一种时间基准处理方法及设备

本发明涉及时间系统，尤其涉及的是一种时间基准处理方法及设备。

背景技术：

1、高精度时间基准单元在电力分配、自动驾驶以及地震检测等时间敏感系统充当至关重要的角色，且与原子钟、恒温晶振等频率源关系紧密。拥有超高频率稳定度的原子钟造价高昂、部署环境要求苛刻、体积庞大等缺点限制了所应用领域，一般仅能部署在卫星授时系统和国家授时实验中心等，作为低级频标的参考。相对而言，恒温晶振以优良短期准确度、廉价易用、灵活便携的特点更符合应用于电网、自动驾驶等等民用领域。然而，晶振由于存在老化特性和温度特性，其输出初始时钟随着工作时间增加和周围环境温度变化发生频率偏离，进而导致所构建的本地时间基准产生累计时间误差。因此，利用拥有长期稳定性的卫星授时系统时间源校准拥有短期稳定性的恒温晶振，是建立高精度时间基准单元的可行方法。

2、现有的时间基准方案有两种：压控恒温晶振驯服方案和直接频率合成方案。压控恒温晶振驯服方案通过天线和接收机解析卫星信号输出脉冲每秒信号，同时通过锁相环芯片将恒温晶振输出的10mhz时钟倍频至100mhz，经现场可编程逻辑阵列芯片生成另一个脉冲信号。然后利用时间数字转换器测量两个脉冲信号的时间误差，经处理器芯片处理后生成电压控制字，进而输入数模转换器以便调节晶振频率。最终修正的100mhz时钟信号在现场可编程逻辑阵列芯片里构建本地时间基准。直接频率合成方案则是引入频率合成芯片，使用频率调谐字校准方法代替了直接调节晶振压控电压。

3、但是数模转换器芯片的电压控制特性和频率合成芯片芯片的频率调谐特性并非严格线性，会给时间基准的校准引入额外误差。

4、因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种时间基准处理方法及设备，以解决现有技术中由于调频时并非线性，致使校准时间基准时存在额外误差的问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种时间基准处理方法，包括：

4、通过恒温晶振产生震荡信号；

5、对所述振荡信号进行倍频获得第一频率信号，并接收来自天线的第二频率信号；

6、通过所述第一频率信号构建自由计数器，获得自由计数值；

7、根据所述第一频率信号以及所述第二频率信号获取所述第二频率信号相邻脉冲之间的时间误差；

8、根据所述时间误差计算得到时间补偿值；

9、将所述自由计数值以及所述时间补偿值累加得到实时时间。

10、本发明的进一步设置，所述通过所述第一频率信号构建自由计数器，获得自由计数值的步骤包括：

11、以所述第一频率信号构建秒级自由计数器以及纳秒级自由计数器，输出秒级自由计数值以及纳秒级自由计数值。

12、本发明的进一步设置，所述根据所述第一频率信号以及所述第二频率信号获取所述第二频率信号相邻脉冲之间的时间误差的步骤包括：

13、以所述第二频率信号为基准信号，锁存当前所述自由计数器的粗测时间点；

14、利用基于进位链构成的延迟链获取细测时间段；

15、根据所述粗测时间点以及细测时间段获取所述第二频率信号相邻脉冲之间的时间误差。

16、本发明的进一步设置，所述利用延迟链获取细测时间段的步骤包括：

17、将所述第二频率信号输入至所述延迟链；

18、对所述延迟链中的所述第二频率信号进行采样，并输出采样信号至计数编码器；

19、所述计数编码器对所述采样信号进行编码，并将编码结果作为细测时间段。

20、本发明的进一步设置，所述根据所述时间误差计算时间补偿值的步骤包括：

21、将所述时间误差作为初始数据；

22、通过卡尔曼滤波算法对所述初始数据进行处理得到秒级相位补偿值、纳秒级相位补偿值以及纳秒级频偏补偿值。

23、本发明的进一步设置，所述将所述自由计数值、所述相位补偿值以及频偏补偿值累加得到实时时间的步骤包括：

24、将总的所述纳秒级频偏补偿值转化为单个时钟周期的所述纳秒级频偏补偿值；

25、将所述纳秒级自由计数值，所述纳秒级相位补偿值以及单个时钟周期的所述纳秒级频偏补偿值累加，输出纳秒级实时时间和秒级进位；

26、将所述秒级进位、所述秒级自由计数值、所述秒级相位补偿值累加，输出秒级实时时间。

27、一种应用于如上所述高精度时间方法的时间基准设备，包括：恒温晶振、接收机、现场可编程门阵列以及处理器芯片；

28、所述恒温晶振与所述现场可编程门阵列连接，用于产生震荡信号并输出至所述现场可编程门阵列；

29、所述接收机分别与天线以及所述现场可编程门阵列连接，用于接收来自天线的第二频率信号；

30、所述现场可编程门阵列包括时间测量模块、锁相环模块以及时间合成模块；

31、所述锁相环模块分别与所述恒温晶振、所述时间测量模块连接，用于将所述震荡信号进行倍频并输出第一频率信号至所述时间测量模块；

32、所述时间测量模块分别与所述接收机以及所述锁相环模块连接，用于根据所述第一频率信号构建自由计数器，获得自由计数值，以及根据所述第一频率信号以及所述第二频率信号获取所述第二频率信号相邻脉冲之间的时间误差。

33、所述处理器芯片分别与所述时间测量模块连接，用于根据所述时间误差计算时间补偿值；

34、所述时间合成模块分别与所述时间测量模块以及所述处理器芯片连接，用于将所述自由计数值以及所述时间补偿值累加得到实时时间。

35、本发明的进一步设置，所述时间测量模块包括：粗测模块以及细测模块；

36、所述粗测模块分别与所述接收机以及所述锁相环模块连接，用于根据所述第一频率信号构建自由计数器，获得自由计数值，并以所述第二频率信号为基准信号，锁存当前所述自由计数器的粗测时间点；

37、所述细测模块分别与所述接收机、所述锁相环模块以及处理器芯片连接，用于对所述第二频率信号进行采样，并根据所述第一频率信号输出采样信号，以及对所述采样信号进行编码，将所述编码结果作为细测时间段输出至所述处理器芯片。

38、本发明的进一步设置，还包括：时间补偿器；

39、所述时间补偿器分别与所述处理器芯片以及所述时间合成模块连接，用于将总的所述时间补偿值转化为单个时钟周期的所述时间补偿值。

40、本发明的进一步设置，所述粗测模块包括d触发器同步器、自由计数器以及锁存器；

41、所述d触发器同步器分别与所述接收机、所述锁相环模块以及所述锁存器连接，用于稳定所述第二频率信号的时钟沿，并将稳定后的信号作为所述锁存器的锁存信号；

42、所述自由计数器分别与所述锁相环模块以及所述锁存器连接，用于根据所述第一频率信号进行计数，并将计数结果输出至所述锁存器；

43、所述锁存器分别与所述d触发器同步器以及所述自由计数器连接，用于根据所述锁存信号将所述计数结果进行锁存。

44、本发明所提供的一种时间基准处理方法，包括：通过恒温晶振产生震荡信号；对所述振荡信号进行倍频获得第一频率信号，并接收来自天线的第二频率信号；通过所述第一频率信号构建自由计数器，获得自由计数值；根据所述第一频率信号以及所述第二频率信号获取所述第二频率信号相邻脉冲之间的时间误差；根据所述时间误差计算得到时间补偿值；将所述自由计数值以及所述时间补偿值累加得到实时时间。本发明通过所述第一频率信号构建自由计数器，获得自由计数值，即本地时间。并根据所述时间误差计算得到时间补偿值，再通过将所述自由计数值以及所述时间补偿值累加，以实现全数字式(线性)时间补偿来校正本地时间，即得到当前的实时时间，无需进行频率以及电压等模数转换，以避免校准时间基准时存在额外误差的问题，进一步提高时间精度。