專利名稱：一種基于最小二乘法模型的時(shí)鐘調(diào)整算法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于最小二乘法模型的時(shí)鐘調(diào)整算法，可用于采用修正高穩(wěn)晶體方法來(lái)提供高精度時(shí)鐘源的時(shí)鐘設(shè)備，屬于通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
數(shù)字同步網(wǎng)是數(shù)字通信網(wǎng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，也是保障各種業(yè)務(wù)網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量的重要手段。它與電信管理網(wǎng)、信令網(wǎng)一起并列為電信網(wǎng)的三大支撐網(wǎng)，在電信網(wǎng)中具有舉足輕重的地位。
對(duì)于任何通信設(shè)備，都需要時(shí)鐘為其提供工作頻率，所以時(shí)鐘性能是影響設(shè)備性能的一個(gè)重要方面。時(shí)鐘常被稱為設(shè)備的心臟。時(shí)鐘工作時(shí)的性能主要由兩個(gè)方面決定自身性能和外同步信號(hào)的質(zhì)量。而外同步信號(hào)的質(zhì)量就是由數(shù)字同步網(wǎng)來(lái)保證的。當(dāng)設(shè)備組成系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)后，數(shù)字同步網(wǎng)必須為系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)提供精確的定時(shí)，以保障其正常運(yùn)行，網(wǎng)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘的精度影響一個(gè)數(shù)字通信網(wǎng)工作是否正常。
我國(guó)的數(shù)字通信網(wǎng)規(guī)模龐大，分布范圍廣，所以數(shù)字同步網(wǎng)一般要接收幾個(gè)基準(zhǔn)主時(shí)鐘共同控制。如果采取定時(shí)鏈路來(lái)傳輸定時(shí)信號(hào)，那么隨著數(shù)字傳輸距離的增長(zhǎng)，傳輸損傷逐漸增大、可靠性逐漸降低。而利用裝配在基準(zhǔn)鐘上的GPS接收機(jī)跟蹤UTC(世界協(xié)調(diào)時(shí))，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)基準(zhǔn)鐘的不斷調(diào)整，使之與UTC保持一致的長(zhǎng)期頻率準(zhǔn)確度，從而達(dá)到各個(gè)基準(zhǔn)鐘同步運(yùn)行和全網(wǎng)高度同步的目的是切實(shí)可行的，也是方便實(shí)用的。并且，在數(shù)字同步網(wǎng)中采用GPS配置基準(zhǔn)鐘，實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單，同步時(shí)間精度高，提高了全網(wǎng)性能，成本卻相對(duì)低廉，并且便于維護(hù)管理，所以GPS時(shí)鐘在基準(zhǔn)鐘中得到廣泛使用。
GPS是英文Navigation Satellite Timing and Ranging/Global PositionSystem的字頭縮寫詞NAVSTAR/GPS的簡(jiǎn)稱。它的含義是，利用導(dǎo)航衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)時(shí)和測(cè)距，構(gòu)成全球定位系統(tǒng)，這一全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為GPS。GPS系統(tǒng)的空間部分由24顆衛(wèi)星組成，均勻分布在6個(gè)仰角為55度的軌道面上。GPS系統(tǒng)的利用者接收衛(wèi)星發(fā)送的擴(kuò)頻信號(hào)，測(cè)量電波傳播時(shí)間求出衛(wèi)星到接收機(jī)天線的距離，利用空間三球相交一點(diǎn)的原理，解算以接收機(jī)位置為未知數(shù)的方程，從而確切知道接收機(jī)的位置。它可以為全球用戶提供連續(xù)、實(shí)時(shí)、高精度的三維位置、速度和時(shí)間信息，可以滿足各種不同用戶的需要。GPS系統(tǒng)由空中衛(wèi)星、地面跟蹤監(jiān)測(cè)站、地面衛(wèi)星數(shù)據(jù)注入站、地面數(shù)據(jù)處理中心和數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)等部分組成。用戶只需購(gòu)買GPS接收機(jī)，就可享受免費(fèi)的導(dǎo)航、授時(shí)和定位服務(wù)。當(dāng)前，GPS時(shí)鐘已成為世界上傳播范圍最廣、精度最高的時(shí)間發(fā)布系統(tǒng)之一，民用接收機(jī)接收到的GPS時(shí)鐘與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間UCT(Universal Co-ordinated Time)保持高度同步，最高精度可達(dá)20ns。但是，民用GPS時(shí)鐘的可靠性并沒(méi)有得到保障，其所有者并不保證GPS的精度和可靠性，對(duì)民用用戶不承擔(dān)責(zé)任。而且GPS接收機(jī)接收到的GPS時(shí)鐘或多或少存在以下一些誤差(1)星歷誤差GPS信號(hào)中予報(bào)的衛(wèi)星位置的誤差，(2)衛(wèi)星鐘差GPS信號(hào)中予報(bào)的衛(wèi)星原子鐘的偏差，(3)電離層誤差由于大氣電離層效應(yīng)引起的GPS信號(hào)接收的誤差，(4)對(duì)流層誤差由于大氣對(duì)流層效應(yīng)引起的GPS信號(hào)接收的誤差，(5)多徑誤差由于反射信號(hào)進(jìn)入接收機(jī)天線引起的GPS信號(hào)接收的誤差，(6)接收機(jī)誤差由于熱噪聲、軟件和各通道之間的硬件偏差等引起的測(cè)量值誤差，(7)跟蹤衛(wèi)星過(guò)少誤差在某些條件下GPS接收機(jī)鎖定的衛(wèi)星小于4顆而產(chǎn)生定時(shí)誤差。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，GPS接收機(jī)產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)的精度和穩(wěn)定性難以得到保證。通常GPS接收機(jī)給出的時(shí)鐘精度以概率指標(biāo)表示，接收機(jī)產(chǎn)生秒脈沖(1PPS)的誤差服從正態(tài)分布。例如MOTOROLAUT ONCORE型接收機(jī)，統(tǒng)計(jì)精度為50ns(1σ)。表示該接收機(jī)的秒脈沖偏差服從正態(tài)分布，GPS時(shí)鐘誤差落于1σ范圍(50ns)內(nèi)的慨率為0.6828，落于2σ范圍(100ns)內(nèi)的慨率為0.9546；落于3σ范圍(150ns)內(nèi)的慨率為0.9974。但在衛(wèi)星失鎖或衛(wèi)星時(shí)鐘實(shí)驗(yàn)跳變的條件下，GPS時(shí)鐘誤差甚至達(dá)幾十上百毫秒。
為了與GPS系統(tǒng)抗衡，俄羅斯構(gòu)造了GLONASS(Global Orbiting NavigationSatellite System)定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)提供給民用時(shí)鐘信號(hào)的精度較高，但接收機(jī)價(jià)格較貴，同樣俄羅斯也不保證GLONASS的精度和可靠性，對(duì)民用用戶也不承擔(dān)責(zé)任，且造價(jià)高，難以得到廣泛推廣應(yīng)用。
除了GPS時(shí)鐘和GLONASS時(shí)鐘，其它常規(guī)時(shí)鐘頻率產(chǎn)生方法可以是晶體、銣鐘等，這一類時(shí)鐘穩(wěn)定性較高，單個(gè)時(shí)間間隔的隨機(jī)漂移非常小，但長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的累計(jì)誤差較大。晶體會(huì)老化，易受外界環(huán)境變化影響，長(zhǎng)期的精度漂移影響；原子鐘長(zhǎng)期使用后也會(huì)產(chǎn)生偏差，需要定時(shí)校準(zhǔn)。而GPS系統(tǒng)由于其工作特性的需要，定期對(duì)自身時(shí)鐘系統(tǒng)進(jìn)行修正，所以其自身時(shí)鐘系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定，具有對(duì)外界物理因素變化不敏感特性。晶體或銣鐘以GPS為長(zhǎng)期參考，可以獲得低成本、高性能的基準(zhǔn)時(shí)鐘。
為推廣GPS時(shí)鐘的應(yīng)用，需要解決兩方面問(wèn)題(1)對(duì)GPS時(shí)鐘實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)秒脈沖序列精度進(jìn)行評(píng)估，保證輸出的準(zhǔn)確性；(2)對(duì)GPS時(shí)鐘進(jìn)行誤差補(bǔ)償，以提高輸出時(shí)鐘的精度。
為解決以上2個(gè)問(wèn)題，一種方法是采用幾個(gè)不同的衛(wèi)星時(shí)鐘系統(tǒng)如GPS系統(tǒng)和GLONASS系統(tǒng)進(jìn)行相互比較校驗(yàn)，以提高時(shí)鐘的精度和可靠性，該方法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，成本高，另一種方法是采用GPS時(shí)鐘同步守時(shí)鐘(原子鐘、晶振時(shí)鐘或CPU內(nèi)部時(shí)鐘)的方法，正常運(yùn)行時(shí)由GPS時(shí)鐘校正守時(shí)鐘，在GPS失步狀態(tài)下，由守時(shí)鐘代替GPS時(shí)鐘。當(dāng)采用晶振時(shí)鐘或CPU內(nèi)部時(shí)鐘作為守時(shí)鐘時(shí)，該方法只能消除GPS短時(shí)失鎖產(chǎn)生的較大偏差，不能消除SA干擾等產(chǎn)生的較小偏差。如要提高時(shí)鐘精度，需采用比GPS時(shí)鐘精度更高的原子鐘對(duì)GPS時(shí)鐘進(jìn)行同步比較監(jiān)測(cè)，該方法造價(jià)高，很難推廣實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種保證時(shí)鐘輸出準(zhǔn)確性的基于最小二乘法模型的時(shí)鐘調(diào)整算法。
為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種基于最小二乘法模型的時(shí)鐘調(diào)整算法，其特征在于，采用C語(yǔ)言編制的程序，運(yùn)行于時(shí)鐘同步設(shè)備中，其方法為一種基于最小二乘法模型的GPS時(shí)鐘調(diào)整算法，其特征在于，采用C語(yǔ)言編制的程序，運(yùn)行于時(shí)鐘同步設(shè)備中，其方法為第一步根據(jù)壓控晶體的參數(shù)計(jì)算D/A轉(zhuǎn)換芯片的控制初值DA，以此初值上電控制晶體；第二步將恒溫高穩(wěn)晶體的秒脈沖與GPS接收機(jī)的秒脈沖對(duì)齊，開始跟蹤；第三步根據(jù)相差計(jì)算對(duì)應(yīng)的晶體電壓調(diào)整值調(diào)整晶體，相位落后加快頻率，相位超前降低頻率，開始進(jìn)入快速跟蹤GPS的過(guò)程，此過(guò)程持續(xù)半小時(shí)，
記錄下最后四百次的相位差數(shù)據(jù)，即公式9的偏差序列Y；半小時(shí)后設(shè)此時(shí)晶體控制電壓D/A值為DA，記錄s時(shí)間序列X即公式2值取四百；第四步每一秒由前X-1秒的相位差數(shù)據(jù)由線形回歸算法預(yù)估本秒的相位差 即公式14，根據(jù)相位和頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系以及高穩(wěn)晶體頻率和控制電壓的計(jì)算關(guān)系計(jì)算本次對(duì)晶體的控制電壓值補(bǔ)償值ΔDA1即公式15，以此補(bǔ)償值修正晶體的電壓的控制參數(shù)為DA+ΔDA1，調(diào)整完畢后X遞加；調(diào)整完畢后DA值更新為DA＝DA+ΔDA1；第五步如果本秒相差大于100ns(使用MOTOROLA VP ONCORE時(shí)為2σ單位，此時(shí)秒鑒相結(jié)果(超前/滯后)準(zhǔn)確性的概率等于GPS秒脈沖落于2σ范圍內(nèi)的慨率為95.46％)時(shí)可認(rèn)為相位差過(guò)大，必須進(jìn)行一定相位補(bǔ)償，補(bǔ)償?shù)南辔粸槌?00ns的部分，根據(jù)相位和頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系以及高穩(wěn)晶體頻率和控制電壓的計(jì)算關(guān)系計(jì)算本次對(duì)晶體的控制電壓值補(bǔ)償值ΔDA2(見(jiàn)公式15)，以此補(bǔ)償值修正晶體電壓的控制參數(shù)為DA+ΔDA2；調(diào)整完畢后DA值不更新；第六步重復(fù)第四步反復(fù)修正，時(shí)間越長(zhǎng)，樣點(diǎn)數(shù)越多，此時(shí)壓控晶體的每秒鐘的電壓控制參數(shù)DA將沿著某個(gè)中心值上下小幅波動(dòng)，總體趨近于一條水平直線，通過(guò)線性回歸克服了GPS秒脈沖抖動(dòng)帶來(lái)的影響。
本發(fā)明采用高精度晶振對(duì)GPS時(shí)鐘進(jìn)行監(jiān)測(cè)與校正的簡(jiǎn)便實(shí)用方法，建立GPS時(shí)鐘誤差的測(cè)量模型，提出一種高精度時(shí)鐘的產(chǎn)生方法，并成功地將其應(yīng)用于時(shí)鐘同步設(shè)備中。
GPS接收機(jī)在正常工作條件下，其時(shí)鐘的誤差服從正態(tài)分布，只存在單個(gè)秒脈沖的抖動(dòng)，但從長(zhǎng)時(shí)間來(lái)看，GPS時(shí)鐘并不存在累計(jì)誤差。而高穩(wěn)晶體短時(shí)間內(nèi)的抖動(dòng)很小，但存在較大的累計(jì)誤差。GPS時(shí)鐘與晶振時(shí)鐘的精度是互補(bǔ)的，如果把二者進(jìn)行比較分析，使二者互為參考，利用GPS的長(zhǎng)期精度特性對(duì)高穩(wěn)晶體進(jìn)行校正，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法估計(jì)出二者的誤差，進(jìn)而對(duì)誤差進(jìn)行在線主動(dòng)補(bǔ)償，可以實(shí)現(xiàn)高精度時(shí)鐘。
在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)采用對(duì)高精度晶振進(jìn)行分頻，產(chǎn)生秒脈沖時(shí)鐘信號(hào)；晶振秒脈沖時(shí)鐘與GPS的秒脈沖進(jìn)行相位比較，產(chǎn)生偏差序列，該偏差包括GPS時(shí)鐘的左右抖動(dòng)相差和相位的累計(jì)誤差；采用數(shù)學(xué)回歸對(duì)兩種誤差進(jìn)行估計(jì)，從而分離出各自的誤差，并對(duì)晶體累計(jì)誤差進(jìn)行修正，由此構(gòu)造一種簡(jiǎn)便的高精度時(shí)鐘發(fā)生裝置。具體為通過(guò)分頻電路，將高精度時(shí)鐘的輸出時(shí)鐘進(jìn)行分頻，分頻后得到秒脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)字鑒相濾器和GPS的秒脈沖信號(hào)進(jìn)行相位比較，得到相位偏差序列樣本，晶振的累積誤差由CPU設(shè)置補(bǔ)償值修正。每秒調(diào)整一次，第N秒時(shí)的補(bǔ)償值由前N-1秒的GPS時(shí)鐘誤差和前N-1秒的補(bǔ)償值的歷史數(shù)據(jù)采用線性回歸的算法得到預(yù)估的補(bǔ)償值。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是能保證GPS時(shí)鐘輸出準(zhǔn)確性。


圖1為時(shí)鐘同步設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為數(shù)字鑒相濾波器的結(jié)構(gòu)示意框圖；圖3為數(shù)字鑒相濾波器內(nèi)部的頂層電原理圖；圖4為“DP_CTRL”模塊中的電原理圖；圖5為最小二乘法模型的時(shí)鐘調(diào)整算法流程框圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
實(shí)施例如圖1所示，為時(shí)鐘同步設(shè)備為結(jié)構(gòu)示意圖，所述的時(shí)鐘同步設(shè)備由數(shù)字鑒相濾器、GPS接收機(jī)、CPU和恒溫高穩(wěn)晶體組成，數(shù)字鑒相濾器與GPS接收機(jī)連接，同時(shí)數(shù)字鑒相濾器與CPU和恒溫高穩(wěn)晶體連接組成回路，CPURabbit2000，性能約等同于采用16M晶振的8051系列。
如圖2所示，為數(shù)字鑒相濾波器的結(jié)構(gòu)示意框圖，本發(fā)明針對(duì)這種低成本的GPS接收模塊所提供的1pps的秒脈沖信號(hào)(或等效1pps信號(hào))，作為外參考比較信號(hào)源，利用數(shù)?；旌偷逆i相環(huán)路所控制的本地的壓控石英晶體振蕩器的輸出等效1pps信號(hào)作為本地比較信號(hào)源，通過(guò)用FPGA進(jìn)行數(shù)字鑒相及濾波技術(shù)，可靈活調(diào)整輸出信號(hào)的特性及精度，以滿足各種需要場(chǎng)合。本發(fā)明中，使用了兩個(gè)本地高頻信號(hào)源，1)，由16.384MHZ的壓控晶體振蕩器組成的可控本地標(biāo)準(zhǔn)高頻時(shí)鐘源，通過(guò)分頻，可產(chǎn)生2.048MHZ的輸出時(shí)鐘及本地1pps信號(hào)。2)，由16.384MHZ的4倍頻既65.536MHZ信號(hào)，作為數(shù)字鑒相及濾波工作時(shí)鐘。數(shù)字鑒相器比較本地秒脈沖信號(hào)與外參考秒脈沖信號(hào)的相位差，再通過(guò)數(shù)字濾波，及外部配套軟件的算法分析，可解決GPS模塊的1pps輸出擾動(dòng)問(wèn)題，以保證本地輸出信號(hào)精度，由此可產(chǎn)生出與輸入信號(hào)源精度相當(dāng)?shù)亩喾N信號(hào)輸出。
本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種數(shù)字鑒相濾波器，以及分別與數(shù)字鑒相濾波器連接的GPS模塊、2M頻率信號(hào)源模塊、CPU和16.384MHZ壓控頻率單元；由于數(shù)字鑒相及數(shù)字濾波還有一些輔助單元均是在一塊FPGA(可編程邏輯器件)中實(shí)現(xiàn)，所以在這里就FPGA內(nèi)部的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)做詳細(xì)的說(shuō)明。
如圖3所示，數(shù)字鑒相濾波器內(nèi)部的頂層電原理如下頂層包括3個(gè)模塊(模塊1～模塊3)，每個(gè)模塊的左邊引腳均為輸入，右邊均為輸出。但是標(biāo)注“雙向數(shù)據(jù)總線”的引腳為輸入輸出雙向。
1)接口模塊1“IO_INTERFACE”，負(fù)責(zé)與外部CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，接收配置指令，上報(bào)本地秒信號(hào)與外參考秒信號(hào)的相位相對(duì)關(guān)系等；接口模塊1的輸入端分別連接GPS模塊和2M頻率信號(hào)源模塊，經(jīng)數(shù)據(jù)總線連接CPU；根據(jù)配置，選出一個(gè)外參考源，并將其轉(zhuǎn)為秒脈沖輸出EXT_1PPS，作為鑒相的外參考依據(jù)。例如，CPU通過(guò)地址線ADDRES[31..24]，/CS，ALE，/WR配合，將地址為x“00”所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)線DB[7..0]上的內(nèi)容寫入本模塊，若數(shù)據(jù)內(nèi)容為x“00”，則表明選“GPS_1PPS”為外參考源，接口模塊可直接將其輸出到模塊輸出端口“SEL_1PPS”，供外部模塊使用；若數(shù)據(jù)內(nèi)容為x“01”，則表明選“2MHZ[4..1]”中的第一路(2MHZ[1])為外參考源，由于此時(shí)是2.048MHZ的頻率輸入，故模塊對(duì)其做分頻，產(chǎn)生1pps的秒脈沖，并將其輸出到模塊輸出端口“SEL_1PPS”，供外部模塊使用；其他類推，這樣“外參考”秒脈沖就產(chǎn)生了。
同理，CPU也將輸出信號(hào)的占空比參數(shù)，濾波器的參數(shù)寫入模塊，分別輸出到接口模塊“PW[7..0]”和“FILT_D[7..0]”端口上，供外部模塊使用。
另外，來(lái)自外模塊的“UP”、“DOWN”、“OVER_DIR”相位比較輸出信號(hào)也通過(guò)同樣的方式，由本接口模塊提供給CPU訪問(wèn)讀取。
這樣，CPU就可不間斷的通過(guò)數(shù)據(jù)線掌握外參考源與本地源之間的相位相對(duì)關(guān)系，從而對(duì)壓控晶體振蕩器組成的可控本地標(biāo)準(zhǔn)高頻時(shí)種源進(jìn)行調(diào)整，這樣持續(xù)反復(fù)的進(jìn)行，通過(guò)CPU的特定算法，就最終達(dá)到閉環(huán)反饋環(huán)路的穩(wěn)定狀態(tài)，本地輸出信號(hào)也就精密的保持對(duì)外參考源的跟蹤。
2)本地模塊(LOCAL_CQ)2，用于完成對(duì)本地晶體振蕩器輸入頻率的分頻，按16.384MHZ轉(zhuǎn)到1hz的分頻系數(shù)進(jìn)行分頻，并抽出其他所需頻率，同時(shí)還要按CPU配置的脈沖寬度數(shù)據(jù)調(diào)整輸出秒脈沖的占空比；本地模塊2的輸入端分別連接接口模塊1的外參考秒脈沖輸出端、濾波器參數(shù)輸出端、重置位輸出端和16.384MHZ頻率信號(hào)源模塊，本地模塊2分別設(shè)有其他所需頻率如秒脈沖、2.048MHZ、200HZ、8KMHZ等信號(hào)的輸出端；另外，當(dāng)接收到CPU的重行同步置位指令后，要將分頻器狀態(tài)與外參考秒信號(hào)的相位重新對(duì)齊一次。所產(chǎn)生的秒脈沖L1PPS是鑒相的本地參考依據(jù)。
這里的核心就是一個(gè)可異步置位的同步時(shí)鐘定模計(jì)數(shù)器，模值為16.384×106，每當(dāng)計(jì)數(shù)值歸零時(shí)，既為本地秒脈沖的起始邊沿，而高電平的寬度，即由“PW_D[7..0]”端口數(shù)值決定，當(dāng)計(jì)數(shù)器值小于等于PW_D[7..0]的值時(shí)，輸出維持高電平，反之為低，若要擴(kuò)充調(diào)整范圍，可通過(guò)增加脈沖配置數(shù)據(jù)“PW_D[7..0]”的位數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，由此，“本地”秒脈沖就產(chǎn)生了。另外，當(dāng)RESYN端收到重置位信號(hào)時(shí)，就產(chǎn)生一個(gè)窄脈沖，并且保證使之與外參考的秒脈沖上升沿同步，由這個(gè)窄脈沖對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行異步清零，這樣，重置位之后，本地計(jì)數(shù)器的狀態(tài)就與外參考源保持一致，這樣處理的目的，是為了加快對(duì)外參考源的跟蹤鎖定進(jìn)程，而且還可以使后繼模塊的數(shù)字鑒相及濾波電路得以簡(jiǎn)化，因?yàn)橹刂梦恢?，本地秒脈沖的相位已與外參考源的秒脈沖相位近乎一致，在短時(shí)間段內(nèi)，兩者之間的相差漂移不會(huì)太大，所以濾波電路的觀察范圍就可以縮小。
3)數(shù)據(jù)處理模塊(DP_CTRL)3，用于內(nèi)外兩個(gè)脈沖之間的相位檢測(cè)，還包括可調(diào)整數(shù)字濾波器。數(shù)據(jù)處理模塊3的輸入端分別連接接口模塊1的輸出端、本地模塊2的輸出端和16.384MHZ頻率信號(hào)源模塊的4倍頻輸出端，數(shù)據(jù)處理模塊3的輸出端連接接口模塊1的輸入端；本數(shù)據(jù)處理模塊的相位檢測(cè)，就是檢測(cè)兩個(gè)脈沖之間的相位相對(duì)關(guān)系，這兩個(gè)輸入脈沖就是先前描述過(guò)的外部模塊已處理過(guò)的“外參考”秒脈沖，“本地”秒脈沖，鑒相結(jié)果可反映出“外參考”秒脈沖與“本地”秒脈沖之間的相對(duì)位置和變化趨勢(shì)，鑒相結(jié)果是每秒種更新一次。
可調(diào)整數(shù)字濾波器的引入，一方面是可以對(duì)偶發(fā)的電路干擾做屏蔽，最主要的作用在于，當(dāng)“外參考”秒脈沖是GPS接收模塊所產(chǎn)生時(shí)，其固有的秒脈沖“擾動(dòng)”相對(duì)較大，以高精度的時(shí)鐘系統(tǒng)來(lái)衡量，其相位的跳變是不符合要求的，同時(shí)還會(huì)對(duì)鑒相器的鑒相結(jié)果造成干擾，尤其是當(dāng)本地的時(shí)鐘源事實(shí)上已與外參考源保持高度一致時(shí)，這一現(xiàn)象會(huì)更明顯，為此，濾波器在這里的作用就是盡量將這種相位“跳變”過(guò)濾掉，或者說(shuō)，就是將“突發(fā)”的“大相位差”上報(bào)給CPU，CPU會(huì)根據(jù)一定的算法，判斷出當(dāng)前的實(shí)際狀態(tài)，從而避免不必要的調(diào)整或者“過(guò)調(diào)整”而導(dǎo)致的輸出信號(hào)性能指標(biāo)下降。但是，一個(gè)實(shí)際使用上的問(wèn)題需要考慮，因?yàn)閭€(gè)體電路元器件之間的潛在差異，尤其是可能的GPS接收模塊的電性能的差異(例如生產(chǎn)制造商的不同，生產(chǎn)的批次不同等等)，都有可能讓使用固定參數(shù)的的濾波器失去效能，為此，這里的濾波器參數(shù)是可設(shè)的，并且實(shí)時(shí)的由CPU來(lái)控制，由此，通過(guò)“過(guò)濾”的相位差寬度就可以改變，大大提高了電路效能的可靠性和實(shí)用性。
另外，由于“速度”和“精度”向來(lái)是一對(duì)矛盾，濾波范圍變小，系統(tǒng)跟蹤精度變高，但系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定態(tài)就需時(shí)更長(zhǎng)，反之，濾波范圍變大，系統(tǒng)跟蹤精度變低，但系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定態(tài)就更快，為此，針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，適當(dāng)調(diào)整濾波器的參數(shù)設(shè)置，可改變系統(tǒng)的整體響應(yīng)速度，提高工作效率。
如圖4所示，為“DP_CTRL”模塊中的電原理圖，所述數(shù)據(jù)處理模塊內(nèi)設(shè)有鑒相器單元4和濾波器單元5、6；鑒相器單元(V_DPD)4為用VHDL硬件描述語(yǔ)言構(gòu)建的數(shù)字鑒相器，鑒相器單元4的輸入端分別連接接口模塊1的外參考秒脈沖輸出端和本地模塊2的本地參考秒脈沖輸出端，用于識(shí)別出兩個(gè)輸入脈沖的相位關(guān)系，利用脈沖的邊沿來(lái)鑒別，和輸入的脈沖寬度無(wú)關(guān)，有很高的分辨率，當(dāng)輸入的本地秒信號(hào)頻率高于或相位超前外參考秒信號(hào)時(shí)，輸出“DOWNDIR”就變‘1’，反之“UPDIR”就變‘1’。均為‘0’時(shí)，表示兩個(gè)輸入脈沖完全一致，即同頻同相?！癉OWNDIR”為‘1’，指示要將本地壓控晶振的頻率降下來(lái)，而“UPDIR”為‘1’時(shí)，表示要將本地壓控晶振的頻率上調(diào)加快。鑒相器單元4的加頻指示、減頻指示輸出端分別經(jīng)與門連接接口模塊1的加頻控制、減頻控制輸入端。
a)超前濾波器單元(V_OVER_CTRL)5、滯后濾波器單元(V_OVER_CTRL)6，為用VHDL硬件描述語(yǔ)言構(gòu)建的數(shù)字濾波器，用于溢出指示；當(dāng)兩個(gè)輸入脈沖相差超出FID[7..0]所設(shè)定的值時(shí)，“OVER_ACT”輸出‘1’電平，這里使用了兩個(gè)這樣的模塊，就是為了區(qū)分兩種相對(duì)狀態(tài)a。本地秒信號(hào)超前外參考秒信號(hào)溢出，b。本地秒信號(hào)滯后外參考秒信號(hào)溢出，并合二為一成“OVER_DIR”輸出，供CPU檢測(cè)，F(xiàn)ID[7..0]是由CPU所設(shè)，可動(dòng)態(tài)調(diào)整，它反映的是“clk×4”輸入時(shí)鐘(既65.536MHZ)的周期數(shù)，改變其值，可改變輸出時(shí)鐘的特性參數(shù)。
超前濾波器單元5的輸入端分別連接鑒相器單元4的加頻指示輸出端、16.384MHZ頻率信號(hào)源模塊的4倍頻輸出端、接口模塊1的濾波器參數(shù)輸出端，滯后濾波器單元6的輸入端分別連接鑒相器單元4的減頻指示輸出端、16.384MHZ頻率信號(hào)源模塊的4倍頻輸出端、接口模塊1的濾波器參數(shù)輸出端，超前濾波器單元5和滯后濾波器單元6的溢出指示輸出端經(jīng)或門連接接口模塊1的溢出控制輸入端。
采用數(shù)學(xué)回歸對(duì)兩種誤差進(jìn)行估計(jì)，從而分離出各自的誤差，并對(duì)晶體累計(jì)誤差進(jìn)行修正，由此構(gòu)造一種簡(jiǎn)便的高精度時(shí)鐘發(fā)生裝置。具體為通過(guò)分頻電路，將高精度時(shí)鐘的輸出時(shí)鐘進(jìn)行分頻，分頻后得到秒脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)字鑒相濾器和GPS的秒脈沖信號(hào)進(jìn)行相位比較，得到相位偏差序列樣本，晶振的累積誤差由CPU設(shè)置補(bǔ)償值修正。每秒調(diào)整一次，第N秒時(shí)的補(bǔ)償值由前N-1秒的GPS時(shí)鐘誤差和前N-1秒的補(bǔ)償值的歷史數(shù)據(jù)采用線性回歸的算法得到預(yù)估的補(bǔ)償值。算法如下第一步.建立GPS時(shí)鐘同步晶振時(shí)鐘的數(shù)學(xué)模型GPS輸出時(shí)鐘與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間存在一定誤差e，e服從正態(tài)分布ε～N(0，σ2)。(1)s時(shí)間序列X1，2，3，4，…，x，…，n(2)GPS輸出的s時(shí)鐘序列對(duì)應(yīng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間可記為1-e1，2-e2，3-e3，4-e4，…，x-ex，…，n-en(3)通用公式表示為yx′＝x-εxx∈N εx～(0，σ2) (4)式中yx′為GPS輸出第x個(gè)s時(shí)鐘對(duì)應(yīng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，時(shí)間誤差為ex。
設(shè)晶振分頻產(chǎn)生的s時(shí)鐘序列第0個(gè)s時(shí)鐘與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的初始偏差為a；時(shí)間間隔誤差為b；由于高精度晶振的隨機(jī)誤差遠(yuǎn)小于GPS的s時(shí)鐘的隨機(jī)誤差(如精度為10-9s的晶振隨機(jī)誤差＜1ns)，因此不考慮晶振s時(shí)鐘的隨機(jī)誤差，晶振分頻輸出s時(shí)鐘產(chǎn)生的時(shí)鐘序列對(duì)應(yīng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間可記為1+a+b，2+a+2b，3+a+3b，4+a+4b，…，x+a+bx，…，n+a+bn(5)通用公式表示為yx″＝x+a+bx x∈N (6)式中yx″為晶振分頻輸出第x個(gè)s時(shí)鐘對(duì)應(yīng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，時(shí)間誤差為m(x)＝a+bc(7)則晶振分頻s時(shí)鐘(簡(jiǎn)稱晶振s時(shí)鐘)與GPS的s時(shí)鐘的偏差為yx＝y(tǒng)x″-yx′＝a+bx+εxx∈N (8)偏差序列Y可表示為y1，y2，y3，y4，y5，y6，…，yx，…，yn(9)由Y的時(shí)間序列可以對(duì)a，b進(jìn)行估計(jì)，從而計(jì)算晶振s時(shí)鐘誤差m(x)；同時(shí)由Y的時(shí)間序列可以對(duì)GPS的誤差ex進(jìn)行估計(jì)，從而可以衡量GPS接收機(jī)的精度水平。
第二步.晶振s時(shí)鐘的誤差估計(jì)采用式(8)的一元線性回歸模型，即采用式(7)的回歸方程，分析時(shí)間序列X與偏差序列Y的相關(guān)特性，對(duì)a，b進(jìn)行最小二乘估計(jì)，估計(jì)值分別為b^=Σx=1n(x-x‾)(yx-y‾)Σx=1n(x-x‾)2---(10)]]>a^=y‾-b^x‾---(11)]]>式中y，x分別為偏差序列Y及時(shí)間序列X的平均值，x‾=1nΣx=1nx=n+12---(12)]]>
y‾=1nΣx=1nyx---(13)]]>則晶振輸出的第x個(gè)s時(shí)鐘與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間之間的誤差估計(jì)值 為μ^(x)=a^+b^x---(14)]]>得到的 是一個(gè)時(shí)間量，單位為秒，還需將其和高穩(wěn)晶體的控制量電壓(單位為V)進(jìn)行轉(zhuǎn)換?？刂齐妷河蒁/A芯片的控制量決定，轉(zhuǎn)換公式如下ΔDA=μ^(x)*DMAXfMaxfMIN-1---(15)]]>式中DMAX取決于DA轉(zhuǎn)換芯片的位數(shù)，如DA為十六位轉(zhuǎn)換芯片，則DMAX＝65536。如DA為八位轉(zhuǎn)換芯片，則DMAX＝256。fMIN為壓控高穩(wěn)晶體調(diào)節(jié)到的最小頻率，fMAX為壓控高穩(wěn)晶體可調(diào)節(jié)到的最大頻率。
根據(jù)誤差估計(jì)值 得到的ΔDA對(duì)晶振s時(shí)鐘進(jìn)行調(diào)整，即可產(chǎn)生高精度時(shí)鐘輸出。
第三步.GPS接收機(jī)輸出的s時(shí)鐘誤差估計(jì)GPS接收機(jī)輸出的秒脈沖誤差的估計(jì)，實(shí)際上是對(duì)式(1)中σ2的估計(jì)，由于σ2＝D(ε)＝E(ε2)是e的二階原點(diǎn)距，按距估計(jì)法，可用樣本二階原點(diǎn)距作為它的估計(jì)值σ^2=1nΣx=1nϵx2---(16)]]>而由式(8)得εx＝y(tǒng)x-a-bx (17)用 分別替代a，b，即得σ2的估計(jì)量σ^2=1nΣx=1n(yx-a^-b^x)2---(18)]]> 的大小反映接收機(jī)輸出秒脈沖的精度。當(dāng)誤差估計(jì)值 時(shí)，認(rèn)為GPS接收機(jī)失步或故障。
如圖5所示，為最小二乘法模型的GPS時(shí)鐘調(diào)整算法流程框圖，本發(fā)明通過(guò)分頻電路，將高精度時(shí)鐘的輸出時(shí)鐘進(jìn)行分頻，分頻后得到秒脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)字鑒相濾器和GPS的秒脈沖信號(hào)進(jìn)行相位比較，得到相位偏差序列樣本，晶振的累積誤差由CPU設(shè)置補(bǔ)償值修正。每秒調(diào)整一次，第N秒時(shí)的補(bǔ)償值由前N-1秒的GPS時(shí)鐘誤差和前N-1秒的補(bǔ)償值的歷史數(shù)據(jù)采用線性回歸的算法得到預(yù)估的補(bǔ)償值。以此補(bǔ)償值作為修正對(duì)高穩(wěn)晶體頻率進(jìn)行調(diào)整，并由本次的鑒相結(jié)果計(jì)算出下一秒的補(bǔ)償值，其步驟為第一步根據(jù)壓控晶體的參數(shù)計(jì)算D/A轉(zhuǎn)換芯片的控制初值DA，以此初值上電控制晶體。具體方法如下本例高穩(wěn)壓控晶體的頻率調(diào)節(jié)范圍為16.384M±15Hz，DA轉(zhuǎn)換芯片為16位，參考電壓5V，DA賦值為0時(shí)輸出電壓為0，輸出頻率16.384M-15Hz。DA賦值為0時(shí)輸出電壓為5V，輸出頻率16.384M+15Hz。為了保證上電頻率初始值大致為16.384M，DA取值32768即可；第二步將晶體的秒脈沖與GPS的秒脈沖對(duì)齊，開始跟蹤；第三步根據(jù)相差計(jì)算對(duì)應(yīng)的晶體電壓調(diào)整值調(diào)整晶體，相位落后加快頻率，相位超前降低頻率，開始進(jìn)入快速跟蹤GPS的過(guò)程。此過(guò)程的目的是為了使晶體的輸出頻率的中心值能進(jìn)入一個(gè)比較準(zhǔn)確的范圍，并在此范圍內(nèi)小幅波動(dòng)。此過(guò)程持續(xù)半小時(shí)，記錄下最后四百次的相位差數(shù)據(jù)(即公式9的偏差序列Y)。此時(shí)晶體控制電壓D/A值為DA，本例DA為32210。記錄s時(shí)間序列X(公式2)值取四百；第四步每一秒由前X-1秒的相位差數(shù)據(jù)由線形回歸算法預(yù)估本秒的相位差 (設(shè)本例為+5ns)(見(jiàn)公式14)，根據(jù)相位和頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系以及高穩(wěn)晶體頻率和控制電壓的計(jì)算關(guān)系計(jì)算本次對(duì)晶體的控制電壓值補(bǔ)償值ΔDA1＝-179(見(jiàn)公式15)。以此補(bǔ)償值修正晶體的電壓的控制參數(shù)為為DA+ΔDA1＝32210-179＝32031，調(diào)整完畢后X遞加為401；調(diào)整完畢后DA值更新為DA＝DA+ΔDA1＝32031；第五步如果本秒相差大于100ns(使用MOTOROLA VP ONCORE時(shí)為2σ單位，此時(shí)秒鑒相結(jié)果(超前/滯后)準(zhǔn)確性的概率等于GPS秒脈沖落于2σ范圍內(nèi)的慨率為95.46％)如本例為+105ns時(shí)可認(rèn)為相位差過(guò)大，必須進(jìn)行一定相位補(bǔ)償，補(bǔ)償?shù)南辔粸槌?00ns的部分，根據(jù)相位和頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系以及高穩(wěn)晶體頻率和控制電壓的計(jì)算關(guān)系計(jì)算本次對(duì)晶體的控制電壓值補(bǔ)償值ΔDA2＝-179(見(jiàn)公式15)，以此補(bǔ)償值修正晶體電壓的控制參數(shù)為DA+ΔDA2＝32031-179＝31852；調(diào)整完畢后DA值不更新；第六步重復(fù)第四步反復(fù)修正，時(shí)間越長(zhǎng)，樣點(diǎn)數(shù)越多，此時(shí)壓控晶體的每秒鐘的電壓控制參數(shù)DA將沿著某個(gè)中心值上下小幅波動(dòng)，總體趨近于一條水平直線。通過(guò)線性回歸克服了秒脈沖抖動(dòng)帶來(lái)的影響。
權(quán)利要求
1.一種基于最小二乘法模型的時(shí)鐘調(diào)整算法，其特征在于，采用C語(yǔ)言編制的程序，運(yùn)行于時(shí)鐘同步設(shè)備中，其方法為第一步根據(jù)壓控晶體的參數(shù)計(jì)算D/A轉(zhuǎn)換芯片的控制初值DA，以此初值上電控制晶體；第二步將恒溫高穩(wěn)晶體的秒脈沖與GPS接收機(jī)的秒脈沖對(duì)齊，開始跟蹤；第三步根據(jù)相差計(jì)算對(duì)應(yīng)的晶體電壓調(diào)整值調(diào)整晶體，相位落后加快頻率，相位超前降低頻率，開始進(jìn)入快速跟蹤GPS的過(guò)程，此過(guò)程持續(xù)半小時(shí)，記錄下最后四百次的相位差數(shù)據(jù)，即公式9的偏差序列Y；半小時(shí)后設(shè)此時(shí)晶體控制電壓D/A值為DA，記錄s時(shí)間序列X即公式2值取四百；第四步每一秒由前X-1秒的相位差數(shù)據(jù)由線形回歸算法預(yù)估本秒的相位差 即公式14，根據(jù)相位和頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系以及高穩(wěn)晶體頻率和控制電壓的計(jì)算關(guān)系計(jì)算本次對(duì)晶體的控制電壓值補(bǔ)償值ΔDA1即公式15，以此補(bǔ)償值修正晶體的電壓的控制參數(shù)為DA+ΔDA1，調(diào)整完畢后X遞加；調(diào)整完畢后DA值更新為DA＝DA+ΔDA1；第五步如果本秒相差大于100ns時(shí)可認(rèn)為相位差過(guò)大，必須進(jìn)行一定相位補(bǔ)償，補(bǔ)償?shù)南辔粸槌?00ns的部分，根據(jù)相位和頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系以及高穩(wěn)晶體頻率和控制電壓的計(jì)算關(guān)系計(jì)算本次對(duì)晶體的控制電壓值補(bǔ)償值ΔDA2即公式15，以此補(bǔ)償值修正晶體電壓的控制參數(shù)為DA+ΔDA2；調(diào)整完畢后DA值不更新；第六步重復(fù)第四步反復(fù)修正，時(shí)間越長(zhǎng)，樣點(diǎn)數(shù)越多，此時(shí)壓控晶體的每秒鐘的電壓控制參數(shù)DA將沿著某個(gè)中心值上下小幅波動(dòng)，總體趨近于一條水平直線，通過(guò)線性回歸克服了GPS秒脈沖抖動(dòng)帶來(lái)的影響。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于最小二乘法模型的時(shí)鐘調(diào)整算法，其特征在于，所述的步驟(3)-步驟(6)中的計(jì)算方法為第一步建立GPS時(shí)鐘同步晶振時(shí)鐘的數(shù)學(xué)模型GPS輸出時(shí)鐘與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間存在一定誤差e，e服從正態(tài)分布ε～N(0，σ2)；(1)s時(shí)間序列X1，2，3，4，...，x，...，n(2)GPS輸出的s時(shí)鐘序列 對(duì)應(yīng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間可記為1-e1，2-e2，3-e3，4-e4，...，x-ex，...，n-en(3)通用公式表示為yx′＝x-εxx∈N εx～(0，σ2) (4)式中yx′為GPS輸出第x個(gè)s時(shí)鐘對(duì)應(yīng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，時(shí)間誤差為ex，設(shè)晶振分頻產(chǎn)生的s時(shí)鐘序列第0個(gè)s時(shí)鐘與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的初始偏差為a；時(shí)間間隔誤差為b；不考慮晶振s時(shí)鐘的隨機(jī)誤差，晶振分頻輸出s時(shí)鐘產(chǎn)生的時(shí)鐘序列對(duì)應(yīng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間可記為1+a+b，2+a+2b，3+a+3b，4+a+4b，...，x+a+bx，...，n+a+bn(5)通用公式表示為yx″＝x+a+bx x∈N (6)式中yx″為晶振分頻輸出第x個(gè)s時(shí)鐘對(duì)應(yīng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，時(shí)間誤差為m(x)＝a+bx(7)則晶振分頻s時(shí)鐘(簡(jiǎn)稱晶振s時(shí)鐘)與GPS的s時(shí)鐘的偏差為yx＝y(tǒng)x″-yx′＝a+bx+εxx∈N (8)偏差序列Y可表示為y1，y2，y3，y4，y5，y6，...，yx，...，yn(9)由Y的時(shí)間序列可以對(duì)a，b進(jìn)行估計(jì)，從而計(jì)算晶振s時(shí)鐘誤差m(x)；同時(shí)由Y的時(shí)間序列可以對(duì)GPS的誤差ex進(jìn)行估計(jì)，從而可以衡量GPS接收機(jī)的精度水平；第二步晶振s時(shí)鐘的誤差估計(jì)采用式(8)的一元線性回歸模型，即采用式(7)的回歸方程，分析時(shí)間序列X與偏差序列Y的相關(guān)特性，對(duì)a，b進(jìn)行最小二乘估計(jì)，估計(jì)值分別為b^=Σx=1n(x-x‾)(yx-y‾)Σx=1n(x-x‾)2---(10)]]>a^=y‾-b^x‾---(11)]]>式中y，x分別為偏差序列Y及時(shí)間序列X的平均值，x‾=1nΣx=1nx=n+12---(12)]]>y‾=1nΣx=1nyx---(13)]]>則晶振輸出的第x個(gè)s時(shí)鐘與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間之間的誤差估計(jì)值 為μ^(x)=a^+b^x---(14)]]>得到的 是一個(gè)時(shí)間量，單位為秒，還需將其和高穩(wěn)晶體的控制量電壓(單位為V)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，控制電壓由D/A芯片的控制量決定，轉(zhuǎn)換公式如下ΔDA=μ^(x)*DMAXfMaxfMIN-1---(15)]]>根據(jù)誤差估計(jì)值 得到的ΔDA對(duì)晶振s時(shí)鐘進(jìn)行調(diào)整，即可產(chǎn)生高精度時(shí)鐘輸出；第三步GPS接收機(jī)輸出的s時(shí)鐘誤差估計(jì)GPS接收機(jī)輸出的秒脈沖誤差的估計(jì)，實(shí)際上是對(duì)式(1)中σ2的估計(jì)，由于σ2＝D(ε)＝E(ε2)是e的二階原點(diǎn)距，按距估計(jì)法，可用樣本二階原點(diǎn)距作為它的估計(jì)值σ^2=1nΣx=1nϵx2---(16)]]>而由式(8)得εx＝y(tǒng)x-a-bx (17)用 分別替代a，b，即得σ2的估計(jì)量σ^2=1nΣx=1n(yx-a^-b^x)2---(18)]]> 的大小反映接收機(jī)輸出秒脈沖的精度，當(dāng)誤差估計(jì)值 時(shí)，認(rèn)為GPS接收機(jī)失步或故障。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于最小二乘法模型的時(shí)鐘調(diào)整算法，其特征在于，所述的時(shí)鐘同步設(shè)備由數(shù)字鑒相濾波器、GPS接收機(jī)、CPU和恒溫高穩(wěn)晶體組成，數(shù)字鑒相濾器與GPS接收機(jī)連接，同時(shí)數(shù)字鑒相濾波器與CPU和恒溫高穩(wěn)晶體連接組成回路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于最小二乘法模型的時(shí)鐘調(diào)整算法，其特征在于，所述的數(shù)字鑒相濾波器在FPGA(可編程邏輯器件)中實(shí)現(xiàn)，分別與數(shù)字鑒相濾波器連接的有GPS模塊、標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源模塊、CPU和可控本地標(biāo)準(zhǔn)壓控頻率單元，構(gòu)成一高精度的時(shí)鐘裝置，其特征在于，所述數(shù)字鑒相濾波器包括一接口模塊，用于與包括CPU在內(nèi)的FPGA的外部模塊進(jìn)行信息交換，即將內(nèi)外兩個(gè)脈沖之間的相位檢測(cè)信息輸出給CPU，將CPU的占空比參數(shù)、濾波器參數(shù)、重置位等輸入信號(hào)傳輸給FPGA內(nèi)相應(yīng)模塊；其輸入端分別連接所述GPS模塊和所述標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源模塊，經(jīng)數(shù)據(jù)總線連接所述CPU；一本地模塊，用于完成對(duì)本地晶體振蕩器輸入頻率的分頻，及本地秒脈沖的重置位，并輸出其他所需頻率；其輸入端分別連接所述接口模塊的外參考秒脈沖輸出端、濾波器參數(shù)輸出端、重置位輸出端和可控本地標(biāo)準(zhǔn)壓控頻率單元模塊，所述本地模塊分別設(shè)有其他所需頻率的輸出端；一數(shù)據(jù)處理模塊，包括調(diào)整由CPU設(shè)置濾波器參數(shù)的可調(diào)整數(shù)字濾波器，用于內(nèi)外兩個(gè)脈沖之間的相位檢測(cè)；其輸入端分別連接所述接口模塊的輸出端、所述本地模塊的輸出端和可控本地標(biāo)準(zhǔn)壓控頻率單元模塊的倍頻輸出端，其輸出端連接所述接口模塊的輸入端；所述CPU依據(jù)內(nèi)外兩個(gè)脈沖之間的相位檢測(cè)信息，控制本地模塊的重置位、濾波器的參數(shù)、輸出信號(hào)的占空比。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于最小二乘法模型的時(shí)鐘調(diào)整算法，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)處理模塊內(nèi)設(shè)有一鑒相器單元，用于識(shí)別出兩個(gè)輸入脈沖的相位關(guān)系，其輸入端分別連接接口模塊的外參考秒脈沖輸出端和本地模塊的本地參考秒脈沖輸出端，其加頻指示、減頻指示輸出端分別經(jīng)與門連接接口模塊的加頻控制、減頻控制輸入端；一超前濾波器單元和一滯后濾波器單元，用于溢出指示；超前濾波器單元的輸入端分別連接鑒相器單元的加頻指示輸出端、可控本地標(biāo)準(zhǔn)壓控頻率單元模塊的倍頻輸出端、接口模塊的濾波器參數(shù)輸出端；滯后濾波器單元的輸入端分別連接鑒相器單元的減頻指示輸出端、可控本地標(biāo)準(zhǔn)壓控頻率單元模塊的倍頻輸出端、接口模塊的濾波器參數(shù)輸出端，超前濾波器單元和滯后濾波器單元的溢出指示輸出端經(jīng)或門連接接口模塊的溢出控制輸入端。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于最小二乘法模型的時(shí)鐘調(diào)整算法，其特征在于，所述的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源模塊為2M頻率信號(hào)源模塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于最小二乘法模型的時(shí)鐘調(diào)整算法，其特征在于，所述的可控本地標(biāo)準(zhǔn)壓控頻率單元為16.384MHZ的壓控頻率單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于最小二乘法模型的時(shí)鐘調(diào)整算法，其特征在于，所述的本地模塊輸出端的其他所需頻率為秒脈沖、2.048MHZ、200HZ、8KMHZ。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的數(shù)字鑒相濾波器，其特征是，所述可控本地標(biāo)準(zhǔn)壓控頻率單元模塊的倍頻輸出端為16.384MHZ壓控頻率單元模塊的4倍頻輸出端。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于最小二乘法模型的時(shí)鐘調(diào)整算法，其特征在于，建立相位差的數(shù)學(xué)模型，每秒對(duì)高穩(wěn)晶體的頻率控制采用前N秒的鑒相結(jié)果進(jìn)行預(yù)估，并將本次輸出的鑒相結(jié)果保存作為下一秒預(yù)估的參數(shù)；并以2σ以外的鑒相結(jié)果對(duì)累積相位差進(jìn)行補(bǔ)償，隨著樣點(diǎn)增多，最后將高穩(wěn)晶體的頻率波動(dòng)控制在一個(gè)很小的范圍之內(nèi)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是能保證時(shí)鐘輸出準(zhǔn)確性。
文檔編號(hào)H04B7/26GK101079687SQ20061002687
公開日2007年11月28日 申請(qǐng)日期2006年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月25日
發(fā)明者徐峻 申請(qǐng)人:上海欣泰通信技術(shù)有限公司