统计相位校正量。

本实施例中，***固定校正的时间间隔，即当校正时间一到，CPU即刻校正本地1PPS的相位。在卫星1PPS丢失后，CPU可以根据卫星1PPS丢失前一段时间的相位校正量计算以后的校正量ΔΦ，继续对本地1PPS的相位进行校正。

如图5所示，本实施例包括以下步骤：

步骤501：CPU设置校正时间间隔ΔT并建立深度为L的FIFO。

本步骤中CPU首先将工作方式设置为固定相位校正间隔、统计相位校正量。由于该方式的校正时间间隔是固定的，因此CPU要设置校正时间间隔的数值，作为后续步骤中判断是否需要进行校正的标准；然后CPU建立一个深度为L的FIFO，用于存储卫星1PPS丢失前一段时间的相位校正量，作为卫星1PPS丢失后校正本地1PPS的学习统计数据源。

步骤502：CPU读取本地1PPS与卫星1PPS的相位差ΔΦ_n。

步骤503：CPU判断是否到达校正时间，如果是，则执行步骤504；否则返回执行步骤502。

步骤504：CPU校正本地1PPS的相位，校正量等于步骤502中所读取的本地1PPS与卫星1PPS的相位差ΔΦ_n。

本步骤CPU校正本地1PPS信号相位的具体过程是：CPU根据本地1PPS与卫星1PPS的相位差计算并调整分频器的计数初值，使得本地1PPS信号的相位与卫星1PPS信号的相位相同。

步骤505：CPU在FIFO中记录存储本次相位校正量ΔΦ_n。

FIFO按时间先后的顺序存放各个相位校正量，时间上较早的相位校正量放在前面，而后来的相位校正量放在后面；在存储的相位校正量个数达到其深度L后，此时在放入新来的相位校正量时，FIFO将丢弃最前面的相位校正量。因此FIFO中存储的是最新的相位校正量。

步骤506：CPU判断卫星1PPS信号是否丢失，如果是，则执行步骤507；否则，返回执行步骤502。

本步骤中CPU通过读取1PPS丢失检测模块的输出信号来判断卫星1PPS信号是否丢失。

步骤507：根据FIFO中存储的相位校正量计算下次校正的相位校正量：ΔΦ＝(ΔΦ_n+ΔΦ_n-1+K+ΔΦ_n-K+1)/K，其中n为FIFO中所记录的最后一个时间间隔的标号，K为FIFO中时间间隔的个数。

当***开始工作不久卫星的1PPS信号就丢失时，FIFO中所记录存储的校正时间间隔的个数没有达到其深度L，即K＜L，那么以后的校正时间间隔就通过FIFO中所有的数值计算出来；当***已经工作一段时间后卫星的1PPS信号丢失时，FIFO已经记满，此时校正时间间隔的个数等于FIFO的深度L，即K＝L，则以后校正时间间隔的计算公式变为：ΔΦ＝(ΔΦ_n+ΔΦ_n-1+K+ΔΦ_n-L+1)/L。

步骤508：判断是否到达校正时间，如果是，则执行步骤509；否则，返回执行本步骤。

图1中本地1PPS信号每秒钟向CPU送入一个脉冲，因此CPU在本步骤中可以利用这一脉冲进行计时。CPU从本次校正结束时刻开始，根据步骤501中设置的校正时间间隔ΔT进行计时，例如：ΔT等于10秒，则CPU接收到10个本地1PPS信号即表示到达校正时间。

步骤509：CPU校正本地1PPS的相位，校正量等于ΔΦ。

本步骤中CPU根据步骤507计算出来的相位校正量计算并调整分频器的计数初值，使得本地1PPS信号的相位与卫星1PPS信号的相位保持相同。

实施例3：统计每秒平均相差。

本实施例中，***只记录最近一次的相位差和校正时间间隔，在卫星信号丢失后，CPU根据统计学习每秒的相位校正量ΔΨ，进而计算出校正的时间间隔。

如图6所示，本实施例包括以下步骤：

步骤601：CPU设置相位校正门限并建立深度分别为1和2的FIFO₁和FIFO₂。

由于***只记录最近一次的相位差，因此存放相位差的FIFO₁的深度只需为1；而最近一次的校正时间间隔要通过卫星1PPS丢失之前的最后两次校正的校正时间相减得出，因此深度为2的FIFO₂用来存储两个校正时间，以便得到最近一次的校正时间间隔。

步骤602：CPU读取本地1PPS与卫星1PPS的相位差ΔΦ_n。

步骤603：判断相位差是否大于或等于相位校正门限，如果是，则执行步骤604；否则返回执行步骤602。

步骤604～606：CPU将相位差ΔΦ_n记录到FIFO₁中之后，对本地1PPS的相位进行校正，同时将校正时间T_n记录到FIFO₂中。

本步骤CPU校正本地1PPS信号相位的具体过程是：CPU根据本地1PPS与卫星1PPS的相位差ΔΦ_n计算并调整分频器的计数初值，使得本地1PPS信号的相位与卫星1PPS信号的相位相同。

步骤607：判断卫星1PPS信号是否丢失，如果是，则执行步骤608；否则返回执行步骤602。

步骤608～609：CPU首先根据FIFO中存储的相位差计算平均每秒钟的相位校正量，公式为：ΔΨ＝ΔΦ_n/(T_n-T_n-1)；然后计算校正时间间隔，公式为：ΔT＝相位校正门限/ΔΨ。

步骤610：判断是否到达校正时间，如果是，则执行步骤611，否则，返回执行本步骤。

图1中本地1PPS信号每秒钟向CPU送入一个脉冲，因此CPU在本步骤中可以利用这一脉冲进行计时。CPU从本次校正结束时刻开始，根据计算出来的校正时间间隔ΔT进行计时，并判断是否到达校正时间。

步骤611：CPU校正本地1PPS的相位，校正量为相位校正门限。

本步骤中CPU根据步骤601中CPU设置的相位校正门限计算并调整分频器的计数初值，使得本地1PPS信号的相位与卫星1PPS信号的相位保持相同。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1、一种提高卫星时间同步脉冲保持性能的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

A1.CPU设置相位校正门限并建立先入先出存储器；

B1.CPU根据校正门限调整本地秒脉冲的相位；

C1.CPU在先入先出存储器中存储本次校正与上次校正之间的时间间隔；

D1.判断卫星的秒脉冲信号是否丢失，如果是，则执行步骤E1，否则，返回执行步骤B1；

E1.CPU根据存储的校正时间间隔计算下次校正与本次校正之间的时间间隔，并在到达下次校正时间时对本地秒脉冲的相位进行校正。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤B1包括以下步骤：

B11.CPU读取本地秒脉冲与卫星秒脉冲的相位差；

B12.CPU判断相位差是否大于或等于相位校正门限，如果是，则执行步骤B13，否则，返回执行步骤B11；

B13.CPU校正本地秒脉冲的相位，校正量等于相位校正门限。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤E1所述CPU计算下次校正与本次校正之间时间间隔的方法为：

对步骤C1所述先入先出存储器中的所有校正时间间隔求平均值，该平均值为下次校正与本次校正之间的时间间隔。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤E1所述CPU对本地秒脉冲相位校正的方法为：

CPU从本次校正结束时刻开始计时，当到达下次校正时间时，校正本地秒脉冲的相位，校正量等于相位校正门限，而后返回执行步骤D1。

5、一种提高卫星时间同步脉冲保持性能的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

A2.CPU设置校正时间间隔并建立先入先出存储器；

B2.CPU根据本地秒脉冲与卫星秒脉冲之间的相位差调整本地秒脉冲的相位；

C2.CPU在先入先出存储器中记录并存储本次相位校正量；

D2.判断卫星的秒脉冲信号是否丢失，如果是，则执行步骤E2，否则，返回执行步骤B2；

E2.CPU根据存储的相位校正量计算下次校正的相位校正量，并在到达下次校正时间时对本地秒脉冲的相位进行校正。

6、如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的步骤B2包括以下步骤：

B21：CPU读取本地秒脉冲与卫星秒脉冲的相位差；

B22：CPU判断是否到达校正时间，如果是，则执行步骤B23，否则，返回执行步骤B21；

B23：CPU校正本地秒脉冲的相位，校正量等于步骤B21中所读取的相位差。

7、如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤E2所述CPU计算下次校正的相位校正量的方法为：

对步骤C2所述先入先出存储器中的所有相位校正量求平均值，该平均值为下次校正的相位校正量。

8、如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤E2所述CPU对本地秒脉冲的相位进行校正的方法为：

CPU从本次校正结束时刻开始计时，当到达下次校正时间时，校正本地秒脉冲的相位，校正量等于步骤E2中计算出来的相位校正量，而后返回执行步骤D2。

9、一种提高卫星时间同步脉冲保持性能的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

A3.CPU设置相位校正门限并建立第一先入先出存储器FIFO₁和第二先入先出存储器FIFO₂；

B3.CPU根据本地秒脉冲与卫星秒脉冲之间的相位差调整本地秒脉冲的相位，并在第一先入先出存储器FIFO₁中记录存储所述相位差；

C3.CPU在第二先入先出存储器FIFO₂中记录并存储校正时间；

D3.判断卫星的秒脉冲信号是否丢失，如果是，则执行步骤E3，否则，返回执行步骤B3；

E3.CPU根据存储的相位差和校正时间间隔计算下次校正与本次校正之间的时间间隔，并在到达下次校正时间时对本地秒脉冲的相位进行校正。

10、如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述的第一先入先出存储器FIFO₁的深度为1；所述的第二先入先出存储器FIFO₂的深度为2。

11、如权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述的步骤B3包括以下步骤：

B31.CPU读取本地秒脉冲与卫星秒脉冲的相位差；

B32.CPU判断相位差是否大于或等于相位校正门限，如果是，则执行步骤B33，否则，返回执行步骤B31；

B33.CPU将相位差记录到第一先入先出存储器FIFO₁中；

B34.CPU校正本地秒脉冲的相位，校正量为步骤B33中的相位差。

12、如权利要求9或10所述的方法，其特征在于，步骤E3所述CPU计算下次校正与本次校正之间时间间隔的方法为：

CPU首先将第一先入先出存储器FIFO₁中的相位差除以第二先入先出存储器FIFO₂中最近两次校正时间的差值，得出平均每秒的相位校正量；然后，将相位校正门限除以平均每秒的相位校正量，得出下次校正与本次校正之间的时间间隔。

13、如权利要求9或10所述的方法，其特征在于，步骤E3所述对本地秒脉冲的相位进行校正的方法为：

CPU从本次校正结束时刻开始计时，当到达下次校正时间时，校正本地秒脉冲的相位，校正量等于相位校正门限，而后返回执行步骤D3。

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