一種具有學習功能的同步時鐘保持系統和方法技術方案

本發明專利技術公開了一種具有學習功能的同步時鐘保持系統和方法，屬于時鐘同步領域。該系統和方法主要解決同步系統在同步源丟失的一段時間內，難以保持較高的同步性能的問題。該系統由天饋單元接收衛星信號，由同步授時接收單元獲得秒脈沖信號，由恒溫晶振做基準生成數字鎖相環的系統時鐘，由數字鎖相環單元生成同步時鐘信號，同時還將頻率調節字送給特性學習預測單元，特性學習預測單元根據調節字的特性方程做出預測，當同步源丟失后，該數字鎖相環按照預測方程，生成同步時鐘信號。該系統和方法主要應用于對同步性能要求較高且無法使用原子鐘的系統中，可以明顯改善同步源信號丟失后的同步性能。

Synchronous clock holding system and method with learning function

The invention discloses a synchronous clock holding system with learning function and a method thereof, belonging to the field of clock synchronization. The system and method mainly solve the problem that synchronous system can not keep high synchronization performance for a period of time when the synchronous source is lost. This system consists of antenna elements receiving satellite signals received by the synchronous timing unit obtained the second pulse signal by the OXCO clock generation system benchmark digital PLL, synchronous clock signal generated by the digital phase-locked loop unit, will also give word frequency regulation characteristics learning prediction unit characteristic learning prediction unit to make predictions based on characteristic equation of regulation the word, when the synchronization source is lost, the digital phase-locked loop according to the prediction equation, generating a synchronous clock signal. The system and method are mainly applied to the system with high synchronization performance and can not use the atomic clock. The synchronization performance of the synchronous source signal is obviously improved after the loss of the synchronous source signal.

【技術實現步驟摘要】
一種具有學習功能的同步時鐘保持系統和方法
本專利技術涉及時鐘同步領域，特別涉及在同步源信號丟失時如何保持同步性能的系統和方法。
技術介紹
近年來，時鐘同步技術取得了長足的發展，并且在科技、國防以及社會安全等方面也扮演者越來越重要的角色。時鐘同步技術主要涉及兩個方面的技術，一是鐘源技術，另一個是鎖相環技術。隨著應用需求的提高和技術工藝的改進，鐘源技術和鎖相環技術也得到了快速的發展。同步時鐘保持功能是時鐘同步技術的一項重要功能，同步時鐘保持性能主要受制于晶振的穩定性，當鎖相環輸入信號丟失時，鎖相環的輸出完全依賴于晶振的穩定性。現階段的技術發展水平對時鐘精度和穩定度要求都大大提高，晶體鐘源已經難以滿足要求，原子鐘技術開始得到了應用，但是原子鐘的尺寸大、功耗高而且壽命短，限制了它在很多領域的應用。所以在晶體鐘源的現階段穩定性水平的基礎上，采用一定的技術手段來糾正鎖相環的輸出，是一種行之有效的方法。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供了一種具有學習功能的同步時鐘保持系統和保持方法。通過對時鐘特性的不斷學習，預測時鐘頻率變化曲線，當丟失同步源信息時，輸出預測值，提高了同步性能，解決現有晶振無法有效、低成本的滿足同步性能要求的問題。為了解決上述問題，本專利技術通過以下技術方案來實現：一種具有學習功能的同步時鐘保持系統，包括：天饋單元1、同步授時接收單元2、數字鎖相環單元3、系統時鐘生成單元5、測溫單元6，其特征在于，還包括特性學習預測單元4；天饋單元1用于從衛星中接收授時信號，將授時信號發送給同步授時接收單元2；同步授時接收單元2用于將授時信號進行解析，得到秒脈沖信號，將秒脈沖信號發送至數字鎖相環單元3；系統時鐘生成單元5用于生成數字鎖相環的系統時鐘，將系統時鐘發送至數字鎖相環單元3；數字鎖相環單元3用于在正常模式下，根據輸出同步時鐘信號的反饋信號與秒脈沖的相位差產生對應的頻率調節字，根據頻率調節字和系統時鐘產生與秒脈沖信號同步的時鐘信號，將同步時鐘信號輸出至外部，將頻率調節字輸出至特性學習預測單元4；數字鎖相環單元3還用于在保持模式下，根據特性學習預測單元4輸入的預測頻率調節字生成同步時鐘信號并輸出；數字鎖相環單元3還用于在保持模式下輸出失鎖前最后一個鎖定狀態下的頻率調節字生成的同步時鐘信號；測溫單元6用于測量實時溫度，將溫度信息發送給特性學習預測單元4；特性學習預測單元4用于將設定時間內接收到的頻率調節字進行去抖和濾波，并結合溫度信息進行建模，達到預設學習時間后進行該時刻頻率調節字的預測，將該時刻的預測頻率調節字發送給數字鎖相環單元3。其中，特性學習預測單元4包括：去抖模塊7、濾波模塊8、建模模塊9和預測模塊10；去抖模塊7用于消除頻率調節字的異常抖動，消除方式為：計算設定時間內接收到的頻率調節字TW(i)的上門限值TW上門限(i)和下門限值TW下門限(i)：式中，MAX1、MAX2、MIN1、MIN2分別為設定時間內收到的M個頻率調節字的最大值、次大值、最小值和次小值，±L為門限波動范圍；i為接收到的頻率調節字的序列，i為正整數；若TW下門限(i)≤TW(i)≤TW上門限(i)，則將該頻率調節字發送給濾波模塊8，若TW(i)＜TW下門限(i)或者TW(i)＞TW上門限(i)，則丟棄；濾波模塊(8)用于采用N點平均濾波的方法對接收到的消除異常抖動的頻率調節字進行平均濾波，將濾波后的頻率調節字發送至建模模塊9；濾波方法為：式中，TWB(i)為濾波后的頻率調節字；TWA(j)為濾波前的頻率調節字，j為正整數；N為濾波的平均個數；建模模塊9用于根據濾波后的頻率調節字和溫度信息建立系統時鐘生成單元關于內部恒溫晶振的老化、溫度的函數模型：TWB(i)＝K×t(i)+Q×T(i)+θ(i)，式中，K為老化特性參數，t(i)為時間函數，Q為溫度特性參數，T(i)為溫度函數，θ(i)為噪聲函數；達到預設學習時間后，根據已知時間t(i)，已知溫度T(i)和濾波后的頻率調節字TWB(i)，解出老化特性參數K和溫度特性參數Q，將函數模型發送至預測模塊10；預測模塊10用于根據函數模型計算該時刻的預測頻率調節字并發送至數字鎖相環單元一種具有學習功能的同步時鐘保持方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)天饋單元從衛星中接收授時信號，將授時信號發送給同步授時接收單元；(2)同步授時接收單元對授時信號進行解析，得到秒脈沖信號，將秒脈沖信號發送至數字鎖相環單元；(3)檢測數字鎖相環單元是否接收到秒脈沖信號，若是，則執行步驟(4)；否則執行步驟(6)；(4)數字鎖相環單元進入正常模式，根據輸出同步時鐘信號的反饋信號與秒脈沖的相位差產生頻率調節字，根據頻率調節字和系統時鐘產生與秒脈沖信號同步的同步時鐘信號，將同步時鐘信號輸出至外部，將頻率調節字輸出至特性學習預測單元；(5)特性學習預測單元將設定時間內接收到的頻率調節字進行去抖和濾波，并結合溫度信息進行建模，達到預設學習時間后進行該時刻頻率調節字的預測，將該時刻的預測頻率調節字發送給數字鎖相環單元；結束本流程；(6)檢測特性學習預測單元的學習狀態，若達到預設學習時間，則執行步驟(7)；否則執行步驟(8)；(7)數字鎖相環單元根據預測頻率調節字生成同步時鐘信號并輸出；結束本流程；(8)數字鎖相環單元根據失鎖前最后一個鎖定狀態對應的頻率調節字輸出同步時鐘信號。其中，步驟(5)具體包括以下步驟：(501)去抖模塊消除頻率調節字的異常抖動，消除方法為：計算設定時間內接收到的頻率調節字TW(i)的上門限值TW上門限(i)和下門限值TW下門限(i)：式中，MAX1、MAX2、MIN1、MIN2分別為設定時間內收到的M個頻率調節字的最大值、次大值、最小值和次小值，±L為門限波動范圍；i為接收到的頻率調節字的序列，i為正整數；若TW下門限(i)≤TW(i)≤TW上門限(i)，則將該頻率調節字發送給濾波模塊(8)，若TW(i)＜TW下門限(i)或者TW(i)＞TW上門限(i)，則丟棄；(502)濾波模塊采用N點平均濾波的方法對接收到的消除異常抖動的頻率調節字進行平均濾波，將濾波后的頻率調節字發送至建模模塊；濾波方法為：式中，TWB(i)為濾波后的頻率調節字；TWA(j)為濾波前的頻率調節字，j為正整數；N為濾波的平均個數；(503)建模模塊建立濾波后的頻率調節字關于系統時鐘生成單元內部恒溫晶振的老化、溫度的模型函數模型：TWB(i)＝K×t(i)+Q×T(i)+θ(i)，式中，K為老化特性參數，t(i)為時間函數，Q為溫度特性參數，T(i)為溫度函數，θ(i)為噪聲函數；達到預設學習時間后，根據已知時間t(i)，已知溫度T(i)和頻率調節字TWB(i)，解出老化特性參數K和溫度特性參數Q，將函數模型參數發送至預測模塊；(504)預測模塊根據函數模型計算該時刻的預測頻率調節字并發送至數字鎖相環單元。本專利技術相對于現有技術具有如下的優點及特性：采用數字的頻率調節字控制輸出頻率更準確，不易受干擾；選取的高穩恒溫晶振，降低了外界溫度環境對晶振特性的影響，簡化了學習模型，學習算法高效準確且占用資源較少，能準確預測輸出時鐘的變化規律，提高了同步保持性能。附圖說明圖1為本專利技術的的結構框圖；圖2為本專利技術的特性學習預測單元框圖；圖3為本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種具有學習功能的同步時鐘保持系統，包括：天饋單元(1)、同步授時接收單元(2)、數字鎖相環單元(3)、系統時鐘生成單元(5)、測溫單元(6)，其特征在于，還包括特性學習預測單元(4)；天饋單元(1)用于從衛星中接收授時信號，將授時信號發送給同步授時接收單元(2)；同步授時接收單元(2)用于將授時信號進行解析，得到秒脈沖信號，將秒脈沖信號發送至數字鎖相環單元(3)；系統時鐘生成單元(5)用于生成系統時鐘，將系統時鐘發送至數字鎖相環單元(3)；數字鎖相環單元(3)用于在正常模式下，根據輸出的同步時鐘信號的反饋信號與秒脈沖信號的相位差產生對應的頻率調節字，根據頻率調節字和系統時鐘產生與秒脈沖信號同步的同步時鐘信號，將同步時鐘信號輸出至外部，將頻率調節字輸出至特性學習預測單元(4)；數字鎖相環單元(3)還用于在保持模式下，根據特性學習預測單元(4)輸入的預測頻率調節字生成同步時鐘信號并輸出；數字鎖相環單元(3)還用于在保持模式下輸出失鎖前最后一個鎖定狀態下的頻率調節字生成的同步時鐘信號；測溫單元(6)用于測量實時溫度，將溫度信息發送至特性學習預測單元(4)；特性學習預測單元(4)用于將設定時間內接收到的頻率調節字進行去抖和濾波，并結合溫度信息進行建模，達到預設學習時間后進行該時刻頻率調節字的預測，將該時刻的預測頻率調節字發送給數字鎖相環單元(3)。...

【技術特征摘要】
1.一種具有學習功能的同步時鐘保持系統，包括：天饋單元(1)、同步授時接收單元(2)、數字鎖相環單元(3)、系統時鐘生成單元(5)、測溫單元(6)，其特征在于，還包括特性學習預測單元(4)；天饋單元(1)用于從衛星中接收授時信號，將授時信號發送給同步授時接收單元(2)；同步授時接收單元(2)用于將授時信號進行解析，得到秒脈沖信號，將秒脈沖信號發送至數字鎖相環單元(3)；系統時鐘生成單元(5)用于生成系統時鐘，將系統時鐘發送至數字鎖相環單元(3)；數字鎖相環單元(3)用于在正常模式下，根據輸出的同步時鐘信號的反饋信號與秒脈沖信號的相位差產生對應的頻率調節字，根據頻率調節字和系統時鐘產生與秒脈沖信號同步的同步時鐘信號，將同步時鐘信號輸出至外部，將頻率調節字輸出至特性學習預測單元(4)；數字鎖相環單元(3)還用于在保持模式下，根據特性學習預測單元(4)輸入的預測頻率調節字生成同步時鐘信號并輸出；數字鎖相環單元(3)還用于在保持模式下輸出失鎖前最后一個鎖定狀態下的頻率調節字生成的同步時鐘信號；測溫單元(6)用于測量實時溫度，將溫度信息發送至特性學習預測單元(4)；特性學習預測單元(4)用于將設定時間內接收到的頻率調節字進行去抖和濾波，并結合溫度信息進行建模，達到預設學習時間后進行該時刻頻率調節字的預測，將該時刻的預測頻率調節字發送給數字鎖相環單元(3)。2.根據權利要求1所述的一種具有學習功能的同步時鐘保持系統，其特征在于，特性學習預測單元(4)包括：去抖模塊(7)、濾波模塊(8)、建模模塊(9)和預測模塊(10)；去抖模塊(7)用于消除頻率調節字的異常抖動，消除的方式為：計算設定時間內接收到的頻率調節字TW(i)的上門限值TW上門限(i)和下門限值TW下門限(i)：式中，MAX1、MAX2、MIN1、MIN2分別為設定時間內收到的M個的頻率調節字的最大值、次大值、最小值和次小值，±L為門限波動范圍；i為接收到的頻率調節字的序列，i為正整數；若TW下門限(i)≤TW(i)≤TW上門限(i)，則將該頻率調節字發送給濾波模塊(8)，若TW(i)＜TW下門限(i)或者TW(i)＞TW上門限(i)，則丟棄；濾波模塊(8)用于采用N點平均濾波的方法對接收到的消除異常抖動的頻率調節字進行平均濾波，將濾波后的頻率調節字發送至建模模塊(9)；濾波的方式為：式中，TWB(i)為濾波后的頻率調節字；TWA(j)為濾波前的頻率調節字，j為正整數；N為濾波的平均個數；建模模塊(9)用于根據濾波后的頻率調節字和溫度信息建立系統時鐘生成單元關于內部恒溫晶振的老化、溫度的函數模型：TWB(i)＝K×t(i)+Q×T(i)+θ(i)，式中，K為老化特性參數，t(i)為時間函數，Q為溫度特性參數，T(i)為溫度函數，θ(i)為噪聲函數；達到預設學習時間后，根據已知時間t(i)，已知溫度T(i)和濾波后的頻率調節字TWB(i)，解出老化特性參數...

【專利技術屬性】
技術研發人員：彭磊磊，康志杰，王偉，高曉偉，田雙彪，李萬松，
申請(專利權)人：河北遠東通信系統工程有限公司，
類型：發明
國別省市：河北,13